再生混凝土耐久性研究綜述

再生混凝土耐久性研究綜述

0再生混凝土耐久性從環(huán)境影響和有效利用資源的角度來看，有必要將廢水用作循環(huán)利用。目前,許多學(xué)者已經(jīng)對再生混凝土的力學(xué)性能進(jìn)行大量研究,不過,人們一些先入為主的想法導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中大部分廢混凝土僅被用于路面的填充料。本文中筆者首先介紹涉及再生混凝土耐久性研究的方法,對不同試驗(yàn)條件下再生混凝土耐久性(尤其是隨再生骨料取代率變化)的情況進(jìn)行總結(jié),然后通過數(shù)據(jù)分析,將試驗(yàn)條件等因素剝離出去,得出再生混凝土耐久性主要隨再生骨料取代率的變化關(guān)系,該關(guān)系能夠定量地評定再生混凝土耐久性隨再生骨料取代率的變化情況。最后,將灰色關(guān)聯(lián)度分析方法應(yīng)用于耐久性的數(shù)據(jù)分析中,定量得出影響再生混凝土耐久性的主次因素。1再生骨料取代率與耐久性的關(guān)系由于不同文獻(xiàn)所采用的試驗(yàn)方法、試驗(yàn)條件等不盡相同,因此本文中將再生骨料取代率r時(shí)的耐久性指標(biāo)f(r)除以再生骨料取代率為0%時(shí)的耐久性指標(biāo)f(0),其比值可以定義為f(r)/f(0),這樣f(r)/f(0)便成為量綱一的量。1.1再生粗骨料混凝土的表征氯離子測試方法主要為電場加速作用下快速滲透試驗(yàn),即根據(jù)ASTMC1202-91,ASTMC1202-97,從直徑100mm、厚度200mm的混凝土塊中切割出直徑100mm、厚度50mm的混凝土餅,根據(jù)通電6h通過的總電量確定抗氯離子滲透性。圖1(a)為由電場加速試驗(yàn)得出的電通量f1(r)隨再生骨料取代率r變化的情況。由于一些文獻(xiàn)當(dāng)中只有少數(shù)幾個(gè)相關(guān)數(shù)據(jù),如文獻(xiàn)中,只有再生粗骨料取代率為0%,20%,50%,100%時(shí)的數(shù)據(jù),那么其余的數(shù)據(jù)如46%處的電通量數(shù)值通過相鄰的數(shù)據(jù)間的線性插值獲得。圖1中所舉例子的骨料均為粗骨料,其中,Kou-F0%-28d-W/C0.55表示膠凝材料中除了普通硅酸鹽水泥(OPC),粉煤灰(F)摻量(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下文同)為0%,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28d,水灰比為0.55(文獻(xiàn))。Nassar-G*lW(hW)(F1)(F2)-28d-W/C0.36表示膠凝材料中除了普通硅酸鹽水泥,還有玻璃粉末(G*),低水灰比(lW),高水灰比(hW),一類粉煤灰(F1),二類粉煤灰(F2),標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28d,水灰比為0.36;Ann-OPC(F30%)(S65%)-180d-W/C0.45表示普通硅酸鹽中粉煤灰摻量30%(F30),礦渣摻量(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下文同)65%(S65%),混凝土齡期為180d,水灰比為0.45;Du-F19%S16%Si4%-60d-W/C0.42表示普通硅酸鹽水泥中摻有19%的粉煤灰(F19%),16%的礦渣(S16%),4%的硅粉(Si4%,質(zhì)量分?jǐn)?shù),下文同),混凝土齡期為60d,水灰比為0.42。由圖1(a)可知,在不同的試驗(yàn)條件下,再生混凝土的電通量f1(r)隨著再生骨料取代率r的增加而增大,Du-F14%S18%Si4%-35d-W/C0.36的電通量最低,即抗氯離子滲透性最好,其原因在于,隨著齡期的增長,水泥水化作用日益成熟,并且由于在再生骨料混凝土中摻入了粉煤灰、礦渣等微細(xì)礦物摻合料,其參與水泥的二次水化反應(yīng)或填充在水泥水化產(chǎn)物之間,起到了“顆粒細(xì)化”和“孔徑細(xì)化”的作用,改善了再生骨料混凝土界面過渡區(qū)的性能,硅粉、礦渣、粉煤灰的不同粒徑可以填充混凝土內(nèi)部不同孔徑的空隙,混凝土更加密實(shí),另外也可能由于該再生骨料來源于機(jī)場跑道,品質(zhì)較好。