張理濤

(江西同瑞建筑工程有限公司,江西 九江 332000)

1 概 述

建筑物和構(gòu)筑物的拆除是建設(shè)項(xiàng)目的重要組成部分。在舊建筑拆除的過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄混凝土。拆除廢棄的混凝土被粉碎,可以用作生產(chǎn)新混凝土的骨料。但再生骨料的孔隙率較低,比破碎的石灰石差[1],導(dǎo)致混凝土質(zhì)量較低,如強(qiáng)度和耐久性的下降。相關(guān)文獻(xiàn)表明,增加混凝土混合物中再生骨料的比例,會(huì)導(dǎo)致混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度降低[2]。隨著再生骨料替代率的增加,嵌入再生骨料混凝土中的鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度有降低的趨勢(shì)?；炷聊途眯栽诳孤然餄B透方面降低。隨著再生細(xì)骨料替代天然細(xì)骨料體積的增加,氯離子的擴(kuò)散和透水性也隨之增加[3]。

稻殼灰是稻殼燃燒中獲得的殘?jiān)?研磨成高細(xì)度后,可以用作混凝土的粘結(jié)劑[4]。相關(guān)研究表明,稻殼灰砂漿質(zhì)量好,孔隙率小,可以提高混凝土在鹽酸和硫酸環(huán)境下的耐久性,減少混凝土的自收縮[5]。稻殼灰替代水泥對(duì)混凝土的耐久性和強(qiáng)度有積極影響。

本文將稻殼灰研磨成高細(xì)度粉末,在稻殼灰質(zhì)量替代率為0%、15%、30%和45%,再生細(xì)骨料含量為0%和100%,再生粗骨料含量為100%的情況下,對(duì)粗、細(xì)再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度和氯化物滲透深度進(jìn)行研究。

2 材料與方法

2.1 材 料

2.1.1 膠凝材料

采用符合《通用硅酸鹽水泥》(GB 175-2007)的普通硅酸鹽水泥,制備常規(guī)混凝土和再生混凝土。水泥的主要性能參數(shù)見(jiàn)表1。本研究使用的稻殼灰是從某家火電廠燃燒稻殼獲得的副產(chǎn)物。原稻殼灰的比重為1.76,顆粒留在開(kāi)口尺寸為45μm的篩子上的質(zhì)量為74.26%。為了獲得具有更高細(xì)度的優(yōu)質(zhì)稻殼灰,使用球磨機(jī)對(duì)稻殼灰進(jìn)行研磨,研磨時(shí)間控制在5h,獲得的稻殼灰留在開(kāi)口尺寸為45μm的篩子上質(zhì)量為4.39%。

表1 水泥主要性能參數(shù)

普通硅酸鹽水泥和稻殼灰的化學(xué)成分見(jiàn)表2。稻殼灰的主要成分為89.8%的SiO2。稻殼灰的SO3含量為0.3%,燒失量為5.3%。SO3含量低的原因是由于在火電廠用作燃料的稻殼具有低硫的特點(diǎn)。

表2 水泥和稻殼灰的化學(xué)成分

2.1.2 天然骨料和再生骨料

采用當(dāng)?shù)睾由白鳛樘烊患?xì)骨料,其細(xì)度模數(shù)2.73,相對(duì)密度2.72,吸水率1.12%。使用破碎的石灰石作為混凝土的天然粗骨料,其最大粒徑20mm。石灰石的細(xì)度模數(shù)6.76,相對(duì)密度2.69,吸水率0.51%,壓碎值18.68%。

再生骨料通過(guò)顎式破碎機(jī)粉碎混凝土廢棄物來(lái)獲得?；炷翉U棄物粉碎后,用開(kāi)口尺寸為4.75mm的篩子將粉碎后的混凝土分離,留在篩子上不超過(guò)20mm的破碎混凝土被用作再生粗骨料;采用小于4.75 mm的破碎混凝土作為再生細(xì)骨料。再生細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)2.69,相對(duì)密度2.42,吸水率8.98%;再生粗骨料的細(xì)度模數(shù)6.82,相對(duì)密度2.53,吸水率5.66%,壓碎值21.03%。

