再生微粉混凝土的抗压强度及其活性激发.pdf

2 0 1 5 年 第 1 1期 【总 第 3 1 3期 ) Nu mb e r 1 1 i n 2 0 1 5( T o t a l No 3 1 3) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M r ERI AL AND ADM I CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 5 1 1 0 1 5 再生微粉混凝土的抗压强度及其活性激发 张圣彩 ， 耿欧 。 赵桂 云 ( 中国矿业大学 a 江苏省土木工程环境灾变与结构可靠性重点实验室 b 力学与建筑工程学院，江苏 徐州 2 2 1 1 1 6 ) 摘要 ： 将再生微粉作为矿物掺合料 ， 以一定 比例等量取代水泥应用于水泥混凝土后 ， 研究不同取代率的再生微粉混凝土的抗 压强度的差异 ， 分析再生微粉掺量对混凝土抗压强度的影响规律。 采用化学激发和物理激发的方法对不同取代率 的再生微粉混 凝土进行活性激发 ， 分析不同活性激发处理对再生微粉混凝土抗压强度 的影响。 结果表明 ： 再生微粉在一定掺量之内对混凝土 的抗压强度有促进作用， 其最佳掺量在 1 0 左右； 相同掺量情况下， C a ( O H) ： 对再生微粉混凝土的激发效果最优 ， 随着再生微粉 掺量的增加 ， 激发效果 明显降低 。 关键词 ： 再生微粉 ； 取代率； 抗压强度 ； 活性激发 ； 水胶 比 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 1 1 0 0 4 9 0 4 C omp r e s s i v e s t r e ng t h a n d a c t i v e p r o v o c a t i o n o f r e c y c l e d m i c r o p o wd e r c on c r e t e ZHANG S hc n gc a i 一 GENG Ou 一 ZHAO Gu i yu n ( a l J i a n g s u K e y L a b o r a t o r y o f E n v i r o n me n t a l I mp a c t a n d S t r u c t u r a l S a f e t y i n E n g i n e e r i n g ， C h i n a U n i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y ； b S c h o o l of M e c h a n i c s a n d Ci v i l En g i n e e rin g， Ch i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d Te c h n o l o g y， Xu z ho u 2 21 1 1 6 ，C h i n a ) Abs t r ac t ： Ta k e d r e c y c l e d mi c r op o wd e r a s mi n e r a l a d mi x t u r e， wh i c h r e p l a c e s t h e c e me n t a c c o r d i n g t o a c e r t a i n p r o p o r t i o n， the c o m p r e s s i v e s e ng th o f r e c y c l e d mi c r o p o wd e r c o n c r e t e i n di f f e r e n t s u b s t i tut i o n r a t e s wa s r e s e a r c h e d， a n d the e f f e c t o f t h e r e c y c l e d mi c r opo wd e r i n t h e d i f f e r e n t a mo u n t s o n c omp r e s s i v e s e n gt h o f c o n c r e t e wa s a na lyz e d Ac t i v e o f r e c y c l e d mi c r op o wd e r c o nc r e t e i n d i f f e r e n t s u bs t i tut i o n r a t e s wa s i n s pi r e d b y p h ys i c a l an d c he mi c a l me t