Ann-F30%-180d-W/C0.45的電通量最高,抗氯離子滲透性最差。圖1(b)為電通量比值隨再生骨料取代率r變化的情況。圖1(b)中,折線的斜率反映了氯離子滲透性隨再生粗骨料取代率變化的快慢程度,由于不同折線受到水灰比、摻合料和混凝土齡期等因素的影響,筆者將運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法發(fā)現(xiàn)影響因素的主次關(guān)系。由圖1(b)可知,氯離子電通量比值隨著再生骨料取代率r呈線性增長的趨勢,同時(shí)增長的快慢程度有所不同。如對于Kou-F25%-90dW/C0.55,其電通量隨著r增長的速度最快,即再生粗骨料取代率對氯離子滲透性的影響最大;而對于Du-F17%S17%-60d-W/C0.38,其隨再生粗骨料取代率的增長最慢,即取代率對它的影響最小,其產(chǎn)生區(qū)別的原因之一在于,前者的再生粗骨料來源于建筑垃圾處理站,而后者來源于機(jī)場跑道,骨料品質(zhì)相差較大。由圖1(b)還可知,大部分再生混凝土與普通混凝土的通電量差值在1.8倍左右。1.2凍融循環(huán)次數(shù)對再生粗骨料取代率的影響凍融循環(huán)試驗(yàn)方法為:按照ASTMC666Procedure-A制作2個(gè)100mm×100mm×400mm的棱柱體試塊,在28d時(shí)開始測試,當(dāng)循環(huán)500次或者相對動彈性模量下降60%時(shí),測量每個(gè)試塊質(zhì)量和動彈性模量的變化。通過文獻(xiàn)~總結(jié)了再生混凝土相對動彈性模量(指不同凍融循環(huán)次數(shù)下的彈性模量與凍融循環(huán)次數(shù)為0時(shí)的彈性模量的比值)隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化情況,如圖2所示。圖2中,Gokce-RA0%-W/C0.45表示再生粗骨料取代率為0%,水灰比為0.45;Abbas-RA100%C(E)V(G)C-56d-W/C0.45表示再生粗骨料取代率為100%(74.3%)(0%),按照等傳統(tǒng)方法(C),等砂漿體積法(E),包括再生骨料和原始骨料(V),只有天然礫石(G),只包含普通硅酸鹽水泥(C),56d的齡期,水灰比為0.45;Wang-RA100%Fa14%-28d-W/C0.47表示再生粗骨料取代率為100%,粉煤灰摻量為14%,混凝土齡期為28d,水灰比為0.47。由圖2可知,在同種試驗(yàn)條件下,隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加,再生混凝土的相對動彈性模量逐漸下降,下降的速度受再生粗骨料取代率影響較大。王軍強(qiáng)等通過試驗(yàn)得出,當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)超過100時(shí),再生粗骨料取代率為100%的再生混凝土比再生粗骨料取代率為0%的普通混凝土的相對動彈性模量出現(xiàn)明顯下降趨勢;Gokce等的試驗(yàn)結(jié)果表明,從一開始,隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加,再生粗骨料取代率為12.5%,25%,50%,100%的再生混凝土的相對動彈性模量下降非常明顯,且其下降速度隨著再生粗骨料取代率的增加而增大,該骨料來源于將實(shí)驗(yàn)室澆筑的混凝土在28d時(shí)破碎后產(chǎn)生的再生粗骨料;而Abbas等的試驗(yàn)得出,再生混凝土的相對動彈性模量隨著再生粗骨料取代率的下降趨勢并不明顯,該種骨料來源于加拿大的幾個(gè)大城市,經(jīng)過分級處理,品質(zhì)較好。再生混凝土的動彈性模量損失率不僅受到再生粗骨料取代率的影響,而且受到摻合料和水灰比影響,如在圖2中折線Wang-RA100%Fa14%-28d-W/C0.47的下降趨勢大于Wang-RA100%Fa12%-28d-W/C0.29。