替代率对再生混凝土抗压强度影响的微观机理研究.pdf
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1、为研究替代率对再生混凝土抗压强度影响的微观机理,本文对6种不同替代率的再生混凝土进行抗压试验、骨料分布试验,探究了其抗压强度随替代率变化的基本规律,同时利用F o u r i e r变换红外光谱(F T I R)、电镜(S EM)和压汞法(M I P)分析该变化规律的微观机理。结果表明,随着替代率的增加,再生混凝土抗压强度呈现逐渐下降的规律。再生混凝土水化产物C-S-H凝胶和C a(OH)2逐渐减少,阻碍了其水化发展。再生混凝土内部孔洞数量及有害孔累计孔体积百分比增大,且孔隙率升高,进而导致其抗压强度降低。基于试验结果建立了适用此类再生混凝土在不同替代率下抗压强度的计算公式。关键词:再生混凝土
2、;抗压强度;微观机理;孔结构;水化产物中图分类号:TU 5 2 8 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 6-4 7 1 0(2 0 2 3)0 1-0 1 1 0-0 8S t u d yo f t h em i c r om e c h a n i s mf o r t h e i n f l u e n c eo f s u b s t i t u t i o nr a t eo nt h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t ho f r e c y c l e dc o n c r e t eWE IK a n g1,L IB e n2,S UN
3、Q i a o1(1.C o l l e g eo fC i v i lE n g i n e e r i n ga n dA r c h i t e c t u r e,D a l i a nU n i v e r s i t y,D a l i a n1 1 6 6 2 2,C h i n a;2.S c h o o l o fT r a n s p o r t a t i o na n dC i v i lA r c h i t e c t u r e,F o s h a nU n i v e r s i t y,F o s h a n5 2 8 0 0 0,C h i n a)A b
4、s t r a c t:I no r d e r t os t u d yt h em i c r o c o s m i cm e c h a n i s mf o rt h e i n f l u e n c eo fs u b s t i t u t i o nr a t eo nt h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t ho f r e c y c l e dc o n c r e t e,t h i sp a p e r c a r r i e so u t c o m p r e s s i v e t e s t s a n da g g
5、 r e-g a t ed i s t r i b u t i o nt e s t so ns i xr e c y c l e dc o n c r e t ea td i f f e r e n ts u b s t i t u t i o nr a t e s,a n de x p l o r e st h eb a s i c l a wo f t h e c h a n g eo f i t s c o m p r e s s i v e s t r e n g t ha t t h e s u b s t i t u t i o n r a t e.A t t h e s a m
6、 e t i m e,t h em i c r o c o s m i cm e c h a n i s mf o r t h e c h a n g e l a wi s a n a l y z e db y t h eF o u r i e r t r a n s f o r mi n f r a r e ds p e c t r o s-c o p y(F T I R),t h e e l e c t r o nm i c r o s c o p y(S EM)a n d t h em e r c u r y i n t r u s i o nm e t h o d(M I P).T h
7、 e r e-s u l t ss h o wt h a tt h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ho fr e c y c l e dc o n c r e t ed e c r e a s e sg r a d u a l l yw i t ht h ei n-c r e a s eo fr e p l a c e m e n tr a t e.T h eh y d r a t i o np r o d u c t so fr e c y c l e dc o n c r e t e,C-S-H g e la n d C a(OH)2,d e c
