李秋義，韓 帥，2，莫 建，張修勤，孔 哲

（1.青島理工大學(xué)，山東青島 266033；2.濟南軌道交通集團有限公司，山東濟南 250101）

物理化學(xué)強化對再生混凝土抗氯離子滲透性能的影響

李秋義1，韓 帥1，2，莫 建1，張修勤1，孔 哲1

（1.青島理工大學(xué)，山東青島 266033；2.濟南軌道交通集團有限公司，山東濟南 250101）

廢棄混凝土經(jīng)簡單破碎、一次顆粒整形和二次顆粒整形后分別制得Ⅱ類再生粗骨料、準類再生粗骨Ⅰ料和Ⅰ類再生粗骨料，將三類再生粗骨料在濃度6％的有機硅烷防水劑中進行24h化學(xué)浸漬處理，得到三類物理化學(xué)強化再生粗骨料。分別研究不同品質(zhì)物理化學(xué)強化再生粗骨料和不同取代率（取代率：0％、25％、50％、75％、100％）取代天然骨料對再生混凝土的抗氯離子滲透性能的影響。結(jié)果顯示：再生粗骨料混凝土抗氯離子性能為：化學(xué)強化二次顆粒整形再生粗骨料混凝土＞化學(xué)強化一次顆粒整形再生粗骨料混凝土＞化學(xué)強化簡單破碎再生粗骨料混凝土，且均優(yōu)于普通混凝土;三類化學(xué)強化再生粗骨料混凝土的氯離子遷移系數(shù)均隨著取代率的增大而減小。

顆粒整形;物理化學(xué)強化;再生粗骨料混凝土;非穩(wěn)態(tài)氯離子遷移系數(shù)

1 前 言

氯離子侵蝕是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)失效的重要因素之一，來自于海洋環(huán)境和化冰鹽的氯化物引起鋼筋銹蝕，嚴重影響混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，對建筑結(jié)構(gòu)造成了巨大的損失?；炷量孤入x子侵蝕性能的研究，已成為我國混凝土結(jié)構(gòu)研究的熱門研究領(lǐng)域之一［1-3］。

再生骨料混凝土是一種新型綠色混凝土，它以建筑廢棄物為主要原材料，這一方面大大緩解了我國建筑業(yè)對于砂石骨料的需求;另一方面建筑垃圾也得到了有效的回收利用，這無疑有利于建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和自然環(huán)境的保護。但是由于再生骨料品質(zhì)存在較大的差異，再生骨料混凝土的耐久性往往低于普通混凝土，這就給再生混凝土廣泛的應(yīng)用帶來了困難［4-5］。楊青等人引入高活性納米SiO2和納米改性礦物摻合料，得到了納米改性再生混凝土，顯著改善再生混凝土的抗氯離子滲透性能［6］。

本文將廢棄混凝土經(jīng)簡單破碎、一次顆粒整形和二次顆粒整形分別制備出三種不同品質(zhì)的再生粗骨料，并將三類再生粗骨料在濃度6％的有機硅烷防水劑中進行化學(xué)浸漬24h處理，測試物理化學(xué)強化后的再生粗骨料不同品質(zhì)和取代率對再生混凝土抗氯離子滲透性能影響。

2 試 驗

2.1 試驗原材料

試驗所采用原材料及其品質(zhì)如下：水泥：山水水泥廠P.O 42.5R普通硅酸鹽水泥，其物理力學(xué)性能指標見表1。天然砂：河砂，Ⅱ級砂，級配良好，符合（GB/T 14684-2011）要求;天然粗骨料：嶗山產(chǎn)5～25mm連續(xù)級配的花崗巖碎石，符合（GB/T 14685-2011）要求;再生粗骨料：化學(xué)強化簡單破碎再生粗骨料（SBA-SI），化學(xué)強化一次顆粒整形再生粗骨料（FA-SI），化學(xué)強化二次顆粒整形再生粗骨料（SA-SI），簡單破碎再生粗骨料（SBA），一次顆粒整形再生粗骨料（FA）以及二次顆粒整形再生粗骨料（SA），具體性能指標見表2和表3;減水劑：江蘇博特高效聚羧酸減水劑，減水率為30％;水：自來水，符合（JGJ63-2006）要求。