1.3再生粗骨料及磨損率耐磨性試驗(yàn)方法為按照DIN52108—2002,采用磨輪對71mm×71mm×40mm的棱柱體進(jìn)行測試,或者按照BS6717—2001,根據(jù)試塊表面的磨損程度確定,或者按照J(rèn)TGE30—2005,制作尺寸為150mm×150mm×150mm,以單位面積的磨損量作為評價(jià)指標(biāo)。通過文獻(xiàn),,總結(jié)了再生混凝土磨損率隨再生粗骨料和細(xì)骨料取代率變化的情況,由于不同文獻(xiàn)采用各自的磨損標(biāo)準(zhǔn)來衡量磨損率,如文獻(xiàn)中采用面積的磨損量作為評價(jià)指標(biāo),而文獻(xiàn)中采用厚度損失作為磨損量的評價(jià)指標(biāo),為統(tǒng)一評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行量綱為1化處理,將在各自試驗(yàn)條件、不同再生骨料取代率下磨損量除以再生骨料取代率為0%時(shí)的磨損量,如圖3所示。圖3中,Nassar-Coa-F1(F2)G*l(h)W-28dW/C0.36(0.45)表示再生骨料為粗骨料(Coa),一(二)類粉煤灰F1(F2),占20%水泥質(zhì)量的玻璃粉末(G*),低(高)水灰比l(h),28d齡期,水灰比為0.36(0.45);Peng-Coa-28d-W/C(0.45~0.53)表示再生粗骨料(Coa),齡期為28d,水灰比為0.45~0.53;Evangelista-Fna-56d-W/C(0.41~0.48)表示再生細(xì)骨料(Fna),齡期為56d,水灰比為0.41~0.48。由圖3可知:再生混凝土的磨損率隨著再生粗骨料取代率r的增加而變大,增長的速度差異很大,如折線Nassar-Coa-G*lW-28d-W/C0.36的增長速度很快,增長趨勢先升后降,根據(jù)Nassar的解釋,這是由于廢玻璃末及時(shí)地與水泥發(fā)生水化反應(yīng),改善了混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度,該粗骨料來源于當(dāng)?shù)亟ㄖ幚碚?而折線Peng-Coa-28d-W/C(0.45~0.53)的增長速度很慢,且出現(xiàn)先降后升的趨勢,該粗骨料來源于高速公路養(yǎng)護(hù)廢棄的混凝土,這個(gè)結(jié)果與Poon等研究再生磚的結(jié)果類似。根據(jù)彭松梟的解釋可知,混凝土抗壓強(qiáng)度越高,耐磨性能越強(qiáng)。再生混凝土耐磨性能較天然骨料混凝土低,其強(qiáng)度較低是主要原因之一;此外,再生混凝土自身的一些特點(diǎn)也是其耐磨性能較差的重要原因。這主要是由于再生粗骨料表面粘有耐磨性能較差的砂漿和水泥素漿,這部分粘著的砂漿和水泥素漿在磨損過程中很容易被磨損掉,而成為磨損物的部分來源,再加上混凝土塊在解體、破碎過程中由于損傷累積內(nèi)部存在大量微裂紋,這在一定程度上也降低了再生粗骨料的耐磨性能,從而使再生混凝土的耐磨性能降低。而再生混凝土的磨損率隨著再生細(xì)骨料的增加而下降,如采用再生細(xì)骨料的折線Evangelista-Fna-56d-W/C(0.41~0.48),Evangelista等解釋為耐磨性與水泥漿對細(xì)骨料的粘結(jié)力有影響,再生細(xì)骨料的混凝土比普通混凝土具備更好的這種粘結(jié)力,DeBrito等在對再生陶瓷骨料進(jìn)行研究時(shí)獲得類似的結(jié)論。1.4再生粗骨料取代率與碳質(zhì)細(xì)比的關(guān)系抗碳化性試驗(yàn)方法為:制作與電加速氯離子滲透一樣的試塊,將試塊放置在CO2質(zhì)量濃度10%、溫度400℃、相對濕度70%的容器里面28d;然后在斷裂面噴酚酞酒精溶液。將暴露面到無色界線的距離作為碳化深度,每次3個(gè)試樣,或者根據(jù)RILEMCPC18程序做。通過文獻(xiàn)~,總結(jié)了再生混凝土的碳化深度f3(r)隨再生粗骨料取代率r的變化情況,如圖4(a)所示。