再生混凝土耐久性能研究进展.pdf
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1、再生混凝土耐久性能研究进展 申 健等 8 9 再生混凝 土耐久性能研究进展 中健 , 牛获涛 , 王艳 , 赵凯月 ( 1 西安建筑科技大学土木工程学院, 西安 7 1 0 0 5 5 ; 2 西安建筑科技大学材料与矿资学院, 西安 7 1 0 0 5 5 ) 摘要 再生混凝土是目前建筑垃圾处理技术研究及推广的主要方向, 并作为一种新型建筑材料, 改变了国家 以往对建筑垃圾填埋的处理方式, 节约了土地资源, 减少山砂、 石开采, 符合 国家绿 色、 低碳、 可持续发展战略。再生 骨料孔隙率高于天然骨料 , 能显著影响混凝土的耐久性, 再生混凝土自问世以来其耐久性能便备受关注。主要综述 了再生混
2、凝土抗碳化性能、 抗冻性能、 抗氯离子渗透性能及介质侵蚀等耐久性的研究现状, 并对现已建立的耐久性相 关模型进行了简单介绍。 关键词 再生骨料抗碳化抗冻性氯离子渗透性介质侵蚀 中图分类号 : TU5 2 8 文献标识码 : A D O I : 1 0 1 1 8 9 6 j i s s n1 0 0 5 0 2 3 ) ( 2 0 1 6 0 5 0 1 6 Du r a bi l i t y Re s e a r c h S t a t u s o f Re c y c l e d Ag g r e g a t e Co n c r e t e SHEN J i a n ,NI U Di t
3、 a o ,W ANG Ya n 。 ,Z HAO Ka i y u e ( 1 S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g,Xi a n Un i v e r s i t y o f Ar c h i t e c t u r e a n d Te c h n o l o g y ,Xi a n 7 1 0 0 5 5 ;2 S c h o o l o f Ma t e r i a l s a n d Mi n e r a l s ,Xi a n Un i v e r s i t y o f Ar c h i t e c t u r e a n
4、d Te c h n o l o g y ,Xi a n 7 1 0 0 5 5 ) Ab s t r a c t Re c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e i s t h e ma i n d i r e c t i o n a n d p r o mo t i o n o f c o n s t r u c t i o n wa s t e d i s p o s a l t e c h n o l o g y wh i c h a s a n e w b u i l d i n g ma t e r i a l s a v e s
5、l a n d r e s o u r c e s ,r e d u c e s t h e mo u n t a i n o f s a n d ,s t o n e mi n i n g I t i s c o n s i s t e n t wi t h n a t i o n a l g r e e n,l o w- c a r b o n s u s t a i n a b l e d e v e l o p me n t s t r a t e g i e s B e c a u s e t h e h i g h p o r o s i t y o f r e c y c l e
6、 d a g g r e g a t e a f f e c t s t h e d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e mo r e s i g n i f i c a n t l y t h a n n a t u r a l a g g r e g a t e ,t h e d u r a b i l i t y o f r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e d r a ws a l o t o f a t t e n t i o n Th r o u g h t h e s t u d
