吳子楊 WU Zi-yang；陳康 CHEN Kang；游嘯 YOU Xiao；程書凱 CHENG Shu-kai

（武漢工程大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，武漢 430073）

0 引言

超高性能混凝土（UHPC）是一種高密實(shí)高強(qiáng)度的纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料[1]，其不僅有良好的力學(xué)性能和耐久性，還具有較好的韌性，目前已被廣泛使用在較多的工程結(jié)構(gòu)應(yīng)用中[2，3]。但是，由于UHPC具有極低的水膠比和較高的膠材用量，這會(huì)引起其內(nèi)部毛細(xì)孔中水分不飽和，毛細(xì)管內(nèi)負(fù)壓增大，從而產(chǎn)生較大的早期自收縮，可能會(huì)引起UHPC出現(xiàn)開裂，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)安全隱患[4，5]。

國內(nèi)有研究表明內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料可以為混凝土內(nèi)部提供有效的水分來源，降低其內(nèi)部自干燥，從而抑制早期自收縮、防止混凝土開裂。內(nèi)養(yǎng)護(hù)技術(shù)是改善超高性能混凝土早期收縮開裂問題的重要手段之一[6]。內(nèi)養(yǎng)護(hù)技術(shù)主要是通過對內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料預(yù)濕處理使其負(fù)載水分來達(dá)到對混凝土基體有效內(nèi)養(yǎng)護(hù)的目的。S.H.Kang等[7]研究結(jié)果表明，預(yù)濕SAP摻入能抑制UHPC內(nèi)部自干燥現(xiàn)象和自收縮，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致UHPC基體的孔隙率增大，力學(xué)性能下降。張高展[8]等發(fā)現(xiàn)引入預(yù)濕LWA會(huì)略微降低UHPC的力學(xué)性能，可以實(shí)現(xiàn)UHPC輕質(zhì)和低收縮的目的，不同預(yù)濕程度還可以改善拌合物的工作性能和體積穩(wěn)定性能。再生細(xì)骨料（Recycled fine aggregate，RFA）具有孔隙率高、吸水率大特點(diǎn)[9]，是一種多孔輕質(zhì)材料（LWA），具備內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料特性。童小根等[10]研究發(fā)現(xiàn)，再生砂的摻入不僅可以有效地改善混凝土的收縮性能和抗裂性能，制備出的混凝土滿足C60混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，同時(shí)具備較好的抗氯離子滲透性能和抗硫酸鹽侵蝕性能。張偉等[11]認(rèn)為吸水飽和的再生骨料能提高高性能混凝土的內(nèi)部相對濕度，促進(jìn)水化反應(yīng)、降低混凝土孔隙率，細(xì)化孔徑。葛曉麗[12]等研究發(fā)現(xiàn)再生砂可以制備出的具有良好的力學(xué)性能UHPC，并且在一定程度上可以優(yōu)化UHPC的孔徑結(jié)構(gòu)。上述國內(nèi)學(xué)者研究表明了再生細(xì)骨料制備UHPC的可行性，但是僅研究了再生細(xì)骨料取代率、粒徑與添加劑對其力學(xué)性能的影響，對于不同預(yù)濕程度處理的再生細(xì)骨料對UHPC力學(xué)與收縮性能研究較少。本文采用三種不同預(yù)濕處理方法，以10%、20%、30%再生細(xì)骨料等體積取代石英砂制備UHPC，研究了不同預(yù)濕程度及不同摻量再生細(xì)骨料對UHPC的抗壓強(qiáng)度、自收縮和抗氯離子滲透性能的影響規(guī)律。

1 原材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 原材料水泥采用的是華新牌P·O 52.5硅酸鹽水泥（OPC），表1為水泥的物理性能；硅灰（SF）采用的是超細(xì)硅灰，粉煤灰（FA）：粉煤灰為I級粉煤灰，表2為水泥、硅灰和粉煤灰的化學(xué)組成。細(xì)骨料采用石英砂（QS，0.40-0.85mm）與再生細(xì)骨料（1.18-2.36mm）。QS的表觀密度為2648kg/m3，SiO2的含量超過96%。再生細(xì)骨料（RCA）：為漢陽市政公司提供的廢棄建筑物拆除后破碎生產(chǎn)的再生細(xì)骨料，詳細(xì)的物理特性如表3所示。減水劑：為聚羧酸高效減水劑，含固量40%，減水率為37%。鋼纖維：為冷拉鍍銅微絲鋼纖維，微絲鋼纖維直徑0.25mm，長度14mm，抗拉強(qiáng)度3300MPa。