圖4中,Gomes-CBM-90d-W/C0.44表示含有再生石子C、碎磚(B)、粗糙砂漿(M)的再生粗骨料,碳化時(shí)間為90d,水灰比為0.44;Sagoe-OPC-3h-W/C0.73表示普通硅酸鹽水泥,碳化時(shí)間為3h,水灰比為0.73;Otsuki-OPC(Si10%)-28d-W/C0.25(0.55)(0.40)(0.70)表示普通硅酸鹽水泥,含10%的硅粉,碳化時(shí)間28d,水灰比為0.25(0.55)(0.40)(0.70);Levy-S35%-28d-40MPa-W/C(0.520~0.571)表示普通硅酸鹽中含有35%的礦渣,碳化時(shí)間28d,混凝土強(qiáng)度40MPa,水灰比為0.520~0.571。由圖4(a)可知,在不同試驗(yàn)條件下,再生混凝土的碳化深度隨再生粗骨料取代率變化情況的差異較大,如折線Otsuki-OPC-28d-W/C0.70的碳化深度明顯高于其他的碳化深度,且折線Otsuki-OPC(Si10%)-28d-W/C0.25的碳化深度最小,這可能是因?yàn)樗冶群偷V物摻合料的影響較大,通過圖4(a)可以清楚地發(fā)現(xiàn),在不同試驗(yàn)條件和不同的配合比情況下,再生混凝土碳化深度隨再生粗骨料取代率的變化情況。圖4(b)為碳化深度比值隨r變化的情況。由圖4(b)可知,部分再生混凝土的碳化深度比值隨再生粗骨料取代率的增加而增大,如折線OtsukiSi10%-28d-W/C0.25,Otsuki-OPC-28d-W/C0.40,其在再生粗骨料取代率約為74%處發(fā)生突變,然后增長趨勢變慢,該骨料具有不同的強(qiáng)度和附著砂漿,這與肖建莊等對再生混凝土抗壓強(qiáng)度研究的結(jié)果類似,根據(jù)文獻(xiàn),其原因可以解釋為攪拌方式的影響,或再生骨料取代率改變的同時(shí)再生混凝土的級配發(fā)生改變造成的影響。而部分再生混凝土的碳化深度隨著再生粗骨料取代率的增長出現(xiàn)先降后升的趨勢,即在中間某個(gè)取代率時(shí)的再生混凝土的抗碳化性能最好,如折線Sagoe-OPC-3h-W/C0.70,Levy-S35%-28d-20MPa-W/C(0.87~0.91),其骨料來源于商業(yè)生產(chǎn)的骨料且符合澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)AS2758.1:1998,Levy等在對再生細(xì)骨料研究時(shí)也出現(xiàn)類似的結(jié)果,這一現(xiàn)象根據(jù)文獻(xiàn)解釋為,混凝土的碳化不僅受物理因素影響,而且受化學(xué)因素影響,即為了獲得相同的抗壓強(qiáng)度,再生骨料比天然骨料需要更多的水泥,于是在再生骨料表面便產(chǎn)生更高的堿度,這種高堿度可以延緩再生混凝土的碳化,另外,再生骨料自身含有包括水泥和氫氧化鈣在內(nèi)的附著砂漿,它們同樣可以增加再生混凝土的堿度。再者,再生混凝土的高堿度可以減少鋼筋的去極化作用,從而保護(hù)了鋼筋避免銹蝕,進(jìn)一步延長了再生混凝土結(jié)構(gòu)的壽命。2再生粗骨料混凝土氯離子滲透率關(guān)聯(lián)分析氯離子滲透屬于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要方面之一,由于再生混凝土的氯離子滲透性受多種因素共同作用,目前再生混凝土的影響因素分析多數(shù)為定性結(jié)論,為了定量地找出影響因素的主次關(guān)系,筆者借助灰色系統(tǒng)理論,將氯離子滲透性隨再生骨料取代率變化的快慢情況進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析。初始化后的氯離子電通量如圖1(b)所示?；疑P(guān)聯(lián)分析方法彌補(bǔ)了采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法作系統(tǒng)分析所導(dǎo)致的不足?；疑P(guān)聯(lián)分析的基本思想是根據(jù)序列曲線幾何形狀的相似程度來判斷其聯(lián)系是否緊密,曲線越相似,相應(yīng)序列之間的關(guān)聯(lián)度就越大,反之就越小。將圖1(b)中各折線斜率及其所代表混凝土水灰比、摻合料、齡期除以各自的最大值,繪制而成圖5,其中摻合料是指粉煤灰、礦渣、硅粉所占水泥質(zhì)量比之和。圖5中的折線序列1~18處數(shù)值分別對應(yīng)圖1(b)中Kou-F0%-28d-W/C0.55,Kou-F0%-90d-W/C0.55,Kou-F25%-28