再生骨料混凝土抗氯离子渗透性正交试验及其改性研究

洪微萍　谢红波（潮州市建筑工程质量检测站；广东省建筑材料研究院）

再生骨料混凝土抗氯离子渗透性正交试验及其改性研究

洪微萍1谢红波2
（1潮州市建筑工程质量检测站；2广东省建筑材料研究院）

通过正交试验考察分析了水灰比、再生骨料掺量、粉煤灰掺量等对再生骨料混凝土抗氯离子渗透性的影响，得出各因素影响作用大小顺序为：水灰比＞再生骨料掺量＞粉煤灰掺量，且确定了再生骨料混凝土抗氯离子渗透性最优配比；同时，利用氟硅酸镁和水玻璃对该配比再生骨料混凝土进行改性，使再生骨料混凝土抗氯离子渗透性分别提高了38.56%和32.84%。

再生骨料混凝土；抗氯离子渗透性；正交试验；电通量；改性研究

1　引言

混凝土是一种广泛应用的建筑材料，具有强度高、坚固、成本较低等优点。然而，由于混凝土耐久性不足而导致混凝土开裂、碳化和化学侵蚀等问题时有发生，因此混凝土耐久性问题一直都是人们研究的重点。影响混凝土耐久性的因素非常多，主要有碱-集料反应、混凝土碳化、冻融、侵蚀、钢筋锈蚀等［1］，其中由于氯离子渗透造成钢筋锈蚀，而导致混凝土耐久性下降的问题尤其严重。

再生骨料混凝土与普通混凝土相比，由于再生骨料存在更多的内部缺陷，利用其制备出的再生骨料混凝土抗氯离子渗透性甚至低于普通混凝土的2～3倍，很大程度上限制了再生骨料混凝土在工程上的大规模应用。

针对以上问题，本文通过对再生骨料混凝土抗氯离子渗透性影响因素进行分析，并设计正交试验，考察水灰比、再生骨料掺量、粉煤灰掺量对再生骨料混凝土抗氯离子渗透性的影响，选出一个再生骨料混凝土抗氯离子渗透性最优的配比，在此配比基础上，提出进一步改善再生骨料混凝土抗氯离子渗透性的改性措施。

2　再生骨料混凝土试验研究

2.1试验用原材料

⑴水泥：广州某水泥公司生产的P·O42.5级水泥。

⑵粗骨料：5～25mm连续级配天然碎石；试验室废弃混凝土经破碎筛分制备而成，原强度等级为C30；再生粗骨料及天然碎石各项性能如表1所示。

表1　再生骨料及天然骨料各项性能

⑶细骨料：天然河砂，性能符合JGJ52《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》中砂的要求，细度模数为2.9，市售；

⑷粉煤灰：性能符合标准GBT1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中Ⅰ级粉煤灰的要求，市售。

2.2正交试验设计

再生骨料混凝土配比以水灰比、再生骨料掺量、粉煤灰掺量为影响因素，设计三因素四水平的正交试验，分析水灰比、再生骨料掺量、粉煤灰掺量对再生骨料混凝土抗氯离子渗透性的影响，正交试验因素水平如表2所示。

表2　正交因素表

2.3试验结果

试验根据正交试验设计和标准GB/T50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的要求，采用电通量法进行再生骨料混凝土抗氯离子渗透试验，试验配比和试验结果如表3所示。

表3　试验配比及试验结果

2.4试验数据分析

2.4.1直观分析

对正交试验数据进行直观分析，直观分析表如表4所示。

由正交试验直观分析表可知，A因素中2最小，B因素中4最小，C因素中3最小，因此试验中理论最优配比为A2B4C3，即水灰比0.54，再生骨料掺量70%，粉煤灰掺量20%，即L8组试验配比，此时再生骨料混凝土的电通量试验结果为1204库伦。同时，由极差R分析结果可知，影响因素对再生骨料混凝土抗氯离子渗透性的影响作用主次顺序为A＞B＞C，即水灰比对再生骨料混凝土抗氯离子渗透性影响最大，其次是再生骨料掺量，粉煤灰掺量的影响作用最小。

表4　直观分析

2.4.2水灰比影响效应曲线分析

根据正交试验数据，绘制水灰比影响效应曲线图如图1所示。

图1　水灰比影响效应曲线图

由水灰比影响效应曲线图可知，当再生骨料混凝土水灰比为0.5时，由于再生骨料中石粉含量较高，使再生混凝土拌合物工作性较差，其浆体流动性、粘聚性较差，成型后不能达到最密实状态，其内部甚至存在较大的空隙，此时再生骨料混凝土氯离子抗渗试验中的电通量较大；当水灰比为0.54时电通量最低；当水灰比由0.52增加到0.6时，电通量随着水灰比的不断增大而增加，这是由于水灰比不断地增大，混凝土用水量逐渐大于水泥水化需水量，多余的水在混凝土内部形成空隙；同时由于水泥水化产物的体积要小于水化前反应物的体积和，硬化水泥石的体积比水泥浆拌合物体积小，硬化后的水泥石中也会存在空隙。不同的空隙在混凝土内部容易形成连续的通道，使单位时间内通过单位混凝土截面的电量增大，氯离子的扩散系数也越大，导致混凝土抗氯离子渗透性越差［2］。

