再生细骨料掺量对混凝土抗渗性能及微观结构的影响

陈远远

[摘要]总水灰比一定，变化再生细骨料的掺量配制混凝土，通过ASTMC1202法测定再生细骨料混凝土的抗渗性，采用ESEM扫描再生细骨料混凝土界面结构形貌，运用孔结构分析仪测定再生细骨料混凝土的孔结构。研究结果表明：总水灰比一定，随着再生细骨料掺量的增大，再生细骨料混凝土界面过渡区变得明显，界面结构性能及水泥石密实度下降，孔隙率增大，平均孔径及大于50nm的孔结构比例都增大，混凝土抗渗性能降低。

[关键词]再生细骨料；混凝土；杭渗性能；界面结构 文章编号：2095-4085（2018）06-0001-04

大规模的城市建设产生了大量的废弃混凝土，对废弃混凝土的处置是一大难题。利用由废弃混凝土破碎并筛分成的再生骨料，部分或全部取代天然砂配制出的混凝土，其耐久性能可能会差于由天然砂配制的混凝土，而抗渗透性能的强弱直接反映了耐久性能的好坏。由于影响再生混凝土的微观结构是影响其抗渗性能的根源，因此为再生混凝土提供一个致密高强的界面结构是改善再生混凝土耐久性能的重要途径[1]。因此有必要研究不同掺量的再生骨料对混凝土抗渗性能及微观结构的影响。

近年来对于再生骨料混凝土的抗渗性能或的微观结构研究，许多学者已取得一定成果。以工程实际配合比为基础的再生骨料混凝土的抗渗性随着再生骨料取代率的增大，其抗渗性优于对比的原生混凝土[2]。粉煤灰低掺量等量取代水泥，可以显著提高再生混凝土的抗渗性能[3，4]。改性再生粗骨料配制出的混凝土抗渗性能与天然骨料配制的混凝土性能相当，且当掺量达100%时仍满足工程使用要求[5]。再生混凝土中界面过渡区中水化产物含量比普通混凝土低，使得再生混凝土过渡区密实性差于普通混凝土，进而影响到宏观性能[6]。以上研究都集中在再生粗骨料混凝土微观结构或抗渗性能的研究上，目前同时探讨再生细骨料混凝土的抗渗性能及微观结构的研究较少。本文针对再生细骨料掺量对混凝土抗渗性能及微观结构的影响展开研究，并在此基础上探讨宏观性能与微观结构特征之间的关系。

1 试验方案

1.1 试验原材料

粗骨料采用饱和面干吸水率为0.2%的碎石，颗粒级配见表1。天然砂细度模数为2.13，饱和面干吸水率为1.2%，比表面积为139.53cm2/g；再生细骨料细度模数为2.76，饱和面干吸水率为7.2%，比表面积为74.44cm2/g。细骨料的级配见表2。胶凝材料采用福建炼石牌42.5R普通硅酸盐水泥及宁德Ⅱ级粉煤灰。减水剂采用福建建科院生产的TW-4缓凝高效减水剂，减水率15%～25%，最佳掺量βR为2%。

1.2 变化参数

变化再生细骨料取代天然砂的比例，即再生细骨料的掺量βRE为：0% ，25%，50%，75%和100%。

1.3 试验配合比

由于再生细骨料吸水率较大，且其它粗、细骨料也具有一定吸水性，则总用水量应在计算用水量基础上附加上这些骨料在烘干状态下吸水至饱和面干状态所需的水量。净用水量指总用水量扣除粗、细骨料在掺入混凝土之前已经含有的水量后剩余的水量。吸水率大这一特点使再生细骨料在混凝土中的吸水过程为一个动态平衡的过程，在再生细骨料从水泥浆中吸水或返水的过程下，混凝土中未被骨料吸收的水与水泥的质量比为有效水灰比，有效水灰比随时间变化。

为保证各配合比材料的统一性，试验前石子与天然砂都被事先烘干，含水率都为0。配合比设计中混凝土采用含水率为3.5%的白然气干状态的再生细骨料配制。本文计算用水量为183kg/m3，试验配合比设计中砂率为0.4，总水灰比为0.61，粉煤灰用量为水泥用量的15%，减水剂用量为胶凝材料用量的2%，配合比见表3。其中编号1～5配合比对应的混凝土中再生细骨料的掺量分别为：0%，25%，50%，75%和100%。

1.4 试验内容及方法

1.4.1 抗渗性能

根据表3中的配合比，每组配合比制作一个尺寸为100mm×100mm×400mm的再生细骨料混凝土试样，将试样养护28d后，再将其切割成三个100mm×100mm×50mm的再生细骨料混凝土试样，将试样上下表面抹平后，用直尺测量试样中心厚度。试样养护至龄期时，将石蜡涂于试样侧面，必要时填补涂层中较大的孔洞以保证试样侧面完全密封。采用电通量法（ASTMC1202法），测试第6h再生细骨料混凝土的电通量，以评价再生细骨料混凝土抗渗性能。

