陳 成，崔建生，梁曉暉

（南通市建筑科學(xué)研究院有限公司，江蘇南通 226000）

再生混凝土作為一種綠色建筑資源，對(duì)建筑廢棄物的再利用意義重大。但采用再生粗骨料配制而成的再生混凝土具有強(qiáng)度低、彈性模量低、抗裂性差和耐久性差等缺點(diǎn)，導(dǎo)致其在實(shí)際應(yīng)用中受到限制[1]，而通過聚合物改性增強(qiáng)再生混凝土性能是一種可行的思路。

1 水化機(jī)理理論模型

水化反應(yīng)大致可以分為三個(gè)階段，誘導(dǎo)期、加速期和平穩(wěn)期[2]。在誘導(dǎo)期水泥熟料中活性最好的C3A在加入水后即刻發(fā)生反應(yīng)，在水泥顆粒表面形成膠膜，隨后膠膜中開始生成鈣礬石（AFt），此階段僅持續(xù)3～5h。在加速期水泥熟料中占比最大的C3S 與C2S開始激活，此二者與水分子接觸的部分分別水化生成共同的產(chǎn)物水化硅酸鈣C3S2H3，即C-S-H凝膠，C-S-H凝膠是水泥石強(qiáng)度的主要來源，加速階段一般不超過24h。在平穩(wěn)階段C3A 繼續(xù)反應(yīng)，生成單硫型水化硫鋁酸鈣（AFm），同時(shí)AFt 也逐漸向AFm 轉(zhuǎn)化[3]。這三個(gè)階段所形成的水化產(chǎn)物在水泥顆粒間形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，應(yīng)力在結(jié)構(gòu)間相互傳遞，使水泥石形成堅(jiān)實(shí)的整體。

2 試驗(yàn)研究

2.1 配合比設(shè)計(jì)

如表1中試件類型A 表示未摻聚合物的再生混凝土，試件類型B、C、D、E 分別表示摻加VAE 乳液、聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、水性環(huán)氧樹脂乳液的再生混凝土，聚灰比均為15%，聚合物乳液中含水量計(jì)入總用水量。

表1 混凝土試件配合比

2.2 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

本試驗(yàn)采用GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[4]中的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法，試驗(yàn)結(jié)果，如表2所示。

表2 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，所有種類聚合物改性再生混凝土試件及對(duì)比試件均隨齡期增長而增加，其中VAE 試件14d 強(qiáng)度及28d 強(qiáng)度均為最低，空白試件14d 強(qiáng)度及28d 強(qiáng)度均為最高。說明聚合物的摻入對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度有一定程度不良影響。聚合物與水泥水化生成的C-S-H 凝膠相互滲透糾纏在一起，而由于聚合物屬于長鏈高分子結(jié)構(gòu)，彈性較好而強(qiáng)度較差，影響了C-S-H凝膠在抗壓強(qiáng)度上的表現(xiàn)[5]。而隨著水化進(jìn)程的進(jìn)一步發(fā)展，C-S-H 凝膠繼續(xù)生長，其他水化副產(chǎn)物如鈣礬石、莫來石、高嶺石等也相繼出現(xiàn)，因此隨著水化進(jìn)程的發(fā)展，聚合物改性混凝土抗壓強(qiáng)度亦繼續(xù)增長。

2.3 劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)

本試驗(yàn)采用GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中的劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)方法，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，未摻聚合物的再生混凝土試件劈裂抗拉強(qiáng)度在14d 齡期與28d 齡期均小于摻雜各類聚合物乳液的試件，這是由于聚合物的長鏈分子結(jié)構(gòu)在混凝土產(chǎn)生裂縫時(shí)形成的高分子膜能跨越裂縫發(fā)揮其抗拉性能，抑制或減緩裂縫的發(fā)展。然而四種摻加聚合物乳液試件的28d 齡期抗拉強(qiáng)度均小于14d 抗拉強(qiáng)度，這可能是由于隨著水化進(jìn)程的進(jìn)一步發(fā)展，聚合物改性水泥石內(nèi)部逐漸形成更多更復(fù)雜的水化產(chǎn)物。一方面水化反應(yīng)奪取了聚合物內(nèi)部含有的自由水，使得聚合物形成的高分子結(jié)構(gòu)薄膜延展性受到影響；另一方面新生成的水化產(chǎn)物繼續(xù)填充混凝土內(nèi)部空隙，一定程度上破壞了聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的連續(xù)性[6]。由此可以推測(cè)，在更長時(shí)間尺度上，隨著水化程度逐漸達(dá)到較高水平，水化速度降低，摻加聚合物乳液的再生混凝土抗拉強(qiáng)度的下降趨勢(shì)將終結(jié)并重拾上升趨勢(shì)，另一方面降低聚灰比后，混凝土初始抗拉強(qiáng)度將降低，聚合物在混凝土內(nèi)部形成的高分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)較為稀疏，其受水化產(chǎn)物影響也較小，可導(dǎo)致混凝土抗拉強(qiáng)度下降趨勢(shì)減小。