2.4.3再生骨料掺量影响效应曲线分析

根据正交试验结果，绘制再生骨料掺量影响效应曲线图如图2所示。

由试验数据及再生骨料掺量影响曲线图可知，再生骨料混凝土电通量随着再生骨料掺量的增加而增大，抗氯离子渗透性随着再生骨料掺量的增加而降低。当再生骨料掺量为70%时，其电通量较掺量100%时降低了19.5%。对于再生骨料混凝土而言，混凝土由废弃到制备再生骨料的过程中经历了解体、碰撞、破碎等作用，不断累积损伤，造成再生骨料内部产生大量微裂纹；使利用再生骨料制备的新拌混凝土内部空隙率增加；另外，当水泥浆体进入再生骨料微裂纹缝隙，水泥发生水化反应后其体积发生变化，进一步加剧再生骨料中微裂纹的扩散，使再生骨料混凝土电通量增大。而在实际工程中，为了提高再生骨料资源化利用率，应综合考虑再生骨料混凝土工作性、强度等其他各项性能，在合理范围内提高再生骨料掺量。

图2　再生骨料掺量影响效应曲线图

2.4.4粉煤灰掺量影响效应曲线分析

根据正交试验结果，绘制粉煤灰掺量影响效应曲线图如图3所示。

图3　粉煤灰掺量影响效应曲线图

由试验数据及粉煤灰掺量影响曲线图可知，当粉煤灰掺量为0～20%时再生骨料混凝土电通量随着粉煤灰掺量的增加而减少，掺量为20%时的电通量为不掺粉煤灰时的低18%，抗氯离子渗透性随着粉煤灰掺量的增加而提高。分析原因是由于粉煤灰可以改善界面的薄弱属性，粉煤灰的二次反应消耗部分水泥浆体空隙中的水，使水泥浆体中直径较大的毛细孔数量减少，细化毛细孔径，降低了体系中总的空隙率，因此电通量随着粉煤灰掺量增加而降低。而当粉煤灰掺量大于20%的时候，电通量有所回升，分析原因是由于粉煤灰掺量过大，其二次水化反应进行的较慢，粉煤灰水化反应不完全，存在于再生骨料混凝土孔隙当中降低再生混凝土密实度，导致电通量上升。因此，粉煤灰的掺量过多对再生骨料混凝土抗氯离子渗透性无益，同时对再生骨料混凝土体系经济效益不利，因此粉煤灰掺量应控制在20%以内。

3　改性试验研究

通过前述试验研究，分析了水灰比、再生骨料掺量和粉煤灰掺量对再生骨料混凝土抗氯离子渗透性的影响规律，并通过调节再生骨料混凝土水灰比、再生骨料掺量和粉煤灰掺量，在一定程度上提高了再生骨料混凝土的抗氯离子渗透性，改善了再生骨料混凝土内部空隙和结构。但是通过对比发现，调节配比后的再生骨料混凝土抗氯离子渗透性与普通混凝土相比仍有一定差距，对提高再生骨料混凝土抗氯离子渗透性的作用有限；另外在实际工程应用中，再生骨料混凝土配比需要综合考虑工作性、强度等级、成本控制等问题，使再生骨料混凝土抗氯离子渗透性难以达到较好的状态。因此，针对再生骨料混凝土的实际应用，可通过表面改性的方法进一步提高再生骨料混凝土抗氯离子渗透性，该方法主要通过增加再生骨料混凝土表面涂层，有效阻隔氯离子渗入，还明显减少氧气、水分、二氧化碳等有害介质渗入混凝土中［3］。

试验选用再生骨料混凝土配比较优的方案，即编号L8组试验配比，即水灰比为0.54，再生骨料掺量70%，粉煤灰掺量20%，采用涂刷方式，利用浓度为10%的氟硅酸镁溶液和液体水玻璃（M=2）对养护至28d的再生骨料混凝土试样进行表面改性处理，涂刷时每隔2h涂刷一遍、共涂刷3遍。考察不同改性方案对再生骨料混凝土抗氯离子渗透性的影响。试验结果如表5所示，其中编号G0为未经表面改性的再生骨料混凝土。

表5　表面处理后再生骨料混凝土抗氯离子渗透性

经氟硅酸镁溶液进行表面改性处理后的再生混凝土电通量比改性前降低了38.56%，表明氟硅酸镁对提高混凝土抗氯离子渗透性有较好改进作用。这是由于氟硅酸镁可在短时间内渗入再生骨料混凝土内部并与其中的氢氧化钙发生反应生成不溶物，堵塞再生骨料混凝土内部毛细管道从而提高混凝土抗氯离子渗透性。经水玻璃进行表面改性处理后的再生骨料混凝土的电通量比改性前降低了32.84%，其原理与氟硅酸镁改性处理相同，水玻璃进入再生骨料混凝土内部与氢氧化钙发生反应，生成凝胶堵塞毛细管道从而提高混凝土抗氯离子渗透性。

4　结论

⑴由正交试验研究表明，各影响因素的影响作用大小顺序为：水灰比＞再生骨料掺量＞粉煤灰掺量。

⑵通过正交试验数据分析，再生骨料混凝土抗氯离子渗透性最优的配比方案为：水灰比0.52、再生骨料掺量70%、粉煤灰掺量20%。

⑶利用氟硅酸镁和水玻璃对最优配比的再生骨料混凝土进行表面改性处理具有良好的效果，再生骨料混凝土抗氯离子渗透性分别可提高38.56%和32.84%。●

［1］朱映波.再生混凝土的耐久性及其改善措施 ［J］.混凝土，2004（7）：42-44.

［2］李漠，管小军.表面涂层对混凝土抗氯离子渗透性能的影响［J］.新型建筑材料，2006（11）：52-53

［3］冯艳东，张雷顺.再生混凝土抗渗性试验研究［J］.内蒙古科技与经济，2009（6）：128-129