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再生废砖粗骨料对混凝土性能的影响

日期：2016-7-15 14:34:41　来源：转载　浏览数：
　

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0· 引言
    我国房屋建筑材料中黏土砖占据主导地位，通过将废弃的黏土砖制成粗细骨料等手段循环再生，不但可实现建筑垃圾的资源化、无害化，解决建筑垃圾的处治和环境问题，而且可缓解我国基础设施建设原料供应紧张的矛盾［1］。
    再生混凝土和普通混凝土本质的区别是骨料的不同，废砖再生骨料疏松多孔，其与天然骨料相比具有孔隙率高、吸水性大、强度低等特征。但是，国内外对废弃混凝土再生骨料混凝土研究的报道较多，对废弃黏土砖再生骨料及其混凝土研究的报道却相对较少［2 － 6］，并主要集中在力学性能方面。邢振贤等［3］发现影响碎石骨料混凝土抗压强度的因素中，水胶比是主要因素，碎砖骨料掺量是重要因素，砂率是次要因素。谢玲君等［4］的试验结果表明，砖瓦再生粗骨料的取代率对砖瓦再生骨料混凝土的强度有很大的影响，其抗压强度随着砖瓦再生粗骨料用量的增加而降低。宗兰等［5］则综合考虑再生混凝土的工作性、力学性能等指标，发现当碎砖骨料取代率为30%、粉煤灰取代水泥掺量为10%时，混凝土的各项指标达到最优。
    笔者主要通过试验，研究了将废砖再生粗骨料部分或全部代替天然粗骨料后对混凝土力学及单面抗冻性能的影响，并利用显微硬度、硬化混凝土气孔分析探讨其对再生混凝土微观结构的影响。
    1· 试验原材料及配合比设计
    1．1 原材水泥为金隅集团生产的P·O 42．5 级水泥; 外加剂剂为聚羧酸减水剂; 细骨料为机制砂，细度模数3．9; 粗骨料分两种，分别为天然碎石和废砖再生粗骨料，基本物理性能见表1。

1．2 配合比设计
在普通混凝土配合比设计方法的基础上，考虑再生骨料吸水率的影响，提前对所使用废砖再生骨料润湿。配制出水胶比分别为0．36、0．44、0．48 的天然骨料塑性混凝土，在其他条件不变的情况下，用再生粗骨料部分或全部取代天然粗骨料( 取代率分别为50%， 100%) ，具体配合比见表2。

    2· 结果与讨论
    2．1 抗压与抗拉强度
    由图1、2 可知，当其他条件一定的情况下，再生混凝土和普通混凝土立方体抗压强度均随着水胶比的增加而降低。28d 立方体抗压强度，0．36 水胶比，当废砖再生粗骨料取代率分别为50%、100%时，再生混凝土的抗压强度较普通混凝土分别降低15．2%、28．2%; 0．44 水胶比时分别降低25．6%、28．4%; 0．44 水胶比时分别降低23．1%、24．1 %。无论水胶比低或高，混凝土立方体抗压强度均随着ＲA 掺量的增加而逐渐降低，严捍东等［6］认为混凝土后期强度应主要取决于砖骨料本身强度，所以这可能是由于再生粗骨料本身的性质造成的。另外，0．36 －Ｒ50 与0．44 －Ｒ0 组抗压强度相近，表明此时骨料与水胶比对混凝土的影响相当。

    砂的细度模数对所配制的混凝土性能有着非常重要的影响。一般来说，在原材料和配合比不变的情况下，砂的细度模数减小，新拌混凝土的流动性下降，黏度增大，混凝土强度降低［7］。本试验所用机制砂细度模数较大，导致整体抗压强度偏高。
    如图3 所示，水胶比为0．36、0．44 时Ｒ0、Ｒ50 组的劈裂抗拉强度相近，最大差值仅为16．6%; 0．48 －Ｒ0 由于数据离散而无效，0．48 －Ｒ50 和0．48 －Ｒ100 则比0．36、0．44时降低很多。

