嚴(yán)天巍魏鴻

(重慶交通大學(xué) 土木與建筑學(xué)院，重慶 400074)

再生水泥混凝土界面結(jié)構(gòu)區(qū)的影響因素

嚴(yán)天巍1魏鴻2

(重慶交通大學(xué) 土木與建筑學(xué)院，重慶 400074)

與普通水泥混凝土相比，再生水泥混凝土的材料組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，再生水泥混凝土內(nèi)部存在天然石料、再生集料、老水泥漿體、新水泥漿體、天然集料－老水泥漿體界面、老水泥漿體－新水泥漿體界面等多種材料和界面。因此，對再生集料以及再生水泥混凝土微觀形貌和ITZ結(jié)構(gòu)影響的研究就顯得尤為重要。 本文分析探討了再生水泥混凝土微觀結(jié)構(gòu)的影響因素，并進(jìn)一步提出了針對再生水泥混凝土界面過渡區(qū)的改善措施。

再生水泥混凝土 再生集料 微觀結(jié)構(gòu) 界面過渡區(qū)

1 再生水泥混凝土微觀結(jié)構(gòu)的影響因素分析

再生水泥混凝土微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和組成的多樣性是其與普通水泥混凝土之間的重要差別，也是導(dǎo)致其性能劣勢的主要原因[1]。微觀結(jié)構(gòu)對水泥混凝土性能的重要影響是勿庸置疑的，混凝土的微觀結(jié)構(gòu)伴隨著混凝土的整個(gè)形成和使用周期?；炷恋纳a(chǎn)和使用是在一個(gè)開放式的環(huán)境中進(jìn)行的，要受到諸如原材料、生產(chǎn)工藝以及使用環(huán)境等多方面因素的影響[2]。再生水泥混凝土的微觀結(jié)構(gòu)也要受到這些因素的影響或限制。

1.1原材料以及制備工藝方面的影響

1.1.1 水泥的影響

水泥的影響包括如下3個(gè)方面：a．水泥的類型和礦物組成；b．水泥的細(xì)度；c．水泥的粒徑分布。水泥中石膏的含量影響AFt晶體在界面過渡區(qū)的形成與生長。當(dāng)水泥中的含量相對較高時(shí)，生成的CH和 AFt也較多，這會影響界面過渡區(qū)的結(jié)構(gòu)和孔隙率[3]。當(dāng)摻入活性混合料時(shí)，由于其參與二次反應(yīng)，吸收CH從而可使界面過渡區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)得到改善。水泥的細(xì)度會影響到界面過渡區(qū)的堆積密度，從而影響界面過渡區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)[3]。

1.1.2 集料的影響

集料的類型會影響到混凝土的力學(xué)性能。這種影響不管在多大程度上是由于集料本身的作用，也不管在多大程度上是由于集料與漿體之間的界面過渡區(qū)的作用，但從集料品種不同而引起的混凝土彈性模量的差異可以看出：集料－水泥漿之間的界面過渡區(qū)對混凝土性能產(chǎn)生的影響是肯定的。對于再生集料而言，由于再生集料在漿料拌和過程中吸水而在水泥水化過程中釋放水分，同時(shí)細(xì)小顆粒的膠凝材料粒子在攪拌過程中可以進(jìn)入集料表面較粗大的空隙中[3]。從而在一定程度上改善了集料與漿體之間界面過渡區(qū)的結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，再生集料自身的孔隙率、飽水程度以及毛細(xì)管現(xiàn)象等都會影響到界面過渡區(qū)的形成過程[3]。

1.1.3礦物混合材的影響

有研究表明[4]，具有活性以及具有潛在活性的混合料可以與CH反應(yīng)，從而提高界面過渡區(qū)的密實(shí)度，并影響AFt和CH在界面過渡區(qū)的取向性[4]。細(xì)度比水泥高的惰性以及活性混合材可以填充水泥粒子之間的空隙，提高集料與漿體之間界面過渡區(qū)的堆積密度、減少泌水，從而在一定程度上可以提高界面過渡區(qū)以及整個(gè)水泥混凝土材料的性能。礦物混合材粒徑的分布同樣也會影響到漿體的穩(wěn)定性問題，級配不良的礦物混合材的摻入可能會增加漿體的泌水。

1.1.4配合比以及成型工藝等因素的影響

配合比對再生水泥混凝土微觀結(jié)構(gòu)的影響一方面表現(xiàn)在水灰比大小的改變對界面過渡區(qū)厚度的影響；另一方面在于集料體積率提高或集料粒徑的減少很有可能產(chǎn)生集料之間的相互影響，這種影響必然反映到ITZ的微觀結(jié)構(gòu)上來，但關(guān)于這部分內(nèi)容目前研究得很少。對前者的研究結(jié)果認(rèn)為[5]在材料成型過程中過度振搗將使集料下部的局部泌水增加，同時(shí)整個(gè)試件的表面泌水也會增加，這對界面過渡區(qū)以及整個(gè)水泥混凝土材料的性能是無益的。