7、 y o f t h e d o me s t i c a n d f o r e ig n r e f e r e n c e s ,t h i s p a p e r ma i n l y r e v i e ws t h e r e s e a r c h s t a t u s o f c a r b o n a t i o n r e s i s t a n c e ,f r o s t r e s i s t a n c e ,r e s i s t a n c e t o c h l o r i d e i o n p e n e t r a t i o n a n d me d
8、 i a e r o s i o n o f r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e ,me a n wh i l e g i v e s a b r i e f i n t r o d u c t i o n o f d u r a b i l i t y c o r r e l a t i o n mo d e l s e s t a b l i s h e d Ke y wo r d s r e c y c l e d a g g r e g a t e, c a r b o n a t i o n r e s i s t a
9、n c e, f r o s t r e s i s t a n c e, c h l o r i d e i o n p e n e t r a t i o n, me d i a e r o s i o n 0 引言 在现代化大环境下 , 城市建设 日 新 月异 。据统计 , 目前 美国每年产生的废弃混凝土到达 6 0 0 0 多万 t , 欧洲每年约产 1 7 0 0 0万 t , 2 0 1 0 年我 国混凝土垃圾达到 2 3 9 亿 t 。大量 的 昆 凝土垃圾不仅 占用土地资源, 还加剧消耗砂 石等 自然资 源 , 而再生混凝土技术的出现为该问题找到了突破 口。二战 后 , 战后国
10、家面临废弃建筑物处理局面 , 再生混凝土技术应 运而生 , 在美 国、 13本 、 欧洲等发达国家展开了广泛研究 。13 本作为岛国资源短缺, 对废弃混凝 土资源利用处于世界领先 水平 。早在 1 9 7 7 年 日本政府就制定 了 再生 骨料和再生混 凝土使用规范 , 1 9 9 2 年 13本建设省提出“ 控制建筑副产品排 放和再利用技术开发” 的 5 年规划, 2 0 0 3 年 日本再生利用率 达到 9 8 。欧美等发达国家对废弃混凝土资源也非常重视 , 美国、 德国、 丹麦 、 芬兰等国家先后都颁布 了再生骨料混凝土 应用的相关规范与指南E 1 - 1 2 。 我国对再生混凝土研究起
11、步较晚, 1 9 9 7 年建设部将“ 建 筑废渣综合利用” 列入了科技成果重点推广项 目, 2 0 0 7 年科 技部将“ 建筑垃圾再生产品的研究开发” 列入国家科技支撑 计划, 并先后颁布了 固体废料污染环境防治法 、 城市固体 垃圾处理法 等建筑废弃物相关法律来鼓励对建筑废弃物 回 收利用 。但 目前相对于废弃混凝土再生利用率达 9 0 以上 的美国、 日本、 欧洲等发达 国家 , 我 国废弃 资源 利用步伐缓 慢, 综合利用率 尚不足 5 。因此 , 在我国可持续化循环发展 战略下, 再生混凝土技术研究与推广是大势所趋。但再生骨 料表面附着浆沙及加工过程中内部微裂缝 的存在 , 使得再
12、生 混凝土耐久性问题较天然混凝土更加 凸显也越发受到研究 人员重视。本文主要综述了再生混凝土抗碳化、 抗冻性 、 抗 氯离子渗透等重要耐久性指标 , 并进一步提出再生混凝土研 究方向 l l l 2 。 1 耐久性研究 1 1 抗碳化研究 雷斌等 研究了水胶 比、 水泥用量、 再生粗集料性能、 矿 *国家自然科学基金青年科学基金项 目( 5 1 3 0 8 4 4 5 ) ;西安建筑科技大学科技计划项 目( D B 0 9 0 7 7 ) 申健 : 男, 1 9 9 1年生, 硕士生, 研究方向为混凝土结构鉴定检测与加固 E - ma i l : j i a n 4 2 9 5 5 7 3 6
