賈廣測(cè)++吳相豪++朱濤

摘 要：將石灰粉加入再生粉煤灰混凝土中，可激發(fā)粉煤灰的活性，促進(jìn)粉煤灰的“二次水化”。該課題擬通過試驗(yàn)探索單摻粉煤灰、雙摻粉煤灰和石灰粉對(duì)再生細(xì)骨料混凝土抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律，為再生細(xì)骨料混凝土的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。研究過程中，試驗(yàn)分兩種工況：第一種工況為單摻粉煤灰；第二種工況為雙摻粉煤灰和石灰粉。實(shí)驗(yàn)表明：?jiǎn)螕椒勖夯視r(shí)，隨著粉煤灰摻量增加，抗壓強(qiáng)度是先增大后減小，且摻量為20%時(shí)，抗壓強(qiáng)度最大。雙摻粉煤灰和石灰粉時(shí)，早期抗壓強(qiáng)度增大較快，抗壓強(qiáng)度隨石灰粉摻量的增加是先增加后減小，石灰粉摻量為4%時(shí)，再生細(xì)骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度最大。

關(guān)鍵詞：再生細(xì)骨料 粉煤灰 石灰粉 抗壓強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：TU52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）06（b）-0074-03

在我國(guó)每年拆除的建筑垃圾多達(dá)1.6億噸之多，除此之外還有新建房屋產(chǎn)生4億噸的建筑垃圾中的廢棄混凝土，這些廢棄的建筑垃圾對(duì)我們賴以生存的環(huán)境造成了很大的污染，因此將廢棄混凝土作為再生骨料生產(chǎn)再生混凝土意義重大[1]。與此同時(shí)，粉煤灰對(duì)環(huán)境也造成了嚴(yán)重的污染以及其每年巨大的排放量而無處儲(chǔ)藏，因此對(duì)粉煤灰的開發(fā)利用便顯得尤為重要，石灰石粉作為混凝土礦物摻合料可以改善混凝土的性能，具有良好前景[2]。姜愛鋒研究了石灰—粉煤灰穩(wěn)定試驗(yàn)，認(rèn)為石灰—粉煤灰碎石具有較好的耐久性能，采用連續(xù)級(jí)配集料制成的石灰—粉煤灰碎石具有較優(yōu)的力學(xué)和耐久性能。

總之國(guó)內(nèi)外已經(jīng)對(duì)在混凝土當(dāng)中摻入礦物摻合料進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，但是對(duì)于在再生細(xì)骨料混凝土中添加石灰粉以及粉煤灰、石灰粉雙摻對(duì)再生細(xì)骨料混凝土的力學(xué)性能的研究還處于一個(gè)相對(duì)空白的階段[3]。因此該課題著力在此方向上進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)設(shè)計(jì)了兩種工況：工況一，單摻粉煤灰對(duì)再生細(xì)骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)；工況二，雙摻粉煤灰、石灰粉對(duì)再生細(xì)骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，以期獲得在兩種摻量的情況下對(duì)再生細(xì)骨料混凝土的力學(xué)性能的影響規(guī)律并分析產(chǎn)生此種變化規(guī)律的原因，以及粉煤灰和石灰一粉煤灰的最佳摻量和摻配比，進(jìn)而達(dá)到提高再生細(xì)骨料混凝土的力學(xué)耐久性的目的。

1 研究?jī)?nèi)容

用粉煤灰等量取代水泥，測(cè)定不同取代率（0%、20%、40%、60%）下粉煤灰再生細(xì)骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度，研究粉煤灰等量取代部分水泥對(duì)粉煤灰再生細(xì)骨料混凝土性能的影響機(jī)理和影響規(guī)律。

該文通過試驗(yàn)研究雙摻粉煤灰和石灰粉對(duì)再生細(xì)骨料混凝土抗壓強(qiáng)度影響規(guī)律及其最佳摻配比例。具體研究?jī)?nèi)容為：⑴用粉煤灰等量取代水泥，測(cè)定不同取代率下粉煤灰再生細(xì)骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度，研究粉煤灰等量取代部分水泥對(duì)粉煤灰再生細(xì)骨料混凝土性能的影響機(jī)理和影響規(guī)律。⑵用石灰粉等量取代部分粉煤灰（粉煤灰與水泥的質(zhì)量比2：8作為基準(zhǔn)配比），測(cè)定石灰粉不同取代率下粉煤灰再生細(xì)骨料混凝土抗壓強(qiáng)度，研究石灰粉等量取代部分粉煤灰對(duì)粉煤灰再生細(xì)骨料混凝土性能的影響機(jī)理和影響規(guī)律。

2 技術(shù)路線

以再生細(xì)骨料混凝土為研究對(duì)象，其基準(zhǔn)配合比為：膠凝材料：水=1：0.54。制作尺寸為100mm×100mm×100mm的立方體試件，利用微控萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)定不同工況、不同取代率、不同養(yǎng)護(hù)齡期下再生細(xì)骨料混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度。