天然骨料和再生骨料的物理性質(zhì)見(jiàn)圖1和圖2。再生細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)和相對(duì)密度與天然河砂相近,吸水率是天然河砂的8倍。再生粗骨料的細(xì)度模數(shù)、相對(duì)密度和壓碎值與破碎石灰石相近,吸水率是破碎石灰石的11倍。再生骨料具有較高的吸水率,其原因可能是附著在混凝土廢棄物表面的舊砂漿和水泥漿體的高孔隙率造成的。

圖1 河砂和再生細(xì)骨料的物理性質(zhì)對(duì)比

圖2 碎石灰石和再生粗骨料的物理性質(zhì)對(duì)比

2.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

試驗(yàn)配合比以《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ 55-2011)為依據(jù),配合比設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到混凝土所需的工作性,以防止離析且便于澆筑。具體混凝土的配合比見(jiàn)表3。

表3 混凝土配合比

通過(guò)調(diào)節(jié)減水劑的用量,將新拌混凝土的坍落度控制在10～15cm范圍內(nèi),使所有混凝土的水膠比比值保持在0.45。由于再生骨料比天然骨料具有更高的吸水性,為了控制混凝土的坍落度在10～15cm范圍內(nèi),制備的天然骨料和再生骨料保持飽和面干。在稻殼灰質(zhì)量替代率為0%、15%、30%和45%,再生細(xì)骨料含量為0%和100%,再生粗骨料含量為100%的情況下,制備9種混凝土。澆筑1天后,將混凝土試件放入水中養(yǎng)護(hù),共分為3組:

1)常規(guī)混凝土(C0),由碎石灰石和河砂組成的混凝土,此組為對(duì)照組。

2)再生粗骨料混凝土(CA0,CA15,CA30,CA45),由河砂和再生粗骨料組成的混凝土,其中編碼的數(shù)值表示稻殼灰的質(zhì)量替代率。

3)再生骨料混凝土(CB0,CB15,CB30,CB45),是由再生細(xì)骨料和再生粗骨料組成的混凝土,其中編碼的數(shù)值表示稻殼灰的質(zhì)量替代率。

2.3 試驗(yàn)方法

2.3.1 抗壓強(qiáng)度測(cè)試

按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50081-2016),制備尺寸為150mm×150mm×150mm的混凝土立方體試塊,用于抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。澆筑1天后脫模,將混凝土試塊放入水中養(yǎng)護(hù),分別在7、28、60和90天齡期對(duì)混凝土試塊進(jìn)行測(cè)試,以確定其抗壓強(qiáng)度。每個(gè)齡期每組測(cè)試3個(gè)混凝土試塊,取平均值作為混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度。

2.3.2 氯離子滲透試驗(yàn)

采用28天齡期的圓柱形混凝土試樣進(jìn)行氯化物滲透試驗(yàn),圓柱形混凝土試樣直徑70mm、高度50mm。除混凝土頂部表面外,混凝土試樣表面涂滿不收縮的環(huán)氧樹脂。將所有試樣浸泡在裝有3%氯化鈉溶液的測(cè)試容器中90和180天,然后垂直劈開(kāi)混凝土試樣,噴灑0.1N硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液,分析氯離子滲透深度。

