再生混凝土耐久性试验方法分析

廖一

摘要：本文分析了再生混凝土耐久性试验方法，包括确定试验方案，配合比设计，试验原材料预处理等。

关键词：再生；混凝土；耐久性

本文主要研究不同水胶比、不同粉煤灰取代率对再生混凝土抗碳化耐久性能影响及不同粉煤灰取代率对再生混凝土抗冻融耐久性的影响。

1试验方案的确定

正交试验能够在减少工作量的同时得到良好的预测效果，应该为此次试验的首选设计方法，但是本次研究要使用人工神经网络这一工具进行再生混凝土碳化深度预测，需要大量样本进行训练，利用训练好的人工神经网络进行预测；同时考虑，水胶比对再生混凝土抗冻融性能的影响这一内容，可仅研究粉煤灰取代率对再生混凝土抗冻融性能的影响。

综上所述，最终选定因子设计法进行再生混凝土抗碳化、抗冻融性能的研究。最终确定试验方案为：采用二因子设计法进行再生混凝土抗碳化性能究，二种因子分别为水胶比、粉煤灰取代率。水胶比分别取0.42、0.52、0.62；粉煤灰取代率分别为0%、15%、30%、50%。与此同时，为分析研究再生混凝土应用到实际中可能性，以同等水平下普通混凝土作为对比试验。单因子设计方法进行再生混凝土抗冻融性能研究，研究在水胶比为0.42，粉煤灰取代率为0%、15%、30%、50%的组合情况下，再生混凝土的抗冻融耐久性能。同时，做相同组合的普通混凝土作为对比。

2配合比设计

本试验所取设计最佳的配合比进行试验研究。水胶比及粉煤灰取代率见试验方案，砂率均为0.32。其中天然骨料吸水率较小，不予考虑附加吸水量；再生粗骨料的吸水率较大，所以此次设计配合比时，考虑了4.21%的吸水率。

3试验原材料预处理

由于再生粗骨料堆放在试验室天井中时间较长、骨料含泥量较多，对试验结果会产生很大影响，故首先需要用水冲洗再生骨料，之后放入试验室中烘箱中烘干。拌合混凝土时处于雨季，砂子含水量也较高，也需要放入烘箱中烘干

后才使用。为保证再生粗骨料充分吸水，采用预湿法处理再生粗骨料：试验开始前24h时，称好修正之后的拌合用水量，放入容器之中。将再生骨料放入其中浸泡，并用塑料布覆盖容器，防止拌合用水的蒸发。（本次直接将骨料放入强制式搅拌机之中加水浸泡）

4原材料基本性质

（1）粉煤灰

试验采用安徽淮南电厂出产的Ⅰ级粉煤灰，主要成分，其主要技术指标符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（6BT1596-2005）的要求。

（2）骨料

再生混凝土的性质与再生骨料的来源与破碎工艺有很大关系。国内外的一系列试验证明不同破碎工艺、不同来源的再生骨料拌制而成的再生混凝土力学性质和耐久性能差异很大。

本次试验所用再生粗骨料为合肥工业大学课题组剩余骨料。该骨料来自城市路面混凝土破碎后而得，破碎工艺为反击式破碎。这种工艺的主要设备为反击式破碎机，它是在锤式破碎机基础上改进发展的。该破碎机的主要工作部件是带有板锤的能够高速旋转的转子。放入其中的废弃混凝土块，在锤击区受到板锤撞击，使其高速抛向反击板，再次受到冲击并反弹到板锤，这样的过程循环往复。由于废弃混凝土块在此过程中不断受到撞击，会产生大量裂缝，直至破裂，当破碎的颗粒的粒度小于板锤与反击板之间的间隙时，就会自动卸出。

反击式破碎机将各种破碎方式有机结合在一起，因此此种破碎工艺具有能耗相对较低、产品级配良好、破碎效率高、易损零件少、维护保养方便等优点，是破碎废弃混凝土、生产再生骨料的理想设备。

本次试验采用的再生粗骨料有二种基本形态：1号粗骨料粒径较大，表面附着砂浆较多；2号粗骨料粒径较小，表面附着少许砂浆。1号粗骨料附着的水泥砂浆有较多明显的气孔，碎石骨料形态同母体水泥混凝土碎石骨料差别不大。骨料个体形态差异性较大，砂浆附着量的多寡不尽相同。由于再生骨料表面附着水泥砂浆，其物理力学性质与普通粗骨料不尽相同。为了解再生粗骨料的物理力学性质，首先对骨料的基本物理性能进行了试验。