1.4.2 界面形貌及孔结构

采用表3中的配合比，每组配合比制作一个尺寸为150mm×150mm×150mm的再生细骨料混凝土试样，将试样养护28d后，取若干试样，选取混凝土中水泥石与骨料交界的部分进行切片，切成大约为1cm3的混凝土小片，将切片置于无水乙醇中以中止水泥水化，48h后将切片置于60℃条件下烘干至恒重，取出混凝土切片试样，将试样置于真空中对新鲜混凝土断面进行镀碳膜，然后置于福州大学光电显示技术研究所的日立S-3000N型扫描电子显微镜扫描电镜（ESEM扫描电镜）下观察，得到再生细骨料混凝土的界面形貌图。

取养护后的剩余试样，将距离粗骨料8mm范围以内的混凝土用锤头敲下得到混凝土小块，除去混凝土小块表面的沙粒和杂质，将切片置于无水乙醇中以中止水泥水化，48h后将切片置于60℃条件下烘干至恒重，最后送入北京金埃谱科技有限公司生产的V-Sorb 2800S孔结构分析仪中进行孔结构测试，得到累计孔体积、平均孔径、孔径分布等试验结果。

2 试验结果与讨论

2.1 抗渗性能

通过ASTMC1202法测量第6h再生细骨料混凝土的电通量，电通量变化曲线图见图1。从图1可以看出当再生细骨料掺量增大时，混凝土电通量增大，混凝土抗渗性能降低。

2.2 界面形貌及孔结构

由图2知，随着再生细骨料掺量的增大，混凝土内部集料与水泥石界面过渡区域分界线变得明显，界面密实度下降，水泥石之间的大孔隙增多，孔隙分布变得不均匀；由图3知再生细骨料混凝土水泥石的累计孔体积增大，水泥石密实度降低；由表4知混凝土平均孔径、较大孔径与较小孔径的孔结构比例及水泥石中对抗渗性能有较大影响的孔径大于50nm的孔结构比例也增大。

分析表3知随着再生细骨料掺量的增大，净水灰比减小，由于再生细骨料从水泥浆中吸水量增加，导致有效水灰比减小，这有利于集料与水泥石间的界面强度及水泥石本身强度的提高，但由于再生细骨料比表面积比河砂大，当掺量增大时需要有更多浆体包裹再生细骨料，这便导致混凝土界面及水泥石缺陷都增多，造成孔隙分布不均，进而引起界面及水泥石密实度下降，且下降的幅度大大超过有效水灰比减小导致界面及水泥石密实度提高的幅度，最终导致随再生细骨料掺量的增大，混凝土界面强度降低，界面区域分界线变明显，累计孔体积及平均孔径增大且较大孔径与较小孔径的孔结构比例及水泥石中对抗渗性能有较大的影响的孔径大于50nm的孔结构比例都增大。因此随着再生细骨料掺量的增大，混凝土的抗渗性能呈现下降的趋势，微观试验结果进一步验证了宏观现象。

3 结语

根据试验研究结果，可得到如下结论：

（1）随着再生细骨料掺量的提高，集料和水泥石的界面分界线变得明显，界面密实度下降，水泥石之间的大孔隙增多，孔隙分布变得不均匀，导致混凝土抗渗性能下降。

（2）随着再生细骨料在混凝土中掺量的增大，再生细骨料混凝土中的水泥石密实度降低，平均孔径增大，水泥石中对抗渗性能有较大的影响的孔径大于50nm的孔结构比例也增大，导致混凝土抗渗性能下降。

参考文献：

[1]耿健，孙家瑛，莫立伟，等.再生细骨料及其混凝土的微观结构特征[J].土木建筑与环境工程，2013，35（2）：135-140.

[2]张名杰，赵俊奎，丁铸，等.再生骨料混凝土性能的研究[J].中国粉体技术，2015，21（4）：85-88.

[3]彭建庭.再生混凝土抗渗性能的影响因素[J].中国水运，2015，15（12）：313-315.

[4]减世华，付佳丽，吴环.粉煤灰滲量对再生混凝土抗渗性影响的试验研究[J].工程与建设，2014，（02）：214-216.

[5]张建强，鲁亚，施麟芸.再生骨料强化对混凝土耐久性的影响[J].江西建材，2015，（12）：38-42.

[6]吴帅帅.再生混凝土的微观结构浅析[J].产业论坛，2014，（12）：368.