3 試驗(yàn)方法

將制備好的混凝土試件，放置在水池當(dāng)中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，在養(yǎng)護(hù)到規(guī)定時(shí)間后將其取出且用抹布將其拭干后選取試件的測(cè)量面，在調(diào)整好兩個(gè)油閥之后，將混凝土試件放置在萬能試驗(yàn)機(jī)的底座中心處，啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，在上壓板不斷與試件靠近時(shí)，不斷地調(diào)整球座，使接觸面均衡，直至混凝土試件破壞，并記錄峰值。

抗壓強(qiáng)度的計(jì)算公式為：

式中：fcu—混泥土立方體抗壓強(qiáng)度（MPa）；

F—試件破壞荷載（N）；

A—試件承壓面積（mm2）。

4 粉煤灰對(duì)再生細(xì)骨料混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

4.1 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

依照試驗(yàn)預(yù)定方案，粉煤灰等量取代水泥用量分別為0%、20%、40%和60%、養(yǎng)護(hù)3d、7d和28d齡期的再生細(xì)骨料混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)值見表1。

從圖1可以看出，粉煤灰摻量對(duì)再生細(xì)骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度有一定的影響。隨著粉煤灰取代水泥量的增加，再生細(xì)骨料混凝土3d的抗壓強(qiáng)度下降迅速。粉煤灰摻量為20%、40%和60%時(shí)，再生細(xì)骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度為21.1MPa、13.6MPa和8MPa，分別比未摻粉煤灰的再生細(xì)骨料混凝土減小了7.86%、40.61%和65.06%；可見，摻粉煤灰會(huì)明顯降低再生細(xì)骨料混凝土的早期強(qiáng)度。根據(jù)7d強(qiáng)度曲線可以看出，粉煤灰對(duì)其抗壓數(shù)據(jù)降低的影響在降低，粉煤灰摻量為20%、40%和60%的再生細(xì)骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度分別比未摻粉煤灰的再生細(xì)骨料混凝土減少了4.43%、30.63%和49.08%，與3d強(qiáng)度相比下降趨勢(shì)明顯好轉(zhuǎn)。而隨著粉煤灰摻量的增加，再生細(xì)骨料混凝土28d的抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)先增加后減小的情況。粉煤灰摻量為20%時(shí)，再生細(xì)骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度最大，比粉煤灰摻量為0時(shí)增加了7.78%，為37.4MPa，粉煤灰摻量為40%和60%的再生細(xì)骨料混凝土抗壓強(qiáng)度分別為32.2 MPa，22.9MPa比未摻粉煤灰時(shí)分別減小了7.20%和34.01%。由此可知，適當(dāng)?shù)姆勖夯覔搅靠梢杂行岣咴偕?xì)骨料混凝土28d齡期的抗壓強(qiáng)度。此外，從圖中還可以看出，同一粉煤灰摻量的再生細(xì)骨料混凝土強(qiáng)度隨著齡期的增長(zhǎng)而增大。

4.2 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

出現(xiàn)圖1這樣現(xiàn)象的原因可能是粉煤灰水硬活性低于水泥，水化較慢，所以隨著粉煤灰取代率的增加，早期再生細(xì)骨料混凝土中的水化產(chǎn)物數(shù)量因體系中水泥的數(shù)量相應(yīng)減少而減少，導(dǎo)致再生細(xì)骨料混凝土強(qiáng)度表現(xiàn)隨著粉煤灰取代量的增加，3d、7d的再生細(xì)骨料混凝土抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)一定的下降趨勢(shì)，尤其取代率大于40%的再生細(xì)骨料混凝土抗壓強(qiáng)度下降較快。隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，水泥的活性被進(jìn)一步的得到釋放，原先存在于粉煤灰顆粒表面薄膜與之間的水解層被火山灰反應(yīng)產(chǎn)物充滿，粉煤灰顆粒和水泥水化產(chǎn)物之間逐步形成牢固聯(lián)系，從而導(dǎo)致再生細(xì)骨料混凝土抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)[4]。

當(dāng)粉煤灰的摻量過大時(shí)，再生細(xì)骨料混凝土的后期強(qiáng)度也出現(xiàn)隨粉煤灰摻量的增加而逐漸減小現(xiàn)象。這可能是因?yàn)椋海?）粉煤灰本身水化強(qiáng)度較水泥低，當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)到和超過一定值時(shí)，對(duì)膠凝材料造成不利影響，從而使強(qiáng)度降低；（2）在短時(shí)間之內(nèi)，粉煤灰反應(yīng)較為緩慢，還未充分發(fā)生水化反應(yīng)，最終導(dǎo)致粉煤灰再生細(xì)骨料混凝土強(qiáng)度較低；（3）摻入大量的粉煤灰，使得摻合料摻量過大，水泥濃度大大降低，由于粉煤灰粉狀顆粒含量太高，致使細(xì)集料中的粗顆粒偏少，顆粒級(jí)配變得不合理，減弱了再生細(xì)骨料混凝土的孔隙級(jí)配，影響了再生細(xì)骨料混凝土孔隙率的發(fā)展。