表1 水泥的主要技術(shù)性質(zhì)指標Table 1 Main technical indicators of cement

表2 再生粗骨料顆粒級配Table 2 Grain size distribution of recycled coarse aggregate

表3 再生粗骨料主要性能指標Table 3 Main technical indicators of recycled coarse aggregate

2.2 試驗方法

本試驗根據(jù)《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177-2010）、《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ55-2011）和《混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T 50082-2009），確定混凝土原材料及配合比，研究幾種物理化學(xué)強化再生粗骨料品質(zhì)和取代率對再生粗骨料混凝土抗氯離子滲透性能的影響。

本試驗采用砂率為40％，減水劑為膠凝材料用量的1.2％，通過調(diào)整控制坍落度160～200 mm確定用水量。通過測試非穩(wěn)態(tài)氯離子遷移系數(shù)（DRCM），研究化學(xué)強化再生粗骨料不同品質(zhì)和取代率（φZ=0％、25％、50％、75％、100％）對再生粗骨料混凝土抗氯離子性能的影響，試驗配合比如表4，再生混凝土工作性能和基本力學(xué)性能如表5。

表4 再生粗骨料混凝土試驗配合比（以1m3計）Table 4 Mix proportion of the recycled coarse aggregate concrete（1m3）

表5 再生粗骨料混凝土的工作性能和力學(xué)性能Table 5 Workability and mechanical properties of recycled coarse aggregate concrete

3 試驗結(jié)果分析

3.1 試驗結(jié)果

參照《混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T 50082-2009），測試試件的非穩(wěn)態(tài)氯離子遷移系數(shù)（DRCM），試驗結(jié)果如表6。

表6 再生粗骨料混凝土氯離子非穩(wěn)態(tài)遷移系數(shù)/×10-12 m2·s-1Table 6 Chloride migration coefficient of recycled coarse aggregate concrete

3.2 不同品質(zhì)再生粗骨料對再生混凝土抗氯離子性能的影響

不同品質(zhì)再生粗骨料對再生混凝土抗氯離子性能的影響如圖1所示。

由圖1可知，再生粗骨料混凝土抗氯離子性能為：SA-SI再生粗骨料混凝土＞FA-SI再生粗骨料混凝土＞SBA-SI再生粗骨料混凝土，且均優(yōu)于普通混凝土。

圖1 不同品質(zhì)再生粗骨料混凝土氯離子遷移系數(shù)（a）水泥用量350kg/m3;（b）水泥用量400kg/m3;（c）水泥用量450kg/m3;（d）水泥用量500kg/m3Fig.1 Chloride migration coefficient of recycled coarse aggregate concrete of varied quality（a）Cement dosage：350kg/m3;（b）Cement dosage：400kg/m3;（c）Cement dosage：450kg/m3;（d）Cement dosage：500kg/m3

以圖1（b）為例，與SBA-SI再生混凝土相比，當φZ=50％時，F(xiàn)A-SI再生粗骨料混凝土的氯離子遷移系數(shù)減小了1.14×10-12m2/s，SA-SI再生粗骨料混凝土的氯離子遷移系數(shù)減小了1.41×10-12m2/s;當φZ=100％時，F(xiàn)A-SI再生粗骨料混凝土的氯離子遷移系數(shù)減小了1.11×10-12m2/s，SA-SI再生粗骨料混凝土的氯離子遷移系數(shù)減小了2.16×10-12m2/s。

有機硅烷防水材料能滲透到骨料微孔的壁上形成薄膜而不會封閉通道，這使得骨料表面浸漬硅烷后具有較強的憎水作用。在控制相同坍落度的情況下，骨料表層的憎水薄膜減小了混凝土的單位用水量。有機硅烷與水泥石中的Ca（OH）2反應(yīng)，形成三維交聯(lián)有機硅烷樹脂，混凝土縮合從而使它牢固地和骨料聯(lián)系起來，使非極性的有機集團排列向外形成增水層。由于其分子量較小，滲透性較強，并形成立體憎水結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，防止氯離子的深入，從而顯著提高混凝土的防水和抗氯離子滲透性能［7］。另外，有機硅烷可以優(yōu)化混凝土的結(jié)構(gòu)，其填充效應(yīng)占據(jù)自由水的空間使結(jié)構(gòu)緊密，并降低了滲水，防止水分在骨料表面聚集，從而提高了界面過渡區(qū)的密實度。因此，與物理強化再生混凝土相比，物理化學(xué)強化再生粗骨料混凝土抗氯離子性能有顯著的提高。由表6可知，與物理強化再生混凝土相比，物理化學(xué)強化再生粗骨料混凝土氯離子遷移系數(shù)降低了33.5％～55.8％。

