舒 倩，姜新佩，董云婷

富含磚粒再生骨料混凝土的耐久性試驗研究

舒 倩，姜新佩，董云婷

(河北工程大學 水利水電學院，河北 邯鄲 056000）

用富含40%～50%磚粒的再生粗骨料配制再生混凝土，采用滲水高度法和電通量法，分析不同再生骨料取代率和粉煤灰取代率與再生混凝土抗水滲透性以及抗氯離子滲透性的關系，得出抗?jié)B透性最好的再生骨料取代率。然后，在最優(yōu)再生骨料取代率的情況下，采用快速凍融法研究粉煤灰取代率對再生混凝土的抗凍融性能的影響，并與普通混凝土進行比較。結果表明：富含磚粒的再生混凝土的抗?jié)B透性能比普通混凝土弱，再生骨料取代率的增加會降低其抗?jié)B透性，磚粒類再生骨料取代率為40%的再生混凝土抗?jié)B透性能最好；粉煤灰對再生混凝土具有改性作用，粉煤灰摻量為20%時，再生混凝土的抗?jié)B透性能以及抗凍融性能均最佳；適當取代率下，再生混凝土的抗凍等級能夠達到D100。

磚粒；再生混凝土；耐久性；粉煤灰；滲透性；抗凍融性

現(xiàn)今，我國建筑行業(yè)不斷高速發(fā)展，大量建筑垃圾產生的同時，建筑材料資源出現(xiàn)嚴重匱乏，兩者矛盾越來越突出。因此，將建筑垃圾破碎成再生骨料制備再生混凝土成為了工程界研究熱點之一。由于再生骨料表面包裹著舊水泥砂漿，內部存在大量的細微裂縫，具有吸水率高、壓碎指標高、孔隙率大等特點，使得再生混凝土的耐久性問題更為復雜［1］。目前，大多數(shù)研究者主要致力于由廢棄混凝土制成的再生混凝土的耐久性研究方面上［2-8］。然而，在我國北方，拆除的建筑物大多為磚混結構，碎磚含量達到了30%以上。目前，對磚粒類骨料再生混凝土的研究較少，對其耐久性的研究更是缺乏?；诖吮疚难芯苛嗽偕橇先〈室约胺勖夯覔搅繉Υu粒類再生混凝土的抗水滲透性以及抗氯離子滲透性的影響。同時，對同一再生骨料取代率的再生混凝土進行抗凍融試驗，研究粉煤灰取代率對其抗凍融性的影響。

1 試驗概況

1.1 試驗原材料

水泥為太行山牌42.5級普通硅酸鹽水泥；天然細骨料為普通河砂，其細度模數(shù)為2.67，屬于中砂；天然粗骨料采用5～25 mm連續(xù)級配的天然碎石；再生粗骨料由邯鄲全有生態(tài)公司將建筑垃圾破碎加工而成，含有40%～50%磚粒，其粒徑范圍為5～25 mm，均勻級配；粉煤灰為Ⅰ級粉煤灰；拌和水為自來水；減水劑采用山東濟南萬山化工有限公司生產的奈系高效減水劑，摻量為水泥用量的0.8%，減水率約為25%。

1.2 試驗內容及方法

本次試驗根據(jù)JGJ 55-2011《普通混凝土配合比設計規(guī)程》和GB/T50082-2009《混凝土長期性能和耐久性試驗方法標準》配制強度等級為C35的再生混凝土，研究再生粗骨料取代率(α=0、40%、50%、60%)，粉煤灰取代率(β=0、10%、20%、30%)與富含磚粒再生混凝土的抗水滲透性、抗氯離子滲透性的關系。同時，固定抗?jié)B透性最優(yōu)的再生骨料取代率，研究粉煤灰取代率(β=0、10%、20%、30%)對再生混凝土抗凍融耐久性能的影響。其中，抗水滲透試驗采用滲水高度法，抗氯離子滲透試驗采用電通量法，抗凍融性試驗采用快速凍融法。在設計配合比時，由于再生粗骨料含有較多吸水率高的磚粒以及砂漿塊，需考慮其附加用水量。在本次試驗中，附加用水量根據(jù)張學兵［9］提出的公式計算得出，再生混凝土附加用水量和試驗配合比見表1、表2。

表1 再生混凝土附加用水量Tab.1 Additional water of recycled concrete

2 試驗結果與分析

2.1 抗水滲透性試驗

滲水高度值與再生骨料取代率，粉煤灰取代率的關系如圖1所示。

2.1.1 富含磚粒再生粗骨料取代率對抗水滲透性的影響

由圖1可以看出，隨著再生粗骨料取代率的增加，滲透高度基本上呈逐漸升高的趨勢。當粉煤灰摻量不為零時，雖然再生骨料取代率為40%的再生混凝土的滲透高度比普通混凝土高，但都比較接近；而當再生骨料取代率超過40%時，再生混凝土滲水高度比普通混凝土高出了39.4%～91%，抗水滲透性快速降低且比普通混凝土差。由此可以看出，40%再生骨料的再生混凝土的抗?jié)B性最好，但仍低于普通混凝土。