5 雙摻粉煤灰和石灰粉對(duì)再生細(xì)骨料混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

5.1 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

依照試驗(yàn)預(yù)定方案，以粉煤灰與水泥的質(zhì)量比2：8作為基準(zhǔn)配比，石灰粉等質(zhì)量取代粉煤灰摻入，取代比率分別為0%、10%、20%和30%，養(yǎng)護(hù)3d、7d和28d齡期的再生細(xì)骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)值見表2。

由表2所示實(shí)測(cè)結(jié)果可以繪出石灰粉等量取代粉煤灰率與再生細(xì)骨料混凝土抗壓強(qiáng)度的關(guān)系曲線，如圖2所示。

從圖2可以看出，石灰粉等量取代部分粉煤灰對(duì)再生細(xì)骨料混凝土抗壓強(qiáng)度有一定的影響。粉煤灰和石灰粉雙摻的再生細(xì)骨料混凝土3d的抗壓強(qiáng)度與單摻粉煤灰混凝土的抗壓強(qiáng)度相比均有提高，其中石灰粉摻量為4%時(shí)強(qiáng)度最大，峰值為23.7MPa，比單摻粉煤灰情況提高了7.24%。根據(jù)7d與28d強(qiáng)度曲線可以看出，隨著石灰粉取代率的增大，再生細(xì)骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度均出現(xiàn)了先增長(zhǎng)后減小的趨勢(shì)。其中7d強(qiáng)度峰值出現(xiàn)在摻量為4%的情況為26.4MPa，比單摻粉煤灰再生細(xì)骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度多了0.5MPa。最小值出現(xiàn)在摻量為6%的時(shí)候，數(shù)值為24.1MPa，與單摻粉煤灰相比強(qiáng)度下降了6.9%。而從28d強(qiáng)度曲線來看，石灰粉摻量為2%、4%、6%的再生細(xì)骨料混凝土的強(qiáng)度分別為37.7MPa、37.6Mpa以及28.8MPa，與單摻粉煤灰的再生細(xì)骨料混凝土強(qiáng)度37.4MPa相比，分別增加了0.3MPa、0.2MPa和減少了8.6MPa?？梢?，適量添加石灰粉能提高粉煤灰再生細(xì)骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度，而這種作用在早期更為顯著。

5.2 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

將適量的石灰粉摻入到粉煤灰再生細(xì)骨料混凝土中其抗壓強(qiáng)度有所提高，出現(xiàn)這種現(xiàn)象主要由于以下原因。

⑴石灰粉的摻入不僅可改善混凝土的級(jí)配及和易性，并且細(xì)小石灰粉能填充骨料之間的連接縫隙以及再生細(xì)骨料的自身裂縫，提高膠凝材料的填充性，使得混凝土的抗壓強(qiáng)度有所增大。

（2）將石灰粉摻加到粉煤灰混凝土當(dāng)中，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)更加適于粉煤灰反應(yīng)的堿性環(huán)境，在這個(gè)環(huán)境當(dāng)中粉煤灰的活性會(huì)得到進(jìn)一步的釋放，并且伴隨著不斷的攪拌，石灰粉在遇到水時(shí)反應(yīng)會(huì)釋放出大量的熱量，從而進(jìn)一步的加快了粉煤灰的火山效應(yīng)。

在石灰粉摻量由增加到6%時(shí)與再生細(xì)骨料混凝土28d時(shí)的強(qiáng)度相比出現(xiàn)降低，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因可能是隨著石灰粉摻量的增加，再生細(xì)骨料混凝土內(nèi)部逐漸積累了大量的，在水泥石和集料界面生長(zhǎng)成過量大晶體，導(dǎo)致再生細(xì)骨料混凝土孔隙率出現(xiàn)較為顯著的增大，且受力時(shí)還成為容易相互錯(cuò)位的滑面，從而造成了混凝土強(qiáng)度的下降。

6 結(jié)語(yǔ)

單摻粉煤灰降低了再生細(xì)骨料混凝土的早期強(qiáng)度，但后期抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度較大。隨著粉煤灰取代水泥量的增加，再生細(xì)骨料混凝土早期的抗壓強(qiáng)度逐漸減小，28d 的抗壓強(qiáng)度則隨著粉煤灰摻量的增加出現(xiàn)先增加后減小的現(xiàn)象。粉煤灰摻量為20%時(shí)，再生細(xì)骨料混凝土的28d抗壓強(qiáng)度最大，其強(qiáng)度與未摻粉煤灰的28d再生細(xì)骨料混凝土相比，提高了7.78%；雙摻粉煤灰和石灰粉的再生細(xì)骨料混凝土早期強(qiáng)度提高較快，但后期增長(zhǎng)較為緩慢，粉煤灰和石灰粉的摻入量分別為16%、4%時(shí)，再生細(xì)骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度提高最大，影響效果最佳。

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