簡單破碎再生骨料周圍附著的舊水泥砂漿體孔隙率較大，有機硅烷防水劑在再生骨料表面形成一層保護膜，會有效減小再生骨料表面的孔隙，從而使吸水率減小。簡單破碎再生骨料表面存在大量微細裂紋，其外觀質(zhì)量低于周圍的新水泥砂漿體，有機硅烷防水劑可修復(fù)部分微裂縫，提高骨料質(zhì)量。化學(xué)強化提升了再生骨料品質(zhì)，明顯改善了再生粗骨料的各項性能，消除了再生混凝土孔隙率高和界面區(qū)疏松多孔的缺陷，顯著提高了再生混凝土的抗氯離子滲透性能。

再生粗骨料經(jīng)過簡單破碎、一次顆粒整形和二次顆粒整形后，其品質(zhì)可分別達到二類骨料、準一類骨料、一類骨料的要求［8］，正是由于簡單破碎再生粗骨料自身的品質(zhì)較差，雖然經(jīng)過化學(xué)強化顯著提高了簡單破碎再生骨料的部分性能，但是與化學(xué)強化顆粒整形再生粗骨料混凝土相比，其抗氯離子滲透性能較低。

3.3 不同取代率對再生粗骨料混凝土抗氯離子性能的影響

不同再生粗骨料取代率對再生混凝土抗氯離子性能的影響如圖2所示。

由圖2可知，隨著再生粗骨料取代率的增大，SBA-SI、FA-SI和SA-SI再生粗骨料混凝土的氯離子遷移系數(shù)呈減小趨勢。

以圖2（c）為例，隨著φZ的增大，SA-SI再生粗骨料混凝土的氯離子遷移系數(shù)呈減小趨勢。與普通混凝土相比，當φZ=50％時，SA-SI再生粗骨料混凝土的氯離子遷移系數(shù)減小了42％～51％;當φZ=100％時，SA-SI再生粗骨料混凝土的氯離子遷移系數(shù)減小了43％～52％。

圖2 再生粗骨料取代率對再生混凝土抗氯離子性能影響（a）SBA-SI再生粗骨料混凝土;（b）FA-SI再生粗骨料混凝土;（c）SA-SI再生粗骨料混凝土Fig.2 The influence of replacement ratio of recycled coarse aggregate on chloride migration coefficient of recycled coarse aggregate concrete（a）SBA-SI recycled coarse aggregate concrete;（b）FA-SI recycled coarse aggregate concrete;（c）SA-SI recycled coarse aggregate concrete

水膠比是反映混凝土密實度的一個重要指標，水膠比的大小反映了混凝土抵抗氯離子入侵的能力。水膠比越大，包圍水泥顆粒的水層就越厚，水在水泥石中形成相互連通的、無規(guī)則的毛細孔系統(tǒng)，使水泥石的孔隙率增加，混凝土抗氯離子滲透性能就變差。

化學(xué)強化減小了再生骨料表面的孔隙，從而使孔隙率和吸水率減小，并修復(fù)了部分微裂縫，提高了骨料品質(zhì)?；瘜W(xué)強化改善了再生骨料的性能，再生骨料的含泥量、泥塊含量、吸水率、壓碎指標等性能均可達到I類再生骨料的要求。由表4可知，與物理強化相比，經(jīng)物理化學(xué)強化之后，再生粗骨料多孔和高吸水的特性得到明顯改善，其吸水率可達0.8％～1.5％，與天然骨料吸水率為0.5％～2％接近。另外，物理化學(xué)強化再生粗骨料含泥量＜0.2％，遠遠小于（GB/T 14685-2011）中Ⅰ類骨料含泥量＜0.5％的要求。