3 結(jié)果和討論

3.1 抗壓強(qiáng)度

圖3和圖4分別為稻殼灰不同替代率下再生粗骨料混凝土、再生骨料混凝土與對(duì)照組不同齡期的抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明,在相同齡期下,CA0混凝土(100%河砂+100%再生粗骨料)抗壓強(qiáng)度高于CB0混凝土(100%再生細(xì)骨料+100%再生粗骨料)。此外,CA0和CB0混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著再生骨料用量的增加而降低。在28天齡期時(shí),CA0和CB0混凝土的抗壓強(qiáng)度為39.3和33.6MPa,分別為對(duì)照組混凝土抗壓強(qiáng)度的83.3%和71.2%;在90天齡期時(shí),CA0和CB0混凝土的抗壓強(qiáng)度分別為43.2和35.6MPa,分別為對(duì)照組混凝土抗壓強(qiáng)度的86.2%和71.1%。這是由于附著在再生骨料周圍的舊水泥漿體和砂漿具有較高的孔隙率,而且再生粗骨料的高吸水率(為碎石灰石的11倍)和再生細(xì)骨料的高吸水率(為河砂的8倍),導(dǎo)致與對(duì)照組混凝土相比具有更高的含水量。同時(shí),從再生粗骨料的破碎值高于碎石灰石的破碎值中可以看出,舊水泥漿體對(duì)再生骨料的影響降低了混凝土的抗壓強(qiáng)度。

圖3 再生粗骨料混凝土不同齡期的抗壓強(qiáng)度

圖4 再生骨料混凝土不同齡期的抗壓強(qiáng)度

從圖3可以看出,用稻殼灰部分替代水泥,對(duì)再生混凝土早期28天抗壓強(qiáng)度沒(méi)有顯著提高,但在后期(60天及以上)提高了再生混凝土的抗壓強(qiáng)度。60天齡期時(shí),CA15混凝土的抗壓強(qiáng)度(稻殼灰替代率為15%)為42.9MPa,是對(duì)照組混凝土的86.5%;CA0混凝土的抗壓強(qiáng)度為42.1 MPa,是對(duì)照組混凝土的84.9%。在90天齡期時(shí),CA0和CA15混凝土抗壓強(qiáng)度為43.2和44.5MPa,分別為對(duì)照組混凝土的86.2%和88.8%。但對(duì)于CA30和CA45混凝土,抗壓強(qiáng)度分別為39.2和32.3MPa,僅為對(duì)照組混凝土的78.2%和64.5%,表明稻殼灰替代率為30%和45%時(shí),并沒(méi)有促進(jìn)其抗壓強(qiáng)度的增強(qiáng)。

從圖4可以看出,用再生細(xì)骨料和再生粗骨料制成的混凝土也得到了類似結(jié)果。CB0和CB15混凝土在60天齡期的抗壓強(qiáng)度為34.9和35.2MPa,分別是對(duì)照組混凝土的70.4%和71.0%。在90天齡期的抗壓強(qiáng)度增加至35.6和36.8 MPa,分別是對(duì)照組混凝土的71.1%和73.5%。相同齡期時(shí),CB30和CB45混凝土的強(qiáng)度低于CB0和CB15混凝土。在再生混凝土中加入較多的稻殼灰,其抗壓強(qiáng)度損失更大,這是由于大量的稻殼灰替代水泥,導(dǎo)致水泥的含量降低,水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2在混凝土中的占比變小。

3.2 抗氯離子滲透性能

圖5和圖6分別為不同稻殼灰替代率時(shí),再生粗骨料混凝土和再生骨料混凝土中氯離子的滲透深度。使用再生粗骨料替代碎石灰石時(shí)(CA0混凝土),由于附著在再生骨料上的砂漿和水泥漿體的孔隙性率較高,在相同的浸泡時(shí)間內(nèi),氯離子的滲透深度比對(duì)照組混凝土高,表明CA0混凝土具有較高的吸收率。因此,以氯離子形式存在的氯化物很容易滲透到CA0混凝土的孔隙中。

圖5 稻殼灰不同替代率時(shí)再生粗骨料混凝土(CA)的氯離子滲透深度

圖6 稻殼灰不同替代率時(shí)再生骨料混凝土(CB)的氯離子滲透深度

對(duì)于100%再生粗骨料和100%再生細(xì)骨料(CB0混凝土)制成的混凝土,在3%NaCl中浸泡相同時(shí)間時(shí),CB0混凝土的氯離子滲透深度高于CA0混凝土。使用再生細(xì)骨料代替河砂,導(dǎo)致CB0混凝土的孔隙率高于CA0混凝土,氯離子更容易滲透到CB0混凝土中。

