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《工業(yè)建筑雜志》2015年第十一期

隨著我國城市建設(shè)的不斷發(fā)展，如何對(duì)巨大數(shù)量的廢棄混凝土進(jìn)行有效處理，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，已成為目前混凝土研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)問題。再生微粉是指在對(duì)廢棄混凝土重新利用時(shí)，經(jīng)破碎后所產(chǎn)生的粒徑小于0.16mm的細(xì)小微粒，這些微粉具有一定的活性，可以作為一種礦物摻料，以一定比例代替水泥充當(dāng)膠凝材料［3］。目前我國對(duì)再生微粉混凝土性能的研究還不成熟，缺乏相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，還不足以廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程建設(shè)中。對(duì)普通混凝土的研究表明:碳化是影響混凝土耐久性的一個(gè)重要因素，普通混凝土的碳化是多方面因素共同作用的結(jié)果。根據(jù)混凝土碳化機(jī)理及相關(guān)研究成果，以廢棄混凝土再生利用過程中產(chǎn)生的再生微粉為摻料，研究再生微粉的摻量和活性激發(fā)方法對(duì)再生微粉混凝土抗碳化性能的影響規(guī)律。

1試驗(yàn)概況

1.1試驗(yàn)材料試驗(yàn)以再生微粉作為礦物摻料，按照一定的比例等量取代水泥后，制作再生微粉混凝土試件與相同配合比的普通混凝土試件，按照GB/T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行碳化試驗(yàn)，對(duì)比分析再生微粉混凝土的抗碳化性能。試驗(yàn)中粗骨料采用粒徑為5～20mm的天然碎石，細(xì)骨料采用中粗河砂，水泥采用徐州淮海中聯(lián)水泥有限公司生產(chǎn)的P•O42.5級(jí)水泥，再生微粉由廢棄混凝土破碎篩分取得，結(jié)合文獻(xiàn)［7－8］的研究結(jié)果，堿性激發(fā)劑采用Ca(OH)2(粉狀)和Na2SiO3•9H2O(晶狀)?；炷恋呐浜媳纫姳?。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)按照要求共設(shè)計(jì)13組100mm×100mm×300mm的棱柱體試塊，每組3個(gè)［5］，試驗(yàn)分組如表2所示。分組編號(hào)中A、B、C、D分別代表不采用任何活性激發(fā)方法、加入3.5%的Ca(OH)2作為活性激發(fā)劑、加入4.5%的Na2SiO3•9H2O作為活性激發(fā)劑、進(jìn)行物理研磨細(xì)化的試驗(yàn)組，數(shù)字0、10、20、30分別代表再生微粉取代水泥的比例。通過測試再生微粉混凝土和普通混凝土在礦物摻料的取代率(0%、10%、20%、30%)和活性激發(fā)方法(化學(xué)激發(fā)和物理激發(fā))兩個(gè)因素交互作用下的碳化深度，分析這兩個(gè)因素對(duì)混凝土抗碳化性能的影響。具體試驗(yàn)步驟如下:1)根據(jù)設(shè)計(jì)好的分組和配合比分批澆筑混凝土試件，待強(qiáng)度達(dá)到要求后脫模并放入水箱中養(yǎng)護(hù)28d。2)養(yǎng)護(hù)完成后，試件在試驗(yàn)前2d從標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室取出，在60℃下烘48h［6］。3)試件烘干后取出降溫，保留一個(gè)側(cè)面，其余面用石蠟密封，在暴露的側(cè)面上沿長度方向每隔10mm為一個(gè)測點(diǎn)，畫出多條平行線，測量點(diǎn)如圖1所示。4)將試件分批放入碳化箱內(nèi)的支架上，各試件之間的間距不小于50mm。5)試件放入碳化箱后，將碳化箱密封。調(diào)節(jié)二氧化碳的流量，使其濃度保持在20%，濕度控制在70%，溫度控制在20℃。試驗(yàn)開始后每隔一定時(shí)間對(duì)箱內(nèi)二氧化碳濃度、溫度及濕度進(jìn)行測定，根據(jù)初始條件進(jìn)行一定的修正。6)碳化到了3，7，14，28d時(shí)，分別取出試件，用壓力試驗(yàn)機(jī)通過劈裂法破型測定碳化深度。破型后的試件用石蠟將切斷面封好，放入碳化箱內(nèi)繼續(xù)碳化，直到下一個(gè)試驗(yàn)期。7)稱取0.5g酚酞放入三角燒杯中，然后加入100mL的無水乙醇，攪拌后形成0.5%的酚酞試劑。將配置好的酚酞指示劑噴灑在再生混凝土的劈裂面上，然后用游標(biāo)卡尺進(jìn)行碳化深度的測量。8)繪制碳化時(shí)間與碳化深度的關(guān)系曲線，試件的碳化深度為各測點(diǎn)碳化深度的平均值。