2.4 X射線衍射（XRD）物相分析

2.4.1 樣品處理及試驗(yàn)參數(shù)

XRD 分析樣品在相應(yīng)齡期置入無水乙醇24h 以終止水化，烘干后研磨過200目篩。探測(cè)器射電管電壓40kV，射電管電流40mA，掃描速率8°/min，每步角度0.0170°。

2.4.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

從圖1可看出，對(duì)于未摻聚合物的再生混凝土，在不同齡期的水化進(jìn)程所產(chǎn)生的水化產(chǎn)物類型并無不同，根據(jù)特征衍射峰可以得出其主要水化產(chǎn)物均為C2SH（A）、CSH（B）、Ca（OH）2、托勃莫來石、單硫型水化硫鋁酸鈣和鈣礬石等。從圖1還可看出，隨著齡期增長，再生混凝土中水化產(chǎn)物數(shù)量與比例發(fā)生了變化，比較明顯的有28d 齡期氫氧化鈣衍射峰計(jì)數(shù)強(qiáng)度大幅增加了42%，由于氫氧化鈣晶體為六邊形板層狀結(jié)構(gòu)，縱向的層間結(jié)合力弱，使得特定方向上易產(chǎn)生滑動(dòng)破壞，但氫氧化鈣晶體填充了水泥石內(nèi)部孔隙，使得水泥石結(jié)構(gòu)進(jìn)一步密實(shí)，對(duì)混凝土性能的影響是雙向的；28d 齡期鈣礬石衍射峰減小了27%，說明鈣礬石在水化過程中不斷轉(zhuǎn)化為單硫型水化硫鋁酸鈣，托勃莫來石衍射峰計(jì)數(shù)強(qiáng)度增加了31%，作為鈣硅比為5:6的水化硅酸鈣，托勃莫來石同樣以片狀結(jié)晶形態(tài)存在，得益于水化硅酸鈣較高的強(qiáng)度，該水化產(chǎn)物對(duì)水泥石的力學(xué)性能有正面影響。

圖1 14d與28d齡期的未摻聚合物再生混凝土XRD圖譜

從圖2可以看出，無論是14d 齡期樣品還是28d齡期樣品，四種聚合物改性的再生混凝土XRD 圖譜上均存在數(shù)個(gè)未摻聚合物樣品圖譜上未見的波峰（小于15°區(qū)間），可以推斷此特征波峰對(duì)應(yīng)的是聚合物乳液在再生混凝土內(nèi)部形成的絡(luò)合物。

圖2 14d（左）及28d（右）齡期各類樣品XRD對(duì)比圖譜

此外XRD 對(duì)比圖譜還證實(shí)了前文對(duì)聚合物在水化過程中影響的分析，無論是14d 齡期還是在28d 齡期的圖譜中均可觀察到聚合物改性樣品中水化產(chǎn)物形成的衍射峰計(jì)數(shù)強(qiáng)度更高，這表明水泥石內(nèi)部氫氧化鈣、鈣礬石、單硫型水化硫鋁酸鈣及以多種形式存在的水化硅酸鈣等更為豐富，由此可得出摻加的聚合物乳液對(duì)再生混凝土的水化進(jìn)程存在促進(jìn)作用。

3 結(jié)束語

1）在齡期28d 以內(nèi)，四種聚合物的摻入對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度均存在一定程度上的負(fù)面影響，除摻加VAE 樣品外其余三種樣品抗壓強(qiáng)度下降率均未超過10%。

2）四種聚合物的摻入均提高了再生混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度，而該優(yōu)勢(shì)在14d 齡期較大，在28d 齡期有所減小，可能與水化反應(yīng)奪取了聚合物內(nèi)部自由水或新生水化產(chǎn)物破壞了聚合物空間結(jié)構(gòu)的連續(xù)性有關(guān)。

3）根據(jù)XRD 圖譜，在14d 及28d 齡期均可在聚合物改性樣品中觀察到更高的水化產(chǎn)物衍射峰計(jì)數(shù)強(qiáng)度，表明摻入的聚合物乳液對(duì)再生混凝土的水化進(jìn)程存在促進(jìn)作用。