ho d s ， a n d t h e i n flu e n c e o f d i f f e r e n t a c t i v e p r ov o c a t i o ns o n c o m pr e s s i v e s tr e ng th o f r e c y c l e d mi c r op owd e r c o n c r e t e wa s ana l y z e d Th e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t the c o mp r e s s i v e s t r e n g th of c on c r e t e t ha t i s mi x e d b y r e c y c l e d mi c r op o wd e r wi thi n a c e r t a i n d o s a g e i s p r o mo t e d， u n d e r t h e s a me d o s a g e ， the e x c i t a ti o n e f f e c t o f C a ( OH) 2 i s the be s t a n d wi th the i n c r e a s e o f r e c y c l e d mi c r op o wd e r ， t h e e f f e c t o f a c t i ve p r o v o c a ti o n s i g n i fic a n t l y i s r e d u c e d K e y wo r d s： r e c y c l e d mi c r op o wd e r ； s u b s ti t u t i o n r a t e ； c o mp r e s s i v e s e n g t h ； a c ti v e p r o v o c a ti o n ； wa t e r b i n d e r r a t i o 0 引言 进行系统研究。 随着城市建设规模的扩大 ， 配置混凝土的原材料越来 越紧缺 ， 同时房屋拆迁等产生 的废弃混凝土越来 越多 ， 因 此废弃混凝土的循环再生利用越来越受到人们重视 。 目前 ， 在废弃混凝 土再生利用 的过程 中， 基于破碎工 艺 以 及混凝 土强度的不同 ， 将产生约 占废弃混凝土总重量 5 - 1 0 左右、 粒径小于 0 1 6 i n I n的粉尘 ， 即再生微 粉 。 再生 微粉具有一定的活性， 按照一定的比例作为水泥掺合料来 取代水 泥生产再生微粉混凝土 ， 不仅可以在很 大程度上有 效利用废弃混凝土， 还可以节省大量 的能源和资源。 再生微粉混凝土” “ 应用于实际工程 中首先需要满 足工程用混凝土基本力学性能的要求 ， 关于再 生微粉混凝 土最早 的研究内容便是再生微粉混凝 土的力学性能 ， 这 主 要包括抗压强度 、 抗拉强度和抗折强度等。 但是 ， 再生微粉 混凝土在 国内的大规模应用还存 在众 多问题 ， 一些基本指 标和技术资料还不完备 。 因此 ， 有必 要对再生微粉 混凝土 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 卜 1 8 基金项目： 国家自然科学基金资助项 目( 5 0 8 0 8 1 7 3 ) 1 试 验 概 况 试验 主要以再生微粉作为矿物掺合料 ， 按照一定的比 例等量取代水泥后 ， 研究立方体抗压试 件的抗压强度 ， 并 与相同配合 比的普通混凝土试件 的抗压强度相对 比， 分析 再生微粉对混凝土立方体抗压试件强度的影响。 试验中粗 骨料采用粒径为 5 2 0 m m 的天然碎石 ， 细骨料采用 中粗 河 砂 ， 水 泥 采 用 徐 州 淮 海 中 联 水 泥 有 限 公 司 生 产 的 P O 4 2 5级水泥 ， 再生微粉 由废弃混凝土破碎筛分取 得 ， 根据 文 献 1 2的 初 步 研 究 成 果 ， 碱 性 激 发 剂 采 用 C a ( O H) ( 粉状 ) 和 Na S i O 9 H ： O( 晶状 ) 。 水泥 的主要 性能指标见表 1 ， 混凝土的配合比见表 2 。 研究中重点考虑了取代率( 0 、 1 0 、 2 0 、 3 0 ) 和活性 激发方法 ( 化学激发和物理激发 ) 对混凝土抗压强度影 响 ， 并分析不同活性激发处理后再生微粉混凝土与普通混凝 土抗压强度的差异。 4 9 试验共设 计 1 3组 1 0 0 mm1 0 0 m m l O 0 m m 的正 方体试块 ， 每组 三个 ， 测试分 析再生微粉混凝 土与普通混 凝土在多 因素交互作用下的抗压强度 ， 试验分组见表 3 ， 试 验方法按 照G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( ( 普 通混凝 土力学性 能试 表 1 水泥各项指标 再 生 微 缩 县 圭 旦 量 ! ： ! 