（a）骨料级配

再生集料的级配是表示构成再生集料的不同粒径颗粒之间组成的相互比例关系，它是材料的一项重要的技术指标。颗粒级配的优劣，关系到材料的强度与抗收缩性能。试验开始前，首先通过筛分试验，确定粗骨料的颗粒级配。本次试验采用1号粗骨料与2号粗骨料重量之比为3：2，根据此比例并结合筛分结果将该级配绘制成曲线。可知本次试验所采用级配符合《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》（JGJ53-92）的要求。

（b）外观形状与表面构造

再生骨料在制备过程中，由于破碎工艺的关系，再生粗骨料外观形状较为扁平，同时有少许棱角。将粗集料颗粒的最小厚度方向与最大长度方向的尺寸之比小于0.4的颗粒称之为针片状颗粒。针片状颗粒对混凝土的流动性有不利的影响，同时影响石子与砂、胶凝材料等的握裹效应，会对混凝土的耐久性产生不利影响。因此针片状颗粒含量必须在一个合适的范围。我国《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30—2003）规定：碎石中针片状颗粒含量不得超过15%。由于本次再生骨料用反击破碎机破碎而得，生产出的再生骨料多呈立方体，其针片状含量较少。试验结果表明，再生粗骨料的针片状颗粒含量为6.5%，而天然粗骨料的针片状颗粒含量为9.7%。因此，单就针片状颗粒含量来说，再生粗骨料优于天然粗骨料。二者均符合规范要求。

普通骨料表面较为光滑，再生粗骨料表面较为粗糙，附着较多砂浆。

（c）吸水率

再生骨料由于表面附着大量砂浆，导致其孔隙率会大于天然骨料。而且在其破碎过程中，骨料内部会产生大量的微孔隙。所以一般情况下，再生骨料的吸水率会大于天然骨料。对于不同来源、不同破碎工艺、不同粒径的再生骨料吸水率是不同的。国内外学者对此做了大量的试验研究，试验最终结果较为离散，但基本上可以得出再生骨料的吸水率与其表观密度成反比的结论。

再生骨料的吸水率与骨料粒径的关系，由此可见，再生骨料的吸水性及吸水率都随着骨料粒径的增大而迅速减小。有些学者认为再生粗骨料吸水率是其区别于天然骨料最重要的特征。再生混凝土在设计配合比时候要考虑其吸水率，增加拌合用水量。所以要在试验前首先测定再生粗骨料和普通粗骨料的吸水率，本次试验所采用的普通粗骨料24h吸水率为0.37%，再生粗骨料24h吸水率为4.21%。

（d）密度

一般而言，由于再生粗骨料表面附着砂浆较多、孔隙率较大，再生骨料制备过程中，会产生大量的微观裂纹，都会导致再生粗骨料的密度低于普通粗骨料的密度。但是不同学者试验研究所采用的再生骨料来源不一、破碎工艺不一，导致了再生粗骨料的表观密度相差较大。本次试验所采用的粗骨料由于骨料來源、破碎工艺较好，所测得的表观密度与其他学者所采用的粗骨料相比略大，约为2700kg/m³，而天然粗骨料的表观密度约为为2900kg/m³。

（3）水泥、砂、水

水泥采用安徽海螺水泥股份有限公司生产的P.0 42.5级普通硅酸盐水泥。其主要成分见表2-7，主要技术指标可以看出，试验所用水泥符合《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175-1999）的技术要求。

试验采用的砂为巢湖砂、水为合肥市饮用自来水。

5冻融试验及快速碳化试验

规范推荐中冻融循环试验有三种方法，即慢动法、快冻法、单面冻融法。其中慢动法适用于气冻水融条件下，混凝土抗冻融耐久性的研究；快冻法适用于水冻水融条件下混凝土抗冻融耐久性的研究；单面冻融法适用于测定混凝土试件在大气环境下且与盐接触的条件下，混凝土抗冻融耐久性的研究。慢冻法试验周期长、试验误差大、试验工作量大等较多的不足之处，而快冻法在这些方面都等克服慢冻法的不足。因此本次试验采用快冻法研究再生混凝土的抗冻融耐久性。endprint