2試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1再生微粉摻量對(duì)混凝土抗碳化性能的影響圖2為具有不同摻量再生微粉混凝土試件經(jīng)過3，7，14，28d碳化后的碳化深度。由圖2可以看出:普通混凝土試件的碳化深度在同時(shí)期均高于再生微粉摻量為10%的混凝土試件的碳化深度，而低于摻量為20%和30%的試件的碳化深度。再生微粉混凝土試件在碳化箱中碳化3d時(shí)，摻量為0%、20%和30%的試件碳化深度比較接近，稍高于摻量為10%的試件。隨著碳化時(shí)間的增加，摻量為0%和10%的試件碳化深度的變化趨勢大致一致，摻量為20%和30%的試件碳化深度的變化趨勢也很相近，并且它們之間的差異逐漸增大。當(dāng)碳化時(shí)間達(dá)到28d時(shí)，與普通混凝土試件相比，摻量為10%的混凝土試件的碳化深度降低了7.24%，摻量為20%和30%的混凝土試件的碳化深度分別增加了32.57%、45.81%。根據(jù)以上分析可得:再生微粉混凝土試件，當(dāng)其微粉摻量為10%時(shí)，混凝土試件的抗碳化性能有所提高，摻量增加至20%時(shí)，試件的抗碳化性能反而有較大程度的降低。原因分析:一般情況下水泥水化過程中產(chǎn)生較多的氫氧化鈣飽和溶液填充于混凝土孔隙中，使得混凝土的堿性升高［9］?；炷撂蓟^程中，大氣中的二氧化碳進(jìn)入混凝土毛細(xì)孔中并與水泥水化產(chǎn)物水化硅酸鈣凝膠C-S-H以及氫氧化鈣溶液反應(yīng)，產(chǎn)生不溶于水的碳酸鈣固體［10］，碳酸鈣填充于混凝土的孔隙中，提高了混凝土的密實(shí)度，阻礙延緩了大氣中二氧化碳進(jìn)入混凝土中的速率，提高了混凝土的抗碳化性能。再生微粉作為礦物摻料摻入水泥中不僅起到填充作用，而且其二次水化作用也使得混凝土的密實(shí)性得到提高，從而提高了混凝土的抗碳化性能。當(dāng)粉料摻量過大時(shí)，再生微粉粗糙的顆粒內(nèi)部存在連通孔隙，使得混凝土反應(yīng)的需水量增加，對(duì)混凝土的抗碳化性能產(chǎn)生了不利影響。