垄 查 鲨 粉掺量， 绷 水泥 微粉 砂子 石子 C a ( O H) ： ( 3 5 )N a ： S i O ， 9 H 2 0( 4 5 ) 研磨 mi n 验方法标准 。 2 试验 结果与分析 2 1 再生微粉掺 量对混凝土抗压强度 的影 响 ( 1 ) 当水胶 比为 0 5 4时 ， 分析在不 同再生微 粉掺量作 用下 ， 再生微粉混凝土试件 的2 8 d 抗 压强度 ， 如图 1 所示。 为了评定激发剂对再生微粉活性 的激发效果 ， 采用掺加 活 性激发剂后 的试件强度和未掺加活性激发剂的试件( 基 准 试件 ) 强度 比的形式 ， 即活性 指数来判 断。 活性 指数计算 方法如式( 1 ) 所示 。 不同再生微粉掺量下活性激 发剂 的活 性指数如图 2 所示 。 R=P P 。1 0 0 ( 1 ) 式 中： 尺活性指数 ； P 添加活性激发剂 的混凝 土试件 的抗 压强度 ， M P a； P 。 基准混凝土试件 的抗压强度 ， MP a 。 由图 1 可知， 当水胶比为 0 5 4时， 再生微粉混凝土的 抗压强度随着再生微粉掺量的增加而减小。 当再生微粉掺 量在 2 0 以内时 ， 再生微粉混凝土的抗压强度与普通混凝 土相比均有所提高， 其中掺量为 1 0 时强度提高最为明 显； 若其掺量超过 3 0 ， 再生微粉对混凝土的抗压强度则 造成 明显的不利影响。 结合 图 2活性指数 可知 ， 再生微 粉 掺量为 1 0 时混凝土活性提高最为显著， 其最佳掺量为 5 n 1 0 左右。 掺量质 量分 数， 图 1 不同掺量下再生微粉混凝土 2 8 d抗压强度 掺量质量分数 图 2 活性指数 原因分析 ： 由废弃混凝土制得的再生微粉 中含有大量 的 S i O ： 和碱性物质， S i O ： 在碱性环境中可以生成 c s H 凝胶填充混凝土中的孔隙 ， 再生微粉中不具有活性 的颗粒 可 以起到微集料 填充效应 ， 这些都可 以改善混凝 土 的 内部结构 ， 形成细致紧密组合 体系 ； 再生微粉 中含有一定 数量的硬化 水泥石 和未完 全水化 的水 泥 ， 具有 很 高的活 性 ， 加上较大的 比表面积 ， 与水反应 后可 以增加再 生微粉 混凝土 的强度 ； 再生微粉较大的比表 面积也可 以吸附大量 水分子 ， 阻碍粗骨 料表面水吸 附膜 的形 成 ， 改善界 面过 渡 区 ， 对混凝土中后期 的强度增长非 常有 利 ， 但是 随着再 生 微粉掺量的增加 ， 需水量 也随之增加 ， 在水 胶 比一定 的情 况下抑制了混凝土整体强度的增长 ， 甚至导致了混凝 土强 度 的下降。 2 2再 生微 粉 混 凝 土 的 活性 激 发 再生微粉主要成 分有硬化水 泥石 、 砂石 骨料粉末 ， 其 化学成分 主要 是 S i O ： 、 CSH物 质和 C a C O ， 其 中以 S i O ： 含量最多。 再生微粉 中的 C a C O 、 水泥凝胶和未水化 的水泥颗粒分别具有形成水化碳铝酸钙与水化碳硅 酸钙 、 作为水泥水化 晶胚 和继 续水 化形成凝 胶产 物 的能力 。 因 而 ， 对再生微粉进行活性激发研 究 ， 将提高再生微 粉的利 用率 ， 具有重要 意义 。 再生微粉的活性激 发主要有物理激 发和化学激 发两 种方式 。 物理激发即机械激发 ， 是采用 机械 的方法提高再生微 粉的细度。 研磨时间的长短将影响再生微粉的粒度， 研磨 的时间越长粉体粒度将越细， 比表面积也越大。 再生微粉 的比表面积越大 ， 其潜在的活性越大 。 化学激发就是通过加 入不 同的化学 激发剂来加 速再 生微粉 的水化硬化 。 常用的激发剂主要有硫酸 盐 、 碳 酸盐 以及石膏和石灰等碱性激发剂。 碱性激发剂的激发机理主 要是增加浆体 的 O H一 浓度 。 在碱性环境 的作用下 ， 再生微 粉表面更容易形成游离的不饱和活性键 。 这种反应使 得再生微粉表面 S i O 、 A 1 O 形成的网络聚合体聚合度降 低 ， 更容易与体 系液相中活性组分发 生反应 ， 从而增加 胶 凝性产物 ， 如水化硅酸钙和水 化硅酸铝等 ， 最终达到激 发再生微粉胶凝活性的效果。 硫酸盐激发的主要作用机理 是硫酸盐水解出 的 s 0 一在体 系液 相 中存在 的 C a 2 的作 用下， 与体系中的活性 A 1 O 反应， 生成钙矾石 。 碳酸 盐以碳酸钠作为激发剂时， 不但能够与新加入的水泥发生 水化反应 ， 也能与再生微粉 中未水 化的水泥发生 反应 ， 促 进其进一步的水化 ， 生成大量的 CS A凝胶 ， 增加砂浆 的密实度 。 