再生细骨料混凝土碳化性能的试验研究

  混凝土是最大宗的人造材料，也是当今世界上最主要的建筑结构工程材料。旷日持久的工程建设对人类资源的索取和浪费是巨大的。利用废弃混凝土制备再生骨料，不仅可以减少建筑业对自然资源的消耗，还可以减轻废弃混凝土造成的日益恶化的生态环境等问题，有利于人类社会的可持续发展。有关试验已经研究了利用废弃混凝土制备再生混凝土的工作性、强度等性能已经接近天然骨料混凝土，但与天然骨料混凝土相比，再生混凝土的耐久性能不高。而混凝土在空气中的碳化是其最常见的一种腐蚀方式，碳化会降低混凝土的碱度，破坏钢筋表面的钝化膜，使混凝土失去对钢筋的保护作用，造成钢筋的腐蚀。同时，碳化还加剧了混凝土的收缩，这些都可能导致混凝土裂缝和结构破坏。随着大气中CO2浓度不断提高，工厂中的废液使河川与地下水中的CO₂浓度逐渐增加，混凝土的碳化也越来越严重^[1]。本方案对再生细骨料进行颗粒整形，有效改善细骨料的粒形，配制再生混凝土，研究了再生混凝土的碳化性能，以期为再生混凝土的推广应用起一定的借鉴作用。

  1 试验材料

  水泥:山水水泥厂生产的P?O4215普通硅酸盐水泥。

  粉煤灰:青岛四方电厂生产的Ⅱ级粉煤灰。

  粗骨料:5～31.5mm连续级配天然粗骨料，符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》要求的天然碎石^[2]。

  细骨料:包括天然细骨料、简单破碎再生细骨料和颗粒整形再生细骨料。天然细骨料为符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》细度模数为2.8的中砂；简单再生细骨料是将废弃混凝土破碎、筛分后得到的再生细骨料；颗粒整形再生细骨料是将废弃混凝土破碎、颗粒整形、筛分后得到的再生细骨料。

  减水剂:上海麦斯特高效聚羧酸减水剂，掺量为112%，减水率为32%。水:自来水。

  2 试验方案

  本试验采用砂率为35%，减水剂掺量为胶凝材料用量的112%，通过调整用水量控制坍落度在160～200mm。研究了以下3个因素对再生细骨料混凝土碳化性能的影响:

  1)再生细骨料种类(简单破碎再生细骨料和颗粒整形再生细骨料)。

  2)再生细骨料取代率(0、40%、70%和100%)。

  3)水泥用量(300、400、500kg/m3)。

  碳化试验按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》^[3]进行，在碳化箱中调整CO2的浓度在17%～23%的范围内，湿度在65%～75%范围内，温度控制在15～25℃范围内。

  3 试验结果及分析

  试验所用配合比及其相关结果见表

  1.3.1再生细骨料种类对混凝土碳化性能的影响

  由图1—图3均可看出，简单破碎再生细骨料混凝土的碳化深度最大;颗粒整形再生细骨料混凝土的碳化深度与天然细骨料混凝土相比略高甚至接近;简单破碎再生细骨料颗粒棱角多，表面粗糙，附着水泥浆，吸水率大，不利于混凝土的密实。颗粒整形再生细骨料在整形过程中改善了粒形，有效去除了较为突出的棱角和黏附在表面的硬化水泥砂浆，粒形更为优化，级配更为合理，用水量有较大程度的降低，从而使混凝土的密实度提高，碳化深度降低，抵抗碳化性能提高^[4]。

  3.2 再生细骨料取代率对混凝土碳化性能的影响

  不同的取代率对再生混凝土的碳化性能有重要影响，由图1—图3可知，2种再生细骨料混凝土的碳化深度都随着再生细骨料取代率的增加而增大，抗碳化性能随之降低，这是由于再生细骨料颗粒在破碎过程中有所损坏，表面存在裂纹，致使混凝土密实度降低，碳化深度加大，抗碳化性能降低。

  3.3 水泥用量对混凝土碳化性能的影响

图1—图3分别为不同胶凝材料用量的简单破碎再生细骨料和颗粒整形细骨料混凝土的碳化性能。由图可见，随着水泥用量的增加，再生细骨料混凝土的抵抗碳化性能增强。水泥用量增多，一方面可以改变混凝土的和易性，提高混凝土的密实性;另一方面还可以增加混凝土的碱性储备，不易使混凝土中性化，因此水泥用量越大，其碳化速度越慢^[5]。

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  图1 不同水泥用量对再生骨料混凝土的碳化性能影响 

  4 结论

  1)简单破碎再生细骨料混凝土的抗碳化性能最弱,颗粒整形再生细骨料混凝土的抗碳化性能与天然 骨料混凝土的相当并稍有提高。

  2)简单破碎再生细骨料和颗粒整形再生细骨料混凝土的碳化深度都是随着再生细骨料取代率的增加而增大。

  3)随着水泥用量的增加,再生细骨料混凝土的抗碳化性能增强。

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