表1 水泥物理性能

表2 水泥、硅灰和粉煤灰化學(xué)組成（%）

表3 再生細(xì)骨料物理性能

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)前將再生細(xì)骨料烘干，分三份，其中一份不做預(yù)處理保持干燥狀態(tài)（D），另外兩份分別進(jìn)行半預(yù)濕（S）和全預(yù)濕處理（M）。再生細(xì)骨料的取代率分別為10%、20%和30%（等體積取代石英砂）。水泥∶硅灰∶粉煤灰∶細(xì)骨料=0.65∶0.25∶0.1∶1，水灰比為0.18，UHPC砂漿配合比如表4所示。將預(yù)濕再生細(xì)骨料內(nèi)部水分計(jì)算在內(nèi)，保持基體水灰比不變（附加水+再生細(xì)骨料中的水）。其中REF表示不摻再生細(xì)骨料組；D10、D20和D30分別表示為干燥狀態(tài)下的再生細(xì)骨料取代率為10%、20%、30%制備的再生細(xì)骨料UHPC；S、M分別表示半預(yù)濕和全預(yù)濕狀態(tài)，詳見表4。

表4 UHPC砂漿配合比

1.3 試驗(yàn)方法將所需的膠凝材料、水與高效減水劑進(jìn)行稱取，倒入砂漿攪拌機(jī)成型。得到成型的水泥漿體后，將細(xì)骨料加入砂漿攪拌機(jī)中得到UHPC漿體，最后再加入鋼纖維成型。UHPC成型后，將所成型的UHPC砂漿試樣（40×40×160mm和Φ100×50mm）移入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至3d、7d、28d后取出。取出的試塊采用YAW-300C型號微機(jī)控制全自動(dòng)壓力試驗(yàn)機(jī)測試UHPC的抗壓強(qiáng)度。在UHPC漿體成型后（不含鋼纖維）使用非接觸式波紋管自收縮測定儀測定UHPC的早期自收縮；將養(yǎng)護(hù)28d的Φ100×50mm試塊（不含鋼纖維）取出，用NJ-DTL混凝土氯離子電通量測定儀測試UHPC抗氯離子滲透性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 抗壓強(qiáng)度在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的再生細(xì)骨料UHPC的3d、7d和28d的抗壓強(qiáng)度見圖1。由圖1可知，再生細(xì)骨料的摻入會(huì)降低UHPC的3d和7d的抗壓強(qiáng)度，但提高其28d的抗壓強(qiáng)度。與REF相比，D10、S10和M10的3d抗壓強(qiáng)度分別下降了40.41%，27.04%和22.87%，7d強(qiáng)度分別下降了25.35%，14.22%和1.29%；D20、S20和M20的3d抗壓強(qiáng)度分別下降了21.94%、29.88%和14.69%，7d抗壓強(qiáng)度分別降低了19.92%、12.74%和0.26%；D30、S30和M30的3d抗壓強(qiáng)度分別下降了46.15%、44.91%和11.37%，7d抗壓強(qiáng)度分別下降了20.65%、11.98%和8.7%。這是因?yàn)樵偕?xì)骨料相比于石英砂具有較高的壓碎值，較低的彈性模量，導(dǎo)致再生細(xì)骨料UHPC的抗壓強(qiáng)度較低。

圖1 再生細(xì)骨料UHPC抗壓強(qiáng)度

隨著預(yù)濕程度的增大，UHPC的28d抗壓強(qiáng)度逐漸增大。D10和S10的28d抗壓強(qiáng)度降低了19.84%和3.47%，但M10的28d強(qiáng)度提高了5.26%；D20、S20和M20的28d抗壓強(qiáng)度分別提高了1.23%、13.14%和16.6%；D30和S30的28d抗壓強(qiáng)度較對照組降低了11.06%、7.23%，但M30的28d抗壓強(qiáng)度提高了1.28%。這是因?yàn)殡S著UHPC不斷水化反應(yīng)，其內(nèi)部相對濕度不斷降低，而再生細(xì)骨料能持續(xù)釋放水分，促進(jìn)體系內(nèi)部膠凝材料的水化程度，產(chǎn)生較多的鈣礬石（AFt）和C-S-H凝膠，提高了UHPC基體28d的抗壓強(qiáng)度。與D、S相比，M的再生細(xì)骨料UHPC強(qiáng)度更高。全預(yù)濕再生細(xì)骨料取代率為20%時(shí)，UHPC抗壓強(qiáng)度最好。