表2 再生混凝土試驗配合比Tab.2 Proportion design of recycled concrete

圖1 再生混凝土滲水高度值Fig.1 Height of water penetration of recycled concrete

再生混凝土的抗水滲透性低于普通混凝土的原因，主要是再生骨料中的碎磚及砂漿塊在破碎過程中存在許多裂紋，具有較多孔隙，隨著磚粒類骨料取代率的增加，在混凝土內部形成了更多的吸水通道，因而降低了其抗水滲透性。然而，在未摻粉煤灰情況下，再生骨料取代率為40%時，再生混凝土滲水高度低于普通混凝土，其原因則只能源于混凝土的“內養(yǎng)護效應”作用［10］。由于再生骨料含有大量高吸水率的磚粒，養(yǎng)護時吸收了更多的水分，在混凝土硬化時，在基體濕度壓力差作用下，使界面區(qū)域內的水泥水化更充分，減少了孔隙率，在適當?shù)拇止橇先〈氏?，再生混凝土的“內養(yǎng)護效應”作用明顯大于再生混凝土孔隙率的作用，從而提高了抗?jié)B性。

2.1.2 粉煤灰摻量對抗水滲透性的影響

摻入適量的粉煤灰能夠使富含磚粒的再生混凝土的滲水高度降低，提高其抗水滲透性能。摻粉煤灰后再生混凝土的滲水高度比不摻時降低了9.8%～22.6%。隨著粉煤灰摻量的增加，再生混凝土的抗水滲透能力先提高后降低，粉煤灰摻量為20%時，再生混凝土的抗?jié)B性最強，這與吳相豪［11］等研究結果相似，并且在相同骨料取代率下，最高提高了約20%。當粉煤灰摻量為30%時，再生混凝土的抗水滲透性能開始降低，但差別不大。

由于粉煤灰的二次反應能吸收混凝土空隙中的水，再生混凝土的孔隙率降低，使其密實度得到提高，從而改善了抗水滲透性能。但隨著粉煤灰摻量的加大，粉煤灰的二次反應速度很慢，大量未水化的粉煤灰使得孔隙率增加，從而導致抗水滲透性能開始出現(xiàn)降低情況。

2.2 抗氯離子滲透性試驗

2.2.1 富含磚粒再生粗骨料取代率對抗氯離子滲透性的影響

由圖2可知，再生混凝土氯離子滲透性隨著骨料取代率的增加而增強，抗氯離子滲透性能逐漸降低，并且低于普通混凝土。相同粉煤灰摻量下，再生骨料取代率越大，其電通量增加幅度越大，最高增加幅度為10.3%，抗氯離子滲透性能降低越明顯。當取代率為40%，再生混凝土的電通量最低，抗氯離子滲透性能最強。

2.2.2 粉煤灰摻量對抗氯離子滲透性的影響

試驗結果顯示，摻入粉煤灰能改善再生混凝土的抗氯離子滲透性能，再生混凝土的電通量比不摻時降低了5.2%～13.3%，普通混凝土的電通量比不摻時降低了2.5%～6.8%。再生混凝土的抗氯離子滲透性隨著粉煤灰摻量的增加呈先提高后降低的趨勢，這與粉煤灰對抗水滲透性的影響效果一致。粉煤灰對再生混凝土氯離子滲透性的影響機理與水滲透性相似。同時，粉煤灰能夠在水泥水化生成的Ca(OH)2的激發(fā)下，生成大量的鋁酸鹽和衍生物，并和氯離子反應生成單氯鋁酸鈣［11］，當粉煤灰摻量適當時，可以有效地擴大粉煤灰結合氯離子的有效面積，加強了再生混凝土吸附氯離子的能力，從而提高其抗氯離子滲透性能。

圖2 再生混凝土電通量值Fig.2 Electric flux of recycled concrete

2.3 抗凍融性試驗

從富含磚粒再生混凝土的滲透性試驗可知，再生骨料取代率為40%時抗?jié)B透性最好，在此情況下，對再生骨料取代率為40%的再生混凝土進行抗凍融試驗，研究粉煤灰取代率對其抗凍融性的影響，并與普通混凝土進行比較。質量損失率、相對動彈性模量損失率見圖3、圖4。