13、 4 1 2 6 c o m牛荻涛: 通讯作者, 男, 1 9 6 3 年生, 博士, 教授, 博士生导师, 研究方向为混凝土结构耐久性E - ma i l : a p p l e z k y 1 2 6 e o m 9 O 材料导报 A: 综述篇 2 0 1 6年 3月( 上) 第 3 0卷第 3期 物掺合料 、 再生粗集料取代率、 荷载水平等因素对再生混凝 土碳化性能的影响。试验表明, 再生混凝土碳化深度与碳化 时间的平方根成正 比, 碳化速率随碳化龄期 的增长而减缓; 再生混凝土碳化深度随水胶 比的增大而增大, 在水胶 比保持 不变时随水泥用量增大而减小; 碳化深度随再生粗集料取代 率增
14、加而增大, 在粗集料取代率大于 7 O 后, 其碳化深度有 所降低 ; 碳化深度 随再生骨料 的原始 混凝土强度增大 而减 小 ; 矿物掺合料 以 1 O 取代水泥质量时 , 矿物掺合料对再生 混凝土中碱含量减少的负面作用超过其对再生混凝土 内部 密实度的改善作用, 使得再生混凝土抗碳化性能下降; 在 1 2 倍抗拉强度应力水平下, 再生混凝土碳化深度较无应力状态 时增大近 7 O 。刘星伟等口 对再生细集料混凝土碳化性能 进行研究 , 结果表明, 随取代率增加 , 再生细骨料混凝土碳化 深度增大 ; 颗粒整形再生细骨料混凝土抗碳化性优于简单破 碎再生细骨料混凝土 , 低于普通天然混凝 土抗碳
15、化性能 , 且 随水泥用量增加, 再生细骨料混凝土抗碳化性能提高 。薛建 阳等_ 】 研究表明, 经硅酸钠溶液处理后的再生骨料, 会使再 生混凝土抗碳化性能降低 。黄琪等 。 对粉煤灰基地 聚物再 生混凝土碳化性能进行研究 , 试验表 明, 在碳化环境下, 再生 粗骨料对普通混凝土抗压强度不利, 但不会降低地聚物混凝 土抗压强度 ; 再生粗骨料对普通混凝土碳化深度影响随碳化 时间延长而减弱 , 且会降低混凝土表面碱性 , 对抗碳化性能 不利 ; 再生粗骨料不会 明显改变地 聚物混凝土的微观结 构, 但会使普通混凝土生成多层状不 良结构 ; 并指出酚酞试剂或 p H值测定均不能准确有效地判断粉煤
16、灰基地聚物混凝土的 抗碳化性能 。 R VS i l v a l_ l 对再生混凝土抗碳化性能进行研究 , 试验 表明 , 在其他因素相同情况下 , 随再生骨料取代率增加 , 混凝 土碳化深度增加 ; 再生混凝土骨料尺寸对 昆 凝土抗碳化性能 有显著影响, 再生细骨料碳化深度明显大 于再生粗骨料 , 主 要是尺寸较小的再生细骨料表面附着更多砂浆从而导致孔 隙率较大 ; 通过使用减水剂降低水灰比可以有效提高再生 昆 凝土力学强度并减小碳化深度 ; 矿物掺合料等量取代水泥导 致碳化深度增加 , 这与雷斌研究结论一致。T Vi e i r a 等 】 研究表明, 随再生红砖骨料取代率增加, 再生混凝
17、土碳化过 程加速, 主要是红砖 中的 S i O。等发生火 山灰反应及其高吸 水率所致。Do n g x i n g Xu a n等l 】 对快速碳化处理后的再生 骨料进行了研究 , 试验结果表明, 碳化处理再生骨料后, 其物 理性能和力学性能都有所提高; 与普通再生混凝 土相 比, 掺 加碳化处理再生骨料 的再生混凝土抗压强度和抗弯强度显 著提高 ; 经碳化处理后再生骨料表层水泥砂浆强度有轻微 的 提高。 1 2 抗冻性研究 刘庆涛等_ 2 叩 对机场道面再生混凝土抗冻性能及其原理 进行研究 , 结果表明, 通过掺加优质粉煤灰和高效外加剂降 低了道面再生混凝土水胶 比, 改善 了再生混凝土过
18、渡区, 引 气剂在混凝土中引入大量微气泡 , 提高了道面再生混凝土抗 冻性能 , 能够满足寒冷地区道面混凝土抗冻要求, 并提 出质 量损失率不适用于评价道面再生混凝土快速冻融破坏 的标 准 。他们从含气量 、 孔结构 和微观结构等方 面, 对道面再生 混凝土的抗冻性原理进行分析, 指 出再生骨料含有一定量的 砂浆, 其含气量 比天然骨料高约 1 , 建议有抗冻要求的道面 再生混凝土含气量应为 5 6 。陈德玉等 【 l 研究 了改性 和未改性再生骨料 、 硅灰及引气剂等因素对 C4 O再生混凝土 抗冻性能影响。结果表明, 3 0 0次冻融循环后, 与天然? 昆凝土 相比, 随再生骨料取代率增加
19、, 再生混凝土抗冻性能有所下 降; 改性骨料能在一定程度上改善混凝土抗冻性, 其效果为 : 有机硅 防水剂改性 骨料水泥外掺硅灰浆液改性骨料掺 水浸泡改性骨料 ; 硅灰和引气剂的掺加都能明显改善再生混 凝土抗冻性 。赵飞等E 2 2 试验表明, 硅灰可明显提高再生混凝 土的抗冻性 , 且掺量 5 最佳。 杨洪生等 。 对橡胶粉改性再生混凝土在水 中和 3 5 氯化钠溶液中的抗冻性进行研究, 结果表 明, 混凝 土抗冻性 随再生骨料掺量的增加而降低; 掺加橡胶粉对再生骨料取代 率为 5 O 以下的混凝土可有效改善其抗冻性 , 对再生骨料取 代率为 7 5 , 具 有一定改善作用; 水冻破坏 时橡
