纳米CSH⁃PCE溶液处理再生骨料对再生骨料自密实混凝土力学性能与耐久性的影响.pdf
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1、为了提高再生骨料在自密实混凝土中的利用率,对纳米 溶液处理的再生骨料对再生骨料自密实混凝土()的工作性能、抗压强度、抗气体渗透性、抗氯离子渗透性、毛细吸水、抗冻融性的影响进行试验研究,并结合扫描电镜探讨了纳米 溶液作用的微观机理。结果表明:纳米 溶液处理的再生骨料对 的工作性能影响较小,能有效提升其抗压强度和耐久性能。随着处理再生骨料的纳米 溶液浓度从 升高至,再生自密实混凝土的抗压强度先增大后减小。当纳米 溶液浓度为 时,再生混凝土的 抗压强度达到最大值。其原因是再生骨料表面的纳米 晶核颗粒为再生骨料与新浆体之间的界面提供成核位点,促进水泥水化,且晶核颗粒粒径很小,可填充界面过渡区的孔隙,使
2、基体结构更密实。关键词 混凝土;再生骨料;纳米 溶液;自密实;强度;耐久中图分类号 文献标识码 文章编号()国家重点研发计划:陆路交通基础设施耐久性提升关键技术()作者简介 武 亚,高级工程师,:收稿日期 ,(),;,):,(),:;武 亚等:纳米 溶液处理再生骨料对再生骨料自密实混凝土力学性能与耐久性的影响 引言 随着我国城镇化进程的不断加快,大量旧建筑物被拆除,由此每年产生的建筑垃圾(主要是废混凝土)总量达 亿。如此大量的废混凝土不仅占用大量土地,且已引起严重的环境问题。对混凝土进行循环再利用,即再生混凝土技术,通常被认为是解决废混凝土问题最有效的措施。但目前再生混凝土技术在实际工程中的应
3、用较少。这主要是因为,与天然骨料相比,再生骨料()存在表观密度低、孔隙率高、表面粗糙、吸水率高、压碎值高和微裂缝多等缺点,因此导致再生混凝土的拌合用水量大、体积收缩大、力学性能差和耐久性差,从而限制了其在工程中的应用。目前国内外研究人员采用不同的物理化学技术改善 性能,主要是增强 表面性能,从而增强水泥砂浆与 间的界面过渡区()。这主要包括采用机械法、酸浸泡法、微波加热法去除 表面旧砂浆,使用火山灰材料包裹,利用聚合物和硅酸钠溶液来增强 性能。这些传统处理方法不仅能耗大、成本高,且对强度和耐久性的改善程度有限。因此迫切需更有效且环保的方法来增强 的性能。纳米复合材料 是由聚羧酸减水剂()处 理
4、 人 工 合 成 的 纳 米 水 化 硅 酸 钙 晶 体()得到的具有高分散性的纳米 晶核溶液。可作为 理想的成核基质,现有研究表明,低掺量的(左右)可显著提高水泥早期水化反应,且对粉煤灰和矿渣等矿物掺合料的二次水化也有一定促进作用,同时还能提高混凝土的长期性能,文献表明,在混凝土中掺入水泥质量的纳米 溶液可明显提高混凝土的抗氯离子渗透性,降低毛细吸水率,同时碳化深度和抗冻性也有明显提高。因此使用 处理,可显著提高 表面 的成核位点,从而使 的 显著增强,强度和耐久性得以提升。此外 使用量低,具有较大的经济优势。自密实混凝土()组成材料与传统混凝土相同,但由于其含有大量石灰石粉和粉煤灰等矿物掺
5、合料,减水剂用量较大,最大粗骨料粒径更小,使 比普通混凝土有更好的工作性能。目前对 的研究主要集中在增强 工作性能和提升其自收缩性能,且研究较完善;但对于再生骨料自密实混凝土()的性能研究较少。利用纳米 溶液强化 制备自密实混凝土,不仅能实现废混凝土的循环利用,降低自密实混凝土成本,且还能提高自密实混凝土自收缩性能,因此 具有广阔的应用前景。为探究纳米 溶液处理再生骨料对再生骨料自密实混凝土力学性能与耐久性的影响,使用纳米 溶液处理,制备再生骨料自密实混凝土,测试其抗压强度、抗气体渗透性、抗氯离子渗透性、毛细吸水性能、抗冻融性,并结合扫描电镜()分析强化再生骨料对再生骨料自密实混凝土性能的影响
6、机理。研究结果可为再生骨料自密实混凝土的应用提供参考。试验设计 原材料 水泥()采用 普通硅酸盐水泥,细骨料()采用细度模数为 的河砂。再生粗骨料级配如表 所示,再生骨料选用连续级配的破碎废混凝土块,废混凝土块取自深圳市某工地旧建筑物拆除的旧混凝土,其经颚式破碎机 次破碎后再经人工筛分得到再生骨料(见图),其表观密度为 ,压碎值为 ,吸水率为 。矿物掺合料采用高级粉煤灰()及石灰石粉(),表观密度为 ,比表面积为 ,中值粒径为。纳米 溶液平均粒径为,浓度为,为白色悬浊液。聚羧酸高效减水剂()的减水率,拌合水为纯净自来水。表 再生粗骨料级配 石子粒径筛余量累计筛余量 累计筛余百分比 混凝土配合比
