混凝土抗碳化性能的試驗研究范文

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《工業建筑雜志》2015年第十一期

隨著我國城市建設的不斷發展，如何對巨大數量的廢棄混凝土進行有效處理，實現資源循環利用，已成為目前混凝土研究領域的一個熱點問題。再生微粉是指在對廢棄混凝土重新利用時，經破碎后所產生的粒徑小于0.16mm的細小微粒，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膠凝材料［3］。目前我國對再生微粉混凝土性能的研究還不成熟，缺乏相關的技術標準，還不足以廣泛應用于實際工程建設中。對普通混凝土的研究表明:碳化是影響混凝土耐久性的一個重要因素，普通混凝土的碳化是多方面因素共同作用的結果。根據混凝土碳化機理及相關研究成果，以廢棄混凝土再生利用過程中產生的再生微粉為摻料，研究再生微粉的摻量和活性激發方法對再生微粉混凝土抗碳化性能的影響規律。

1試驗概況

1.1試驗材料試驗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方法標準》進行碳化試驗，對比分析再生微粉混凝土的抗碳化性能。試驗中粗骨料采用粒徑為5～20mm的天然碎石，細骨料采用中粗河砂，水泥采用徐州淮海中聯水泥有限公司生產的P•O42.5級水泥，再生微粉由廢棄混凝土破碎篩分取得，結合文獻［7－8］的研究結果，堿性激發劑采用Ca(OH)2(粉狀)和Na2SiO3•9H2O(晶狀)。混凝土的配合比見表1。

1.2試驗設計按照要求共設計13組100mm×100mm×300mm的棱柱體試塊，每組3個［5］，試驗分組如表2所示。分組編號中A、B、C、D分別代表不采用任何活性激發方法、加入3.5%的Ca(OH)2作為活性激發劑、加入4.5%的Na2SiO3•9H2O作為活性激發劑、進行物理研磨細化的試驗組，數字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%)和活性激發方法(化學激發和物理激發)兩個因素交互作用下的碳化深度，分析這兩個因素對混凝土抗碳化性能的影響。具體試驗步驟如下:1)根據設計好的分組和配合比分批澆筑混凝土試件，待強度達到要求后脫模并放入水箱中養護28d。2)養護完成后，試件在試驗前2d從標準養護室取出，在60℃下烘48h［6］。3)試件烘干后取出降溫，保留一個側面，其余面用石蠟密封，在暴露的側面上沿長度方向每隔10mm為一個測點，畫出多條平行線，測量點如圖1所示。4)將試件分批放入碳化箱內的支架上，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。調節二氧化碳的流量，使其濃度保持在20%，濕度控制在70%，溫度控制在20℃。試驗開始后每隔一定時間對箱內二氧化碳濃度、溫度及濕度進行測定，根據初始條件進行一定的修正。6)碳化到了3，7，14，28d時，分別取出試件，用壓力試驗機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，放入碳化箱內繼續碳化，直到下一個試驗期。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，然后用游標卡尺進行碳化深度的測量。8)繪制碳化時間與碳化深度的關系曲線，試件的碳化深度為各測點碳化深度的平均值。

2試驗結果分析

2.1再生微粉摻量對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，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。當碳化時間達到28d時，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%。根據以上分析可得:再生微粉混凝土試件，當其微粉摻量為10%時，混凝土試件的抗碳化性能有所提高，摻量增加至20%時，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］。混凝土碳化過程中，大氣中的二氧化碳進入混凝土毛細孔中并與水泥水化產物水化硅酸鈣凝膠C-S-H以及氫氧化鈣溶液反應，產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度，阻礙延緩了大氣中二氧化碳進入混凝土中的速率，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性得到提高，從而提高了混凝土的抗碳化性能。當粉料摻量過大時，再生微粉粗糙的顆粒內部存在連通孔隙，使得混凝土反應的需水量增加，對混凝土的抗碳化性能產生了不利影響。

2.2活性激發方法對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混凝土抗碳化性能的影響，分別使用了摻量為3.5%的激發劑Ca(OH)2(粉狀)、摻量為4.5%的激發劑Na2SiO3•9H2O(晶狀)以及物理研磨加工細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%時經過不同活性激發方法處理后的試件各齡期的碳化深度。由圖3可以看出:當再生微粉摻量為10%時，各組試件早期的碳化深度比較接近;當碳化時間達到14d時，B10組試件的碳化深度明顯高于其他組，到28d時，與未使用激發方法處理的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:當再生微粉摻量為20%時，各組試件早期的碳化深度同樣比較接近;碳化時間達到28d時，與未使用激發方法處理的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效果，且有利于增強混凝土的抗碳化性能。由圖5可以看出:當再生微粉摻量達到30%時，各組試件的碳化深度差別很小，說明這三種活性激發方法無法對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:當再生微粉摻量為10%時，加入4.5%Na2SiO3•9H2O和粉料研磨細化這兩種活性激發方法能夠對再生微粉混凝土試件產生一定的活性激發效果，使其抗碳化性能得到提高;當摻量為20%時，加入3.5%Ca(OH)2和粉料研磨細化兩種活性激發方法對提高試件的抗碳化性能有明顯的作用;當摻量為30%時，三種活性激發方法均無明顯的作用。同時對比圖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，說明活性激發方法對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機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速率，從而產生凝膠產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。當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，當其濃度過高時也有可能發生堿骨料反應，對混凝土造成不利影響;同樣對于加入偏硅酸鈉以后，體系液相堿性增加，促進活性成分的水化反應。隨著再生微粉摻量的增加，這種活性激發效果降低。對于采用研磨細化加工的活性激發方法，機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，加快了反應速率。

3結束語

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，當再生微粉摻量增加至20%和30%時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，加入堿性激發劑4.5%Na2SiO3•9H2O和粉料研磨細化處理這兩種活性激發方法可以對再生微粉混凝土試件產生一定的活性激發效果;摻量為20%時，加入3.5%Ca(OH)2和粉料研磨細化兩種活性激發方法對提高試件的抗碳化性能有明顯的作用;當摻量為30%時，三種活性激發方法均無明顯的作用。3)隨著再生微粉摻量的增加，活性激發方法對混凝土試件的抗碳化性能造成的有利影響逐漸減弱。就本試驗而言，摻入10%再生微粉并且使用堿性激發劑4.5%Na2SiO3•9H2O或進行粉料研磨細化處理對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：中國礦業大學江蘇省土木工程環境災變與結構可靠性重點實驗室 中國礦業大學力學與建筑工程學院