8、r e a s e dg r a d u a l l y,h i n d e r i n g i t sh y d r a t i o nd e v e l o p m e n t.T h en u m b e ro fh o l e s i nr e c y-c l e dc o n c r e t e a n d t h e c u m u l a t i v ep e r c e n t a g eo f h a r m f u l h o l e s i n c r e a s e,a n d t h ep o r o s i t y i n c r e a s e s,l e a d
9、 i n gt o t h ed e c r e a s eo f i t s c o m p r e s s i v e s t r e n g t h.B a s e do n t h e t e s t r e s u l t s,a f o r m u l a f o r c a l c u-l a t i n gt h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ho f t h i sk i n do f r e c y c l e dc o n c r e t ea td i f f e r e n t r e p l a c e m e n t r
10、a t e s i se s t a b l i s h e d.K e yw o r d s:r e c y c l e dc o n c r e t e;c o m p r e s s i v e s t r e n g t h;m i c r o s c o p i cm e c h a n i s m;p o r e s t r u c t u r e;h y-d r a t i o np r o d u c t s011 西安理工大学学报J o u r n a l o fX ia nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y(2 0 2 3)V
11、 o l.3 9N o.1 随着我国城市化进程迅速发展,城市旧建筑的不断拆除产生了大量建筑垃圾1。而目前我国建筑垃圾利用率低,只有少部分建筑垃圾资源化利用在路基和非承重结构,而大部分是以在郊区堆放或填埋的传统方式进行处理,这对环境造成了极大的污染2。再生混凝土3是将普通混凝土进行破碎筛分的工艺处理后制成再生粗骨料来替换天然粗骨料,不仅可以解决建筑垃圾的堆放和利用问题,同时也符合国家倡导的绿色可持续发展,具有重大的经济及社会意义。研究再生混凝土的抗压强度是其能被广泛应用的关键环节和决定要素。文献4-7 通过研究得出再生混凝土抗压强度随替代率的增加而呈现逐渐降低的规律,但并未进一步对再生混凝土抗压
12、强度逐渐降低的微观机理进行研究。另一方面,文献8-1 0 利用电镜(S E M)分析了再生混凝土强度变化的微观机理,并得出界面过渡区是影响其强度因素之一。岳公冰1 1利用利用显微硬度计、S E M等测试技术,研究了再生粗骨料强度对再生混凝土多重界面结构特征、显微结构及性能的影响规律。文献1 2-1 3 利用S E M和对复杂环境下替代率对再生混凝土的耐久性的影响规律进行了研究。白雷雷1 4利用S E M对骨料强化对再生混凝土抗压强度影响的机理进行了分析。W a n g等1 5则利用F o u r i e r变换红外光谱(F T I R)从混凝土水化产物的角度对再生混凝土抗冻性能的微观机理进行了
13、研究。文献1 6-1 8 是通过压汞法(M I P)从孔结构的角度研究高温对混凝土孔隙改变的影响及混凝土抗冻性能的微观机理。而目前通过F T I R和M I P研究替代率对再生混凝土抗压强度影响的微观机理的试验较少,因此,为了更进一步揭示其变化规律的微观机理,本文针对6种不 同替代率(0%、2 0%、4 0%、6 0%、8 0%、1 0 0%)的再生混凝土展开了抗压强度试验及对其进行骨料分布观测,探究替代率对再生混凝土抗压强度的影响规律,同时利用F T I R、S EM和M I P进一步研究替代率对再生混凝土抗压强度影响的微观机理,并建立其抗压强度的计算公式。期望研究成果可以进一步推广再生混凝
14、土的应用。1 试验概括1.1 原材料试验所用水泥为广州石井牌P.O4 2.5R级水泥,水是工业蒸馏水,外加剂选用聚羧酸高效减水剂,减水剂为淡黄色液体,减水率为3 0%。再生粗骨料来自佛山市某建筑材料有限公司,其中包括建筑碎石、少量红砖与瓷砖碎块。天然粗骨料采用连续级配的天然碎石。天然粗骨料与再生粗骨料见图1,天然粗骨料与再生粗骨料的级配组成见表1,级配曲线见图2。天然砂、天然粗骨料和再生粗骨料的基本物理性能见表2。图1 天然粗骨料和再生粗骨料图片F i g.1 P i c t u r e so fn a t u r a l c o a r s ea g g r e g a t ea n dr
15、e c y c l e dc o a r s ea g g r e g a t e 表1 天然粗骨料和再生粗骨料的级配组成T a b.1 G r a d i n gc o m p o s i t i o no fn a t u r a l c o a r s ea g g r e g a t ea n dr e c y c l e dc o a r s ea g g r e g a t e粒径范围/mm0551 01 01 5 1 52 02 02 5天然粗骨料/%21 75 01 61 5再生粗骨料/%32 23 7.82 7.49.8图2 天然粗骨料和再生粗骨料的级配曲线F i g.2 G