7、及制备 为研究纳米 溶液处理再生骨料对再生骨料自密实混凝土性能的影响,本试验使用不同浓度纳米 溶液处理的 取代天然骨料制备再生骨料自密实混凝土,参考 自密实混凝土应用技术规程进行配合比设计,通过试验调整,最终确定的 配合比如表 所示。试验中使用的纳米 溶液浓度为,和。将浓度为 纳米 溶液使用实验室自来水进行稀释,将稀释后的纳米 溶液均匀喷洒到样品的表面,对 施工技术(中英文)第 卷图 试验所用废弃混凝土再生骨料 照组喷洒试验室自来水。首先将喷头固定在再生骨料上方,每次喷雾后,轻轻转动样品,以使每次喷雾均匀地散布在再生粗骨料表面(见图)。喷洒在再生粗骨料上的液体质量为再生骨料的吸水值。为使喷洒在
8、再生骨料表面的纳米 溶液被充分吸收,喷洒后的再生骨料在温度为,湿度为 的试验室静置,然后浇筑。表 再生骨料自密实混凝土配合比设计 编号水泥()粉煤灰()石灰石粉()水()减水剂 砂()再生骨料()图 纳米 溶液喷洒再生粗骨 测试方法 工作性能测试 参考自密实混凝土应用技术规程,对不同浓度纳米 溶液处理的 制备的 试件进行工作性能测试,测试指标分别为坍落扩展度、扩展时间、形漏斗流出时间。抗压强度测试 按照 混凝土物理力学性能试验方法标准要求,分别在 和 时进行抗压强度试验,试件尺寸为,加载速度为 。气体渗透性测试 试件进行标准养护 后,根据 水运工程混凝土试验规程,在(),()的空气介质下,对经
9、干燥 的 圆柱体试件进行气体渗透性测试,以 块混凝土测试值作为结果,其余测试细节可见文献。气体渗透系数 计算如下:()式中:为气室与管道总体积;为透气时间;为试件厚度,值为 ;为渗透面积,值为 。抗氯离子渗透性测试 根据 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法,使用快速迁移法试验评估抗氯离子渗透能力,快速迁移试验是通过外部电场加速氯离子渗透的非稳态迁移试验,采用 圆柱体进行抗氯离子渗透试验。试件在标准养护室中养护至 龄期取出后,在真空状态下浸泡在()溶液中。根据初始电压为,调整试验施加电压。整个试验过程中,试件底面浸没在 的氯化钠溶液中,试件表面浸没在 的 溶液中,待试验持续时间为 后,将试样通
10、过压力试验机劈裂,一分为二后,立即在试件断口表面喷洒 的 溶液。约 后,测定氯离子的渗透深度。毛细吸水测试 根据 进行毛细吸水测试,试件尺寸 武 亚等:纳米 溶液处理再生骨料对再生骨料自密实混凝土力学性能与耐久性的影响 为。达到 龄期的试件经 干燥至恒重后,用石蜡密封试件侧面,测试其接触水后质量增量占干质量的百分比,共有以下浸水龄期:,。吸附系数 计算如下:()式中:为流入面单位面积吸水量();为吸水质量();为吸水面积;为水的密度,;为截距;为浸泡时间;为吸附系数()。抗冻融试验 快速冻融试验依据普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法 进行。试件尺寸为 ,试件达到龄期的前,将试件从标准养护室中
11、取出,浸入水中浸泡,使其饱和,测量初始质量和弹性模量。试验过程中,将试样放入加水的橡胶箱中,冻融机循环温度为()(),采用冻融前后的质量变化和相对动态弹性模量()评价试件的抗冻融性能。扫描电镜()取标准养护 混凝土内部片状硬化混凝土浆体进行()形貌观察。结果与讨论 纳米 溶液处理再生骨料对 工作性能的影响不同浓度纳米 溶液处理的再生骨料对 的坍落扩展度、,的影响如图 所示。由 图 可 知,经 处 理 的 再 生 骨 料 制 备 的 坍落扩展度、,均能满足自密实混凝土应用技术规程对二级自密实混凝土工作性能的要求。与对照组 相比,纳米 溶液处理的再生骨料对 的坍落扩展度影响并不明显。对照组坍落扩展
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