經(jīng)化學(xué)強化后，物理化學(xué)強化再生粗骨料的品質(zhì)達到、甚至超過天然骨料。在控制相同的坍落度條件下，隨著取代率的增大，SBA-SI、FA-SI和SA-SI再生粗骨料混凝土所需的用水量減少，相應(yīng)地引起水膠比的減小。由圖3（b）和圖3（c）可知，隨著φZ的增大，F(xiàn)A-SI和SA-SI再生粗骨料混凝土的水膠比呈減小趨勢。其中，當φZ=50％時，水膠比分別減小了17.3％～26.3％和18.7％～26.5％;當φZ=100％時，水膠比分別減小了13.6％～26.3％和17.1％～28.6％。因此，隨著φZ的增大，水膠比逐漸減小，再生混凝土孔隙率減小，SBA-SI、FA-SI和SA-SI再生粗骨料混凝土的氯離子遷移系數(shù)呈減小趨勢。

圖3 再生粗骨料取代率對再生混凝土水膠比的影響（a）SBA-SI再生粗骨料混凝土;（b）FA-SI再生粗骨料混凝土;（c）SA-SI再生粗骨料混凝土Fig.3 Influence of ratio of recycled coarse aggregate on water-binder ratio of recycled concrete（a）SBA-SI recycled coarse aggregate concrete;（b）FA-SI recycled coarse aggregate concrete;（c）SA-SI recycled coarse aggregate concrete

4 結(jié) 論

1.化學(xué)強化改善了再生粗骨料的品質(zhì)，減小了再生粗骨料混凝土的單位用水量，提高了界面過渡區(qū)的密實度，這些都有利于提高再生粗骨料混凝土的抗氯離子性能。

2.SA-SI再生粗骨料混凝土抗氯離子性能最好，F(xiàn)A-SI再生粗骨料混凝土抗氯離子性能次之，SBA-SI再生粗骨料混凝土抗氯離子性能最差，但均優(yōu)于普通混凝土。

3.SBA-SI、FA-SI、SA-SI再生粗骨料混凝土的氯離子遷移系數(shù)隨著φZ的增大而減小。

［1］王元戰(zhàn)，周海鋒.鹽霧環(huán)境下受荷混凝土中氯離子擴散試驗［J］.材料科學(xué)與工程學(xué)報，2004，（92）：645～650.

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Influence of physical and Chemical Enhancement of Recycled Coarse Aggregate on Coefficient of Chloride Migration of Recycled Concrete

LI Qiu-yi1，HAN Shuai1，2，MO Jian1，ZHANG Xiu-qin1，KONG Zhe1
（1.Qingdao University of Technology，Qingdao 266033，China;2.Ji'nan Rail Transit Group Co.，Ltd Shandong province，Jinan 250101，China）

Waste concrete was simply crushed toⅡclass recycled coarse aggregate，firstly reshaped toⅠclass-to-be recycled coarse aggregate in physical strengthening and twice reshaped toⅠclass recycled coarse aggregate in physical strengthening.Three kinds of recycled coarse aggregate were marinated in an organic silicon waterproof agent for 24h for chemical treatment that the concentration of organic silicon is 6％，then three kinds of recycled coarse aggregate of physical and chemical enhancement were obtained.The influence of quality and substitution rate（substitution rate：0％，25％，50％，75％，100％）of recycled coarse aggregate of physical and chemical enhancement on recycled concrete were studied.The coefficient of the chloride migration of recycled coarse aggregate concrete is found：Ⅰclass recycled coarse aggregate concrete＞Ⅰclass-to-be recycled aggregate concrete＞Ⅱclass recycled coarse aggregate concrete，its performance of anti-chloride ions is better than that of ordinary concrete.With the increase of the substitution rate，the coefficient of the chloride migration of three kinds of recycled coarse aggregate concrete reduces.

particle shaping;physical and chemical enhancement;recycled coarse aggregate concrete; coefficient of the chloride migration

1673-2812（2016）03-0432-06

TU528.01

A

10.14136/j.cnki.issn 1673-2812.2016.03.020

2015-05-11;

2015-07-15

國家自然科學(xué)基金資助項目（51378270，51208272）;山東省高校優(yōu)秀科研創(chuàng)新團隊計劃資助項目

李秋義（1964-），男，博士，教授，主要從事固體廢棄物資源化利用、高性能混凝土與耐久性研究。E-mail：lqyyxn@163.com。

韓 帥（1990-），男，碩士研究生，主要從事混凝土材料與結(jié)構(gòu)研究工作。E-mail：hs_lff@163.com。