为了研究再生微粉加人 到混凝土后其 潜在 的活性 效 果 ， 试验使用了三种活性激发 方法 ， 即加入 3 5 的氢氧化 钙、 加入 4 5 的偏硅酸钠和物理研磨的方法， 研究分析再 生微粉混凝土 2 8 d的抗 压强度。 以下 各 图中活性激 发方 法分为四类 ， A表示无激发 ， B表示加入 3 5 的氢氧化钙 ， c表示加入 4 5 的偏硅酸钠 ， D表示物理研磨 。 ( 1 ) 由图 3可知 ， 再生微粉掺量为 1 0 时 ， 使用三种活 性激发方法 ， 加入 3 5 C a ( O H) 的组表现 出一定 的活性 激发效果 ， 而加入 4 5 的偏硅 酸钠 和物理研磨 的组并未 表现出活性激发效果还导致 了抗压强度的下降 。 42 4 0 善3 8 魁 置 3 6 3 4 3 2 活性激 发方法 图 3掺量 1 O 时试 件抗 压强 度 A B C D 活性激 发方法 图 4 掺量 2 0 时试件抗压强度 ( 2 ) 由图 4可知 ， 再生微粉掺量为 2 0 时 ， 使用 三种活 性激发方法， 均未实现激发效果， 其中加入 3 5 C a ( O H) ： 的组较另外两组抗压强度降幅最小。 日 茎 醴 出 图5 掺量 3 0 时试件抗压强度 ( 3 ) 由图 5可知 ， 当再生微粉掺量为 3 0 时与掺量为 2 0 时相似 ， 使用三种活性激发方法 ， 均未实现激发效果 ， 其中加入 3 5 C a ( O H) 的组较另外两组抗 压强度降幅最 小。 4 6 44 4 2 4 o 嚣 3 8 3 6 34 3 2 3 0 A B C D 活性激发方法 图 6 不同掺量下试件抗压强度 ( 4 )由 图 6可 知 ， 再 生 微 粉 掺 量 为 1 0 时 只 有 C a ( O H) ， 对再生微粉起到一定的活性激发效果， 其他各组 均未表现出活性激发效果 ； 再生微粉掺量为 2 0 和3 0 时 ， 三 种 方 法 均 未 表 现 出 活 性 激 发 效 果 ， 但 加 入 3 5 C a ( O H) 的组较另 外两组抗 压强度 降幅最小 。 对 于每种 5】 活性激发方法来说 ， 均是再生微粉掺量越少时抗压强度越 高 ， 随着再生微粉掺量 的增加 ， 激发效果 明显降低 。 3 结 论 ( 1 ) 再生微粉在一定掺量之 内对混凝土的抗压强度有 促进作用 。 当水胶 比为 0 5 4 ， 再生微粉掺量在 2 0 以内时 ， 再生微粉混凝土的强度与普通混凝 土相 比均有提高 ， 若其 掺量超过 3 0 ， 再生微粉对混凝土的强度则 造成 明显的不 利影 响； 其最佳掺量在 1 0 左右 。 ( 2 ) 各种激发方法 的作用原理和效果不同 ， C a ( O H) ： 对再 生微粉 的活性 激发效果优 于 N a S i O 9 H ： O 和物理 研磨 方法 。 ( 3 ) 各种激发方法作用下 ， 随着再生微粉掺量的增加 ， 激发效果 明显降低 。 参考文 献 ： 1 骆行文 ， 管昌生 再生混凝土力学特性试验研究 J 岩土力学 ， 2 0 0 7 ， 2 8 ( 1 1 ) ： 2 4 4 0 2 4 4 4 2 陈宗平， 徐金俊 ， 郑华海， 等 再生混凝土基本力学性能试验及 应力 应变本构关系 J 建筑材料学报， 2 0 1 3 ， 1 6 ( 1 ) ： 2 4 3 2 3 李秋义， 李云霞， 朱崇绩， 等 再生混凝土骨料强化技术研究 J 混 凝土 ， 2 0 0 6 ( 1 ) ： 7 4 7 7 4 肖建庄， 李佳彬， 孙振平， 等 再生混凝土的抗压强度研究 J 同济大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 1 2 ) ： 1 5 5 8 1 5 6 1 5 杜婷， 李惠强， 覃亚伟， 等 再生混凝土未来发展的探讨 J 混 凝土 ， 2 0 0 2 ( 4 ) ： 4 9 5 0 6 O I K O NO MO U N D R e c y c l e d c o n c r e a g g r e g a t e s J C e m e n t a n d C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 0 5 ， 2 7 ( 2 ) ： 3 1 5 3 1 8 7 赵霄龙， 冷发光， 何更新， 等 各国建筑垃圾再生骨料标准浅析I- J 建筑结构 ， 2 0 1 1 ， 4 1 ( 1 1 ) ： 1 5 91 6 3 上接第 4 8页 半左右 。相较于 4 0目和 8 0目橡胶粉末 ， 掺假 1 2 0目橡胶 粉末的泡沫混凝土 的导热系数变化较大。 