16、 r a d a t i o nc u r v eo fn a t u r a l c o a r s ea g g r e g a t ea n dr e c y c l e dc o a r s ea g g r e g a t e 表2 天然砂、天然粗骨料和再生粗骨料的基本物理性能T a b.2 B a s i cp h y s i c a l p r o p e r t i e so fn a t u r a l s a n d,n a t u r a lc o a r s ea g g r e g a t ea n dr e c y c l e dc o a r s ea g g r
17、 e g a t e物理性能天然砂天然粗骨料再生粗骨料粒径范围/mm-52 552 5表观密度/(gc m-3)2.4 62.5 52.3 6堆积密度/(gc m-3)1.0 51.6 51.4 5吸水率/%0.8 71.2 11 2压碎指标/%-1 42 0细度模数/%2.3-111 魏康,等:替代率对再生混凝土抗压强度影响的微观机理研究 1.2 配合比设计根据 普通混凝土配合比设计规程(J G J5 5-2 0 1 1)配制C 3 0再生混凝土,不同替代率的再生混凝土水灰比均为0.5 9,砂均为7 1 2.3k g/m3,水均为2 2 2k g/m3,减水剂均为1.9k g/m3,水泥均为
18、3 7 6.5k g/m3,配合比见表3。替代率分别为0%、2 0%、4 0%、6 0%、8 0%和1 0 0%,试件编号分别为R A C0、R A C2 0、R A C4 0、R A C6 0、R A C8 0、R A C1 0 0。表3 再生混凝土试验配合比T a b.3 E x p e r i m e n t a lm i xp r o p o r t i o no f r e c y c l e dc o n c r e t e单位:k g/m3编号替代率/%天然粗骨料再生粗骨料R A C0011 6 2.20R A C2 02 09 2 9.82 3 2.4R A C4 04 06
19、9 7.34 6 4.9R A C6 06 04 6 4.96 9 7.3R A C8 08 02 3 2.49 2 9.8R A C1 0 01 0 0011 6 2.21.3 试件制作及养护按照标准 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法(G B/T5 0 0 8 22 0 0 9)制作了6组试件尺寸为1 5 0mm1 5 0mm1 5 0mm的标准立方体试块5 4个,每组包含6个再生混凝土试件进行抗压强度、微观分析试验和3个再生混凝土试块进行骨料分布观测。室内自然养护1d后拆模,在标准养护箱(温度为2 02,相对湿度9 5%)中养护2 8d。1.4 试验方法抗压强度试验按照国家规范 普通混
20、凝土力学性能试验方法(G B/T5 0 0 8 12 0 0 2)进行,利用电液式压力试验机进行抗压试验。骨料分布观测是利用切割机从浇筑面中间部位进行切割,观察切割面的骨料分布情况。F T I R试验是首先将抗压试验压碎后的水泥石样品放在5 0 真空干燥箱中干燥4 8h,同时将溴化钾放于1 2 0 真空干燥箱中进行干燥。选取1m g干燥后的再生混凝土样品与干燥后的1 0 0m g溴化钾置于玛瑙研钵中进行研磨5m i n。然后将研磨后的混合物放入压片模具,将模具放入压力机中压片,压力选用1 5M P a,时间为1.5m i n。最后将压出的透明锭片放入F o u r i e r变换红外光谱仪中进
21、行测试1 9。S EM试验是将水泥石样品进行喷金干燥处理后,利用电镜对样品进行观测。M I P试验是首先将水泥石样品收集在试管中并立即用无水乙醇浸泡2 4h以停止水化,然后将再生混凝土样品放到6 0真空干燥箱中干燥4 8h,干燥结束后利用压汞孔径分析仪中进行测试。本文采用了D Y E-3 0 0 0型电液式压力试验机,真空干燥箱型号为D Z F-6 0 5 0 A B,型号为天光F T-I R-9 6 0的F o u r i e r变 换 红 外 光 谱 仪,电 镜 型 号 为S U-8 0 2 0/X-MA X 8 0,型号为安东帕P o r e M a s t e r6 0的压汞孔径分析仪
22、,试验设备见图3。图3 试验设备F i g.3 T e s t e q u i p m e n t 2 结果与讨论2.1 破坏形态试件受压初期,不同替代率的再生混凝土的破坏形态相似。随着加载力值逐步增加,再生混凝土试件的内部应力不断增加,试件外表面逐渐出现了竖向微小裂缝,随后竖向微小裂缝迅速向上和下两侧延伸,相邻的微小裂缝开始汇集并合成连续裂缝且呈现逐渐变宽的态势。随着加载力值的持续增加,裂缝开始迅速由外表面向内部扩展,竖向裂缝逐步变多、变宽,试件表面出现外鼓、并开始剥落。最后加载力值达到最大值并稳定,加载结束,试件完全破坏,最终破坏形态为四角锥形。替代率为0%、6 0%和1 0 0%的再生混
23、凝土抗压强试验后破坏形态照片见图4。图4 不同替代率的再生混凝土破坏形态F i g.4 F a i l u r em o r p h o l o g yo f r e c y c l e dc o n c r e t ea td i f f e r e n t r e p l a c e m e n t r a t i o s 当替代率为0%时,混凝土的断裂面在天然粗骨料和新砂浆粘结界面出现,天然粗骨料并没有破坏。替代率为6 0%时,再生混凝土的断裂面开始在新旧砂浆与天然粗骨料以及再生粗骨料的粘结面出211 西安理工大学学报(2 0 2 3)第3 9卷第1期 现,砂浆与粗骨料形成的界面过渡区成
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