20、 胶粉掺量 5 最佳, 盐冻破坏时掺量 1 O 最佳, 且橡胶粉对抗盐冻性能 的改善明显优于抗水冻性能。A d a m J _2 试验结果表 明, 抗 冻性最好 的橡胶掺量为 1 0 , 抗冻性最差的为 3 0 。陈爱 玖等l 2 通过正交试验法研究了再生粗骨料掺量、 再生粗骨料 强化方式、 钢纤维掺量与橡胶掺量对钢纤维橡胶再生混凝土 抗压强度和抗冻性的影响, 并利用扫描电镜和螺旋 CT扫描 技术进行分析 。结果表明, 橡胶掺量是影响再生 昆 凝 土含气 量 、 抗压强度和相对动弹性模量 的重要因素, 再生骨料掺量 是影响相对动弹性模量和强度损失率的次要因素 , 钢纤维掺 量对混凝土抗压强度增
21、强作用较小, 球磨和裹水泥等粗骨料 强化方式对混凝土性能影响不大; 当橡胶掺量大于 2 0 后 , 随掺量增大, 钢纤维橡胶再生混凝土 内部气孔和孔洞数 目增 多, 且其强度降低、 抗冻性下降, 橡胶与砂浆界面的裂缝宽度 在 5 5 5 m之间; 具有 良好抗冻耐久性 的正交组合 为粗骨 料掺量 5 O , 钢纤维掺量 0 6 , 1 2 mm 的橡胶掺 量为 2 0 , 再生粗骨料采用裹浆强化方式。 橡胶对抗冻性的影响在于橡胶游离于混凝土中, 不参加 水化反应 , 主要以物理填充作用在混凝土内部 , 且表面粗糙 , 搅拌过程中容易引入空气。水结冰体积膨胀 , 使混凝土内部 产生膨胀应力 。弹
22、性橡胶杂乱分布在混凝 土内部, 水结冰体 积膨胀时 , 橡胶 自身被压缩 , 冰化成水后 , 橡胶弹性回复, 限 制了集中应力产生的微裂缝扩展和延伸。冻融循环过程中, 橡胶反复压缩和弹性 回复, 消减了膨胀应力 , 提高了混凝土 抗冻性。 1 3 抗氯离子渗透性研究 E n r i c 等l 2 研究发现 , 氯离子结合是复杂过程 , 它受水泥 类型、 水胶 比、 水化程度、 养护龄期等影响, 而再生骨料的掺 入会对其有所影响 ; 再生骨料的掺入可能提高氯离子结合机 能 , 原因是其提供 了更多 G H凝胶从而有利于氯离子结 合 , 同时研究发现 C a ( OH) 。 会和氯离子结合形成 C
23、 a C 1 , 但 其有效价值并未发现; 再生混凝土的氯离子结合现象能够弥 补再生骨料高吸水率 问题, 根据氯离子扩散结果 , 低水灰 比 再生混凝土耐久性能研究进展 申 健等 9 1 高掺量再生骨料 混凝土在有氯离子环境下较普通混凝土耐 久性有所提高 。S h i C o n g Ko u 研究表 明, 暴露 于室 外 1 0 年后 , 再生混凝土抗氯离子侵蚀能力仍小于普通混凝土 , 但 粉煤灰的加人明显提高 了再生混凝 土抗 氯离子侵蚀能力 。 吴相豪等_ 2 。 研究表明, 再生混凝土抗氯离子渗透能力 比普通 混凝土差。粉煤灰能显著提高再生混凝土抗氯离子渗透性 , 随粉煤灰掺量增加 ,
24、 再生混凝土抗氯离子渗透能力先提高后 降低 , 最佳掺量为 2 O 。干湿循环可加快再生混凝土氯离子 渗透速度 。杜婷等_ 2 9 _ 用 A S T M C 1 2 0 2法对掺加粉煤灰、 矿 渣等掺合料 的再生混凝土与天然混凝土氯离子渗透性进行 了对比试验 。结果表明, 矿物掺合料的掺加可 以有效改善再 生混凝土抗氯离子渗透性, 复掺 比单 掺效果更好 , 其 中硅粉 效果最佳。随强度提高 、 养护龄期延 长, 再生混凝土抗氯离 子渗透性增强。再生混凝土抗氯离子渗透性较天然混凝土 差 , 但仍具有很好的抗 氯离子渗透性 。叶腾等 3 0 _ 研究表 明, 随再生骨料取代率增加, 氯离子扩散
25、 系数增大 , 抗氯离子渗 透性能下降。掺加粉煤灰可以改善再生混凝土抗氯离子渗 透性能, 最佳掺量为 1 0 2 0 。上官玉明等口 通过 R C M 法研究 了再生骨料种类 、 取代率、 胶凝材料用量及粉煤灰对 再生混凝土抗氯离子渗透性能的影响。结果表 明, 颗粒整形 再生混凝土抗氯离子渗透性能优于简单破碎再生混凝土 , 但 差于天然混凝土 。再生混凝土抗氯离子渗透性能随再 生粗 骨料取代率增加而 降低 , 随胶凝材料用 量的增加而有所 提 高 。掺加粉煤灰可 以提高再生 混凝土抗氯离子 渗透性 能。 顾荣军等l_ 3 通过测定再生混凝土内水溶性氯离子含量, 研究 了水灰 比、 再生骨料取代
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