1.2 環(huán)境因素的作用

環(huán)境因素的作用破壞或降低了再生水泥混凝土的微觀結(jié)構(gòu)性能，作用結(jié)果則體現(xiàn)在再生水泥混凝土宏觀力學(xué)性能和耐久性的損失上面。使用過程中對再生水泥混凝土材料微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響的環(huán)境因素大致包括以下幾個(gè)方面：

1.2.1荷載的作用

有研究者[6]采用Wood’s合金的研究方法對水泥混凝土內(nèi)部裂紋隨荷載產(chǎn)生的變化進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在加載以前，界面過渡區(qū)就存在微裂紋，在單軸壓縮荷載達(dá)極限荷載的30%左右以前，界面裂紋一直保持穩(wěn)定。當(dāng)荷載達(dá)極限荷載的70%～90%時(shí)，裂紋穿過基體與其它界面裂紋搭接，并形成連續(xù)裂紋。

1.2.2凍融破壞

由于界面過渡區(qū)的多孔性，當(dāng)水分侵入到界面過渡區(qū)后，凍融循環(huán)作用在對水泥漿基體部分造成損傷的同時(shí)，也會對界面過渡區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)造成損傷。然而，目前界面過渡區(qū)對混凝土抗凍性能影響方面的研究做得還很少[7]。

由以上分析可以看出：實(shí)際上，整個(gè)界面過渡區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)是從材料制備到使用過程中經(jīng)上述各種因素共同作用的結(jié)果；只是在某些條件下，一些因素占主導(dǎo)地位，而其他因素占次要地位而已。

2再生水泥混凝土界面結(jié)構(gòu)區(qū)的改善措施

根據(jù)前面對再生水泥混凝土微觀結(jié)構(gòu)界面影響因素的分析結(jié)果，再結(jié)合普通水泥混凝土界面區(qū)結(jié)構(gòu)的改善措施，提出可以從以下方面對再生水泥混凝土界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善：

2.1 摻入活性礦物摻合料

理論上，通過機(jī)械活化和酸液活化方法都可以對再生集料表面的狀態(tài)加以改善(粗糙化)[8]，而用界面劑、有機(jī)耦合劑或環(huán)氧樹脂等事先涂抹在集料表面則可以增強(qiáng)集料與水泥漿體(砂漿)之間的粘結(jié)強(qiáng)度。文獻(xiàn)[9]將水泥和四種不同外摻超細(xì)礦物質(zhì)與水按比例調(diào)成漿液，分別對再生集料進(jìn)行浸泡、干燥等處理，試驗(yàn)期望能直接填充再生集料的孔隙[10]。

2.2 改善集料表面狀態(tài)

同質(zhì)地均勻的天然集料相比，再生集料表面凹凸不平，容易與水泥漿體之間建立較高的物理粘結(jié)強(qiáng)度；再生集料由于較高的表面活性，容易與水泥漿體反應(yīng)形成較高的化學(xué)粘結(jié)強(qiáng)度。文獻(xiàn)[11]認(rèn)為，采用高強(qiáng)的再生集料可以配制出強(qiáng)度相對較高的再生水泥混凝土。文獻(xiàn)[12]認(rèn)為采用硅灰水泥漿液和無機(jī)鋁鹽復(fù)合防水劑漿液可以強(qiáng)化再生集料，改善其表面狀態(tài)。

References)

[1]陸凱安·我國建筑垃圾的現(xiàn)狀與綜合利用·施工技術(shù)·1999 (5 )：35－37

[2]吳賢國，郭敬松，李惠強(qiáng)等·建筑廢料的再生利用研究·建筑技術(shù)與應(yīng)用·2004〔1〕：21－23

[3]陳惠蘇 等·水泥基復(fù)合材料集料與漿體界面研究綜述(二):界面微觀結(jié)構(gòu)的形成、劣化機(jī)理及其影響因素·硅酸鹽學(xué)報(bào)·2004

[4]甄正.灌注砂漿的配制及其對預(yù)填骨料混凝土的影響.碩士學(xué)位論文[D].汕頭大學(xué).2011

[5]魏鴻·碩士學(xué)位論文[D]·重慶交通大學(xué)·2006

[6]張亞梅，秦鴻根，孫偉·再生混凝土配合比設(shè)計(jì)初探[J]·混凝土與水泥制品·No，1，2002∶7—9

[7]陳永剛，曹貝貝·再生混凝土國外發(fā)展動態(tài)·廣東建設(shè)信息·2005年3月．第3期∶57－58

[8]張超，丁紀(jì)中·廢棄水泥混凝土再生集料在半剛性基層中的應(yīng)用·長安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）·2002年．22（5）：1－4

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