2.2 自收縮在UHPC漿體成型后迅速移入自收縮波紋管，得到UHPC漿體早期7d的自收縮圖2。由圖2可知，REF在早期收縮達(dá)到1231μm，預(yù)濕再生細(xì)骨料的摻入可有效地降低UHPC的早期自收縮。與REF相比，D20、S20和M20的7d自收縮分別下降了49.96%、62.08%和74.55%，D30、S30和M30的7d自收縮分別下降了71.78%、78.34%和90.47%。隨著UHPC內(nèi)部水化地進(jìn)行，基體內(nèi)部相對濕度降低，形成毛細(xì)管彎月面，導(dǎo)致毛細(xì)管產(chǎn)生收縮應(yīng)力，從而產(chǎn)生收縮，而預(yù)濕再生細(xì)骨料能夠?yàn)榛w提供所需水分，延緩內(nèi)部相對濕度的降低，從而降低其自收縮。相同再生細(xì)骨料取代率下，隨著預(yù)濕程度的增大，UHPC基體自收縮降低；與D、S相比，M的自收縮降低更為顯著，這是再生細(xì)骨料的取代率較大，內(nèi)部儲(chǔ)存的水分更多，能為UHPC內(nèi)部提供更多水分，從而有效地降低其內(nèi)部自干燥過程使得自收縮降低更明顯。相同預(yù)濕程度下，隨著再生細(xì)骨料的取代率增加，UHPC的自收縮下降幅度逐漸增大。

圖2 再生細(xì)骨料UHPC自收縮

2.3 電通量在標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)的再生細(xì)骨料UHPC的28d電通量見圖3。如圖3所示，再生細(xì)骨料的摻入會(huì)提高UHPC基體的電通量；相同預(yù)濕程度下隨著再生細(xì)骨料的取代率增加，UHPC電通量逐漸降低；相同粒徑下隨著再生細(xì)骨料的取代率增加，UHPC電通量逐漸增大。與REF相比，D10～M10，D20～M20，D30～M30的電通量分別升高了75%～50%，55.56%～27.78%、66.67%～44.44%。由于摻入的再生細(xì)骨料為多孔輕骨料，其內(nèi)部含有較多孔隙，為氯離子的擴(kuò)散提供了許多孔道，從而導(dǎo)致再生細(xì)骨料制備的UHPC有著較大的電通量。相同取代率下，隨著預(yù)濕程度的增大，UHPC電通量降低。原因可能是預(yù)濕再生細(xì)骨料的加入促進(jìn)了UHPC基體的水化反應(yīng)，生成的水化產(chǎn)物能夠細(xì)化UHPC基體內(nèi)部的孔隙，使得孔隙率降低，電通量降低。相同預(yù)濕程度下，再生細(xì)骨料取代率為20%制備的UHPC具有較低的電通量。

圖3 再生細(xì)骨料UHPC電通量

3 結(jié)論

①預(yù)濕再生細(xì)骨料的摻入會(huì)降低UHPC早期抗壓強(qiáng)度，其中3d強(qiáng)度降低11.37%～46.15%，7d抗壓強(qiáng)度降低0.26%～25.35%。但全預(yù)濕再生細(xì)骨料的摻入可使UHPC的28d抗壓強(qiáng)度提高1.28%～16.6%，其中M20抗壓強(qiáng)度最高，達(dá)到了160.76MPa。②預(yù)濕再生細(xì)骨料能有效降低UHPC的早期自收縮。隨著再生細(xì)骨料取代率的增加，UHPC早期自收縮逐漸降低。相同摻量下，預(yù)濕程度較高的UHPC的自收縮下降更為明顯，其中，與對照組相比，試驗(yàn)組M30的7d自收縮為下降了90.47%。③預(yù)濕再生細(xì)骨料的摻入提高了UHPC的電通量，但隨著預(yù)濕程度的增大，再生細(xì)骨料UHPC的電通量逐漸降低。在再生細(xì)骨料取代率為20%時(shí)，再生細(xì)骨料制備的UHPC電通量較低。