    钱觉时等［8］认为当粗集料强度比水泥砂浆基体抗压强度低时，单纯通过增大水泥砂浆基体抗压强度来提高混凝土抗折强度的效果不明显; 只有在粗集料与水泥砂浆基体的抗压强度和弹性模量相互协调的基础上，才能充分发挥粗集料和水泥砂浆基体的作用。这可能导致了以上结果的出现。
    2．2 单面冻融试验
    单面冻融试验使用的是盐冻法，由于有NaCl 的存在，使得混凝土由于渗透压的增大导致混凝土的孔隙饱和吸水度提高，结冰应力增大，加之不断积累的盐结晶压力和盐的浓度梯度使受冻时因分层结冰产生应力差，这些导致盐冻的破坏比快冻法水冻的破坏严重，故会较早出现质量损失。图4 为0．36 －Ｒ50、0．44 －Ｒ0 与0．36 －Ｒ100、0．44 －Ｒ50 强度相近两组的单面冻融试验质量损失结果。

    如图5 所示，根据规定达到28 次冻融循环时停止试验，水胶比0．44 组试件均已出现较大的单位表面面积剥落物总质量，而水胶比0．36组均尚未出现质量损失，表明再生骨料的掺入对再生混凝土的抗冻性没有明显影响。
    2．3 显微硬度试验
    本试验采用10gf 的荷载进行加载，保持荷载10 s，在骨料与水泥浆之间以20 μm 间隔打点，测得混凝土界面过渡区的维氏显微硬度分布。图6 为: 0．44 水胶比，再生骨料掺量50%时，再生骨料与水泥石之间的显微硬度分布。

    如图6，定义骨料边缘为横坐标原点，负半轴为骨料表面，正半轴为骨料附近的水泥浆体。距离再生骨料边缘约100 μm 处的显微硬度明显低于两侧数值，为再生骨料－水泥石界面过渡区。再生骨料内部( 远离骨料边缘150 μm的骨料表面) 的显微硬度很低，而再生骨料边缘的显微硬度虽然波动很大但却远高于再生骨料内部的显微硬度。这可能是由于再生骨料疏松多孔，具有较高的吸附性，其表面吸收了少量的水泥浆填充孔隙。综合对比，再生骨料本身是混凝土各组分显微硬度值最小的。
    根据维氏显微硬度试验，再生粗骨料附近显微硬度最小值有明显差异: 0．36 水胶比时在75 上下，0．44 水胶比时为50 左右，0．48 水胶比时则为35。同时，界面过渡区宽度有增大趋势，但由于其尺度很小，微观结构特征的变异性很大［9］，在此不做深入讨论。由于界面过渡区存在结构疏松的水化产物等因素，裂缝最容易从该区域产生和扩展［10］。使用显微硬度表征界面结构疏松的程度，显微硬度越高结构越密实，混凝土受力时，裂缝越不容易产生和扩展。而废砖再生粗骨料自身强度低，粗骨料与砂浆界面处微裂缝的扩展将更多地朝向骨料方向，使粗骨料强度成为影响混凝土强度的主要因素［2］。
    2．4 硬化混凝土气孔分析
    参考DLT 5150—2001《水工混凝土试验规程》测定硬化混凝土中气泡数量、间距等的方法，测得水胶比0．44 组的各配合比气孔特征参数。如表3 所示，随着再生骨料掺量的增加，混凝土的孔隙率、气泡个数均逐渐增加，而间距系数则逐渐降低，这可能是由于再生砖骨料自身结构疏松多孔且表面粗糙、孔隙率大造成的。

    李庆繁［11］认为当饱和系数K ＜ 0．91 时，砖结冰不会引起冻害，因未充水的孔隙空间可以容纳由于结冰而增加的体积。从冻融形态也可以看出，盐冻破坏以水泥浆体的剥落为主，而不是砖骨料的破坏，水胶比是影响其抗盐冻性能的最主要因素。
    张云清［12］等认为水胶比较低时，气泡间距是影响混凝土抗盐冻性能的主要因素。一般研究认为，28 d 硬化混凝土气泡间距系数不大于300 μm 时，混凝土具有良好的抗冻性［13］。虽然0．44 －Ｒ100 组间距系数低至180，但试验结果与其他两组相近。表明对于废砖骨料再生混凝土，间距系数对混凝土抗冻性的表征可能不再适用。
    3 ·结论
    综上所述，得出如下结论:
    ( 1) 随着废砖粗骨料掺量的增加，混凝土立方体抗压强度逐渐降低; 但对劈裂抗拉强度影响不大。
    ( 2) 水胶比越大，再生粗骨料附近显微硬度最小值越小，而再生骨料本身是混凝土各组分显微硬度值最小的。
    ( 3) 废砖粗骨料的掺入对再生混凝土的抗冻性没有明显影响，水胶比是影响其抗盐冻性能的最主要因素，并且间距系数对混凝土抗冻性的表征可能不再适用。