從圖5可以看出,在混凝土中添加稻殼灰對(duì)混凝土抗氯化物滲透能力有積極影響。CA15、CA30和CA45混凝土在90天齡期時(shí),氯離子的滲透深度分別為14.1、11.0和6.7mm;180天齡期時(shí),氯離子的滲透深度分別增加至18.2、13.5和10.3mm。而對(duì)照組混凝土在90和180天齡期時(shí),氯離子的滲透深度分別為17.9和23.4mm。

從圖6可以看出,使用再生骨料完全取代天然骨料后,氯離子在CB15、CB30和CB45混凝土中,90天齡期的滲透深度分別為15.5、12.1和8.7mm;180天齡期時(shí),分別增加至21.1、14.9和12.2 mm。結(jié)果表明,再生混凝土的抗氯離子滲透性能隨著稻殼灰替代率的增加而增強(qiáng)。

不含稻殼灰時(shí),C0、CA0和CB0混凝土抗壓強(qiáng)度與氯離子滲透深度的關(guān)系見(jiàn)圖7。圖7結(jié)果表明,當(dāng)抗壓強(qiáng)度增加,氯化物滲透到混凝土中變得更加困難。

圖7 氯離子滲透深度與混凝土抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

圖8為3組混凝土抗壓強(qiáng)度與氯離子滲透深度結(jié)果。從C0、CA45和CB45混凝土氯離子滲透深度可以看出,稻殼灰能夠有效降低氯離子對(duì)混凝土的滲透。在相同強(qiáng)度下,與再生骨料混凝土相比,稻殼灰能夠更有效地降低氯化物對(duì)再生粗骨料混凝土的滲透。如CA45混凝土抗壓強(qiáng)度為32.3MPa,氯離子滲透深度為6.7mm;而CB30混凝土的抗壓強(qiáng)度為31.2MPa,氯離子滲透深度為12.3mm。此外,CA15和CB15混凝土的抗壓強(qiáng)度分別為44.5和36.8MPa,氯離子滲透深度分別為14.1和15.2 mm;而CA45和CB45混凝土的抗壓強(qiáng)度分別為32.3和27.1MPa,但氯離子滲透深度分別為6.7和8.2mm,表明稻殼灰替代能更有效地降低氯離子對(duì)混凝土的滲透,而抗壓強(qiáng)度對(duì)降低氯離子滲入混凝土的影響較小。

圖8 90天齡期混凝土抗壓強(qiáng)度和氯離子滲透深度的關(guān)系

4 結(jié) 論

本文研究了稻殼灰代替水泥作為膠凝材料時(shí)再生混凝土的性能,通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果,得出以下結(jié)論:

1)不摻入稻殼灰時(shí),與對(duì)照組混凝土相比,再生混凝土的抗壓強(qiáng)度降低,抗氯離子滲透性能降低。再生粗骨料混凝土相較于再生骨料混凝土,具有更高的抗壓強(qiáng)度和更高的抗氯離子性能。

2)稻殼灰替代率為15%制備的再生混凝土,在60天齡期和90天齡期的抗壓強(qiáng)度明顯高于其他試驗(yàn)組。摻入稻殼灰后,顯著提高了再生混凝土的抗氯離子滲透能力;與不加稻殼灰的再生混凝土相比,稻殼灰替代率為45%時(shí),抗氯離子滲透能力最強(qiáng)。

3)與對(duì)照組混凝土相比,添加稻殼灰的再生混凝土抗壓強(qiáng)度略有降低,但在抗氯離子滲透能力方面有積極作用。

4)稻殼灰能顯著提高再生混凝土的抗氯離子滲透能力,抗壓強(qiáng)度對(duì)抗氯離子滲透能力影響較小。