2.3.1 粉煤灰摻量對富含磚粒再生混凝土質量損失率的影響

由圖3可知，普通混凝土與再生混凝土在凍融過程中，隨著凍融次數(shù)的增加，質量均存在先增加后降低的現(xiàn)象。當未摻入粉煤灰時，普通混凝土與再生混凝土均在凍融次數(shù)為50次時，質量損失開始增加；摻入粉煤灰時，當凍融次數(shù)達到50次時，普通混凝土質量開始降低，而再生混凝土質量仍在增加。同時，摻入粉煤灰能夠改善再生混凝土的抗凍融性，摻粉煤灰后再生混凝土的質量損失率比不摻時最高減少了42.8%，隨著粉煤灰取代率的增加，再生混凝土的質量損失先減少后增加。再生混凝土的質量損失率在粉煤灰取代率為20%時最低，并且比較接近未摻入粉煤灰的普通混凝土，抗凍融性能最好。

在凍融初期，再生混凝土與普通混凝土的質量均有所增加，這可能主要是因為凍融前混凝土內部不相通的孔隙經過一定次數(shù)的凍融后變得相互連通，增加了混凝土的吸水量，同時，混凝土表面未出現(xiàn)浮渣或者水泥漿剝落等現(xiàn)象，隨著吸水量的增加，導致了混凝土質量的增加。而在凍融后期，混凝土試件表面開始出現(xiàn)浮渣，水泥漿剝落，從而質量又開始降低。再生混凝土質量增加率大于普通混凝土，主要是因為富含磚粒骨料的吸水率遠大于天然骨料，使其吸水量更多。

圖3 質量損失率Fig.3 Loss rate of mass

圖4 相對動彈性模量損失率Fig.4 Loss rate of relative dynamic elastic modulus

2.3.2 粉煤灰摻量對富含磚粒再生混凝土相對動彈性模量損失率的影響

由圖4可以看出，隨著凍融次數(shù)的增加，再生混凝土的相對動彈性模量損失率逐漸增加，損失率大于普通混凝土，且凍融次數(shù)大于75次時更明顯。摻入粉煤灰能夠改善再生混凝土的抗凍融性，隨著粉煤灰取代率增加，相對動彈性模量損失率先減少后增加，粉煤灰摻量為20%時，相對動彈性模量損失率最少，比不摻粉煤灰時減少了27.5%，當取代率為30%，相對動彈性模量損失率又開始增加，再生混凝土的抗凍融性有所下降，這與質量損失率相似。另外，與普通混凝土相比，再生混凝土相對動彈性模量損失率的增加速率明顯大于普通混凝土，但當凍融次數(shù)達到100次時，相對動彈性模量損失率仍未超過規(guī)范要求。

3 結論

1)富含磚粒再生混凝土的耐久性能弱于普通混凝土。

2)隨著富含磚粒類再生骨料取代率的增加，再生混凝土的抗水滲透性及抗氯離子滲透性均逐漸降低，再生骨料取代率為40%時，抗?jié)B透性最好。

3)富含磚粒再生混凝土的抗?jié)B透能力和抗凍融能力均隨著粉煤灰摻量的增加先提高后降低，粉煤灰的最佳摻量為20%。

4)富含磚粒再生混凝土的抗凍融性能比普通混凝土差，但再生骨料取代率為40%的再生混凝土抗凍融等級能夠達到D100。同時，對于評價再生混凝土的的抗凍融性能，質量損失率評價效果沒有相對動彈性模量損失率好，應考慮從強度損失率方面來進行評價。

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（責任編輯 王利君）

Experimental study on durability of recycled concrete with brick coarse aggregates

SHU Qian, JIANG Xinpei, DONG Yunting

(College of Water Conservancy and Hydropower, Hebei University of Engineering, Hebei Handan,056000,China)

The recycled concrete is made of recycled coarse aggregates rich in 40% ～ 50% brick aggregates. And the water penetration height method and electric flux method are used in the test to investigate the effects of the replacement rate of brick coarse aggregate and fly ash on the water permeability and chloride ion penetration and further to find out the best replacement rate. Then, the rapid frozen thaw method is used to investigate the effects of the replacement rate. The results show that the impermeability of recycled concrete is lower than that of ordinary concrete. With the increase of the replacement rate, the impermeability of recycled concrete becomes lower. The fly ash has the modification effects on recycled concrete. The penetration resistance and freeze-thaw resistance performance of recycled concrete are the best when the replacement of cement with fly ash is 20%. Under the appropriate replacement ratio, the frost resistant grade of recycled concrete can reach the D100.

brick aggregate;recycled concrete;durability; fly ash;permeability; freeze-thaw resistance

TU528.04

A

1673-9469（2017）01-0043-05

10.3969/j.issn.1673-9469.2017.01.010

2016-10-18 特約專稿

河北省科學技術研究與發(fā)展計劃項目（15273609D）

舒倩（1989-），女，四川廣安人，碩士，主要研究方向為水工結構。