2.2活性激發(fā)方法對(duì)混凝土碳化性能的影響為了研究再生微粉加入到混凝土后其潛在活性效果對(duì)混凝土抗碳化性能的影響，分別使用了摻量為3.5%的激發(fā)劑Ca(OH)2(粉狀)、摻量為4.5%的激發(fā)劑Na2SiO3•9H2O(晶狀)以及物理研磨加工細(xì)化這三種方法來處理再生微粉，研究分析再生微粉混凝土經(jīng)過3，7，14，28d碳化后的碳化深度。圖3—圖5分別表示再生微粉摻量為10%、20%、30%時(shí)經(jīng)過不同活性激發(fā)方法處理后的試件各齡期的碳化深度。由圖3可以看出:當(dāng)再生微粉摻量為10%時(shí)，各組試件早期的碳化深度比較接近;當(dāng)碳化時(shí)間達(dá)到14d時(shí)，B10組試件的碳化深度明顯高于其他組，到28d時(shí)，與未使用激發(fā)方法處理的A10組相比，C10和D10兩組試件的碳化深度有所減小，使得其碳化性能得到一定程度的提高，而B10組試件的抗碳化性能有所減弱。由圖4可以看出:當(dāng)再生微粉摻量為20%時(shí)，各組試件早期的碳化深度同樣比較接近;碳化時(shí)間達(dá)到28d時(shí)，與未使用激發(fā)方法處理的A20組相比，其他組試件的碳化深度均有所降低，其中B20和D20組采用的方法具有基本相同的活性激發(fā)效果，且有利于增強(qiáng)混凝土的抗碳化性能。由圖5可以看出:當(dāng)再生微粉摻量達(dá)到30%時(shí)，各組試件的碳化深度差別很小，說明這三種活性激發(fā)方法無法對(duì)提高再生微粉混凝土的抗碳化性能起到明顯的作用。綜上分析可知:當(dāng)再生微粉摻量為10%時(shí)，加入4.5%Na2SiO3•9H2O和粉料研磨細(xì)化這兩種活性激發(fā)方法能夠?qū)υ偕⒎刍炷猎嚰a(chǎn)生一定的活性激發(fā)效果，使其抗碳化性能得到提高;當(dāng)摻量為20%時(shí)，加入3.5%Ca(OH)2和粉料研磨細(xì)化兩種活性激發(fā)方法對(duì)提高試件的抗碳化性能有明顯的作用;當(dāng)摻量為30%時(shí)，三種活性激發(fā)方法均無明顯的作用。同時(shí)對(duì)比圖3—圖5可以看出:隨著再生微粉摻量的增加，試件的碳化深度也逐漸增加，說明活性激發(fā)方法對(duì)混凝土試件的抗碳化性能造成的有利影響逐漸減弱。原因分析:再生微粉的堿性激發(fā)機(jī)理主要是提高體系液相中OH－的濃度，體系中堿度的提高能夠加快再生微粉中存在活性的SiO2和Al2O3的解體，提高混凝土水化反應(yīng)速率，從而產(chǎn)生凝膠產(chǎn)物提高混凝土的抗碳化性能。再生微粉中鈣離子含量高，體系液相中的氫氧化鈣濃度增加，也有利于再生微粉的活性反應(yīng)。當(dāng)再生微粉混凝土中加入氫氧化鈣，一定含量的氫氧化鈣有利于活性激發(fā)，當(dāng)其濃度過高時(shí)也有可能發(fā)生堿骨料反應(yīng)，對(duì)混凝土造成不利影響;同樣對(duì)于加入偏硅酸鈉以后，體系液相堿性增加，促進(jìn)活性成分的水化反應(yīng)。隨著再生微粉摻量的增加，這種活性激發(fā)效果降低。對(duì)于采用研磨細(xì)化加工的活性激發(fā)方法，機(jī)械研磨使得再生微粉的比表面積增大，從而增大了再生微粉與體系液相的接觸面積，加快了反應(yīng)速率。

3結(jié)束語

1)在其他條件相同的情況下，使用10%再生微粉等量替代水泥能夠提高混凝土試件的抗碳化性能，當(dāng)再生微粉摻量增加至20%和30%時(shí)混凝土試件的抗碳化性能明顯減弱。2)再生微粉的摻量為10%時(shí)，加入堿性激發(fā)劑4.5%Na2SiO3•9H2O和粉料研磨細(xì)化處理這兩種活性激發(fā)方法可以對(duì)再生微粉混凝土試件產(chǎn)生一定的活性激發(fā)效果;摻量為20%時(shí)，加入3.5%Ca(OH)2和粉料研磨細(xì)化兩種活性激發(fā)方法對(duì)提高試件的抗碳化性能有明顯的作用;當(dāng)摻量為30%時(shí)，三種活性激發(fā)方法均無明顯的作用。3)隨著再生微粉摻量的增加，活性激發(fā)方法對(duì)混凝土試件的抗碳化性能造成的有利影響逐漸減弱。就本試驗(yàn)而言，摻入10%再生微粉并且使用堿性激發(fā)劑4.5%Na2SiO3•9H2O或進(jìn)行粉料研磨細(xì)化處理對(duì)提高再生微粉混凝土的抗碳化性能最有利。

作者：馮太 耿歐 趙桂云 單位：中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省土木工程環(huán)境災(zāi)變與結(jié)構(gòu)可靠性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院