造成导热系数 降 低 的主要原 因是橡 胶粉末 的形状 不规则 ， 呈毛刺 状态 明 显 ， 所以在拌和泡沫混凝 土时包裹 了气体 ， 引入 了空气 ， 并 且橡胶本身的导热系数远远低于水泥 的导热系数 ， 随着掺 量增加 ， 便降低了泡沫混凝土 的导热 系数 。 橡胶粉末细度 对导热系数的影响并没有掺量变化带来 的影响大 ， 掺加粒 径越小的橡胶粉末制备的泡沫混凝土的导热系数越小。 3试 验 结论 ( 1 ) 随着橡胶粉末掺量 的增加 ， 泡沫混凝土 的干密度 下降， 其中4 0目的橡胶粉末对泡沫 昆 凝土的干密度影响 最小 ， 1 2 0目的影响最大。 ( 2 ) 掺加橡胶粉末制备的泡沫混凝土的抗压强度降 低， 且同等掺量下， 粒径越小， 抗压强度下降越大。 ( 3 ) 随着橡胶粉末 掺量 的增加 ， 所制备 的泡沫混凝土 52 8 孙跃东， 周德源 我国再生混凝土的研究现状和需要解决的问 题 J 混凝土 ， 2 0 0 6 ( 4 ) ： 2 5 2 8 9 陈雪 ， 李秋义 ， 杨向宁， 等 再生微粉的，性能与应用 J 青岛理 工大学学报 ， 2 0 1 3 ， 3 4 ( 3 ) ： 1 7 2 1 1 0 胡智农 ， 杨黎 ， 刘昊 再生微粉混凝土耐久性研究 J 混凝土与 水泥制品， 2 0 1 3 ( 3 ) ： 1 5 1 1 O T S U K I N MI Y A Z A T O S ， Y O D S U D J A I W I n fl u e n c e o f r e c y c l e d a g g r e g a m o n i n t e r r a c i a l tr a n s i t i o n z o n e，s t r e n g t h，c hl o r i d e p e n e a t i o n a n d c a r b o n a t i o n J J o u rn a l o f Ma t e ri a l s i n C i v i l E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 3 ， 1 5 ( 5 ) ： 4 4 3 4 5 1 1- 1 2 张扬， 李四平， 陈兵， 等 粉煤灰活性激发剂的试验研究 J 混 凝土， 2 0 1 2 ( 9 ) ： 6 3 6 8 1 3 吕雪源 ， 张健 ， 毛高峰 ， 等 再生微粉对混凝土用水量和强度的 影响 c 首届全国再生混凝土研究与应用学术交流会论文 集 ， 2 0 0 8 1 4 S H I C， D A Y R I E a r l y s e n g t h d e v e l o p me n t a n d h y d r a ti o n o f a l k a l i - a c t i v a t e d b l a s t f u r n a c e s l a g fl y a s h b l e n d s J A d v a n c e s i n C e me n t Re s e a r c h， 1 9 9 9， 1 1 ( 4 )： 1 8 91 9 6 1 5 方军良， 陆文雄 ， 徐彩宣， 等 粉煤灰的活性激发技术及机理研 究进展I- J 上海大学学报 ， 2 0 0 2 ( 3 ) ： 2 5 7 2 6 0 1 6 3 卫智， 郑洪伟， 钱觉日 寸 ， 等 煤灰综合利用 ， 1 9 9 9 ( 3 ) ： 1 5 1 8 的比较 J 粉 第一作者： 联 系地 址 联 系 电话 通讯作者 联 系 电话 ： 张圣彩( 1 9 9 1 一) ， 女 ， 硕士研究生 ， 研究方向 ： 混凝土 耐久性。 中国矿业大学南湖校区力建学院( 2 2 1 0 0 8 ) 1 51 5 21 1 7 63 8 耿欧( 1 9 7 3一) ， 男， 教授 ， 博士 ， 主要从事钢筋混凝土 结构耐久性方面的研究。 】 8 9 O 5 2O 4 70 8 的导热系数减小 ， 即试块的保温性能提高 。 橡胶粉末 的粒 径越小 ， 导热系数降低越大 。 参考 文献 ： 1 陈庚仪 我国水利水电混凝土防渗墙的发展 J 中国三峡建 设 ， 1 9 9 5 ( 5 ) ： 5 O一 5 2 2 李伟， 盖玉杰 ， 王晓初 橡胶混凝土的力学性能试验 J 东北林 业大学学报 ， 2 0 0 9 ， 3 7 ( 4 ) ： 6 3 6 4 3 3张国权， 吕小欢 ， 罗志刚 均匀设计的方法与应用 J 华南农业 大学报， 1 9 9 8 ， 1 9 ( 2 ) ： 9 1 9 6 第 一作 者 联 系地址 联系电话 谷亚新( 1 9 6 9一) ， 女 ， 博士研究生 ， 教授， 主要从事保 温材料的研究及改性。 沈阳市浑南新区浑南乐路9号( 1 1 0 1 6 8 ) 1 3 0 3 2 4 6 3 4 7 6