高 嵩,宮堯堯,班順莉

(1.青島理工大學土木工程學院,山東 青島 266033;2.青島理工大學藍色經(jīng)濟區(qū)工程建設與安全協(xié)同創(chuàng)新中心,山東 青島 266033)

再生骨料是由建筑廢料混凝土經(jīng)過破碎、分揀、篩分等處理,滿足一定強度要求的骨料顆粒,根據(jù)不同的粒徑可以分為再生粗骨料和再生細骨料。由于再生粗骨料表面附著老砂漿,同時經(jīng)過破碎后會產(chǎn)生微裂縫等缺陷影響再生粗骨料的強度,因此再生粗骨料需要進一步改性處理才能達到規(guī)定的強度要求。納米材料因其優(yōu)異的高活性性能,逐漸應用于混凝土材料中,目前廣泛應用于混凝土中的納米材料主要有納米二氧化硅,納米碳酸鈣,納米氧化鋁,納米三氧化二鐵等[1]。肖建莊等[2]使用納米SiO2對再生粗骨料預浸泡處理,發(fā)現(xiàn)再生粗骨料經(jīng)改性后,表觀密度和壓碎指標基本不變,吸水率降低了1.28%。李振東等[3]在混凝土中摻入不同質(zhì)量的納米SiO2,發(fā)現(xiàn)納米SiO2能夠改善混凝土抗折、抗壓強度,提高混凝土早齡期的水化速度;B.B.Mukharjee等[4]研究納米SiO2對再生粗骨料混凝土界面過渡區(qū)和力學性能的影響,摻入3%的納米二氧化硅能夠增強再生混凝土的強度,納米SiO2填充了界面過渡區(qū)和C-S-H結(jié)構(gòu)中的空隙并降低Ca(OH)2的含量。由于再生粗骨料表面附著的老砂漿,與普通混凝土相比,再生混凝土含有更為復雜的界面過渡區(qū),并且界面區(qū)處富集著大量Ca(OH)2,其疏松多孔的性質(zhì)為侵蝕介質(zhì)的傳輸提供便利的條件[5],納米SiO2能夠和混凝土內(nèi)部的Ca(OH)2形成C-S-H凝膠,起到填充孔隙和微裂縫的作用[6]。為此,筆者通過納米SiO2浸泡過的再生粗骨料制備再生混凝土,研究硫酸鹽侵蝕對改性后的再生混凝土性能的影響。

1 試 驗

1.1 試驗原料及配合比

再生粗骨料:分別制備強度等級為C30、C60的原始混凝土標準養(yǎng)護28 d后,通過顎式破碎機破碎、篩分獲得,標記為RCA30和RCA60,其粒徑在4.75～26.5 mm,符合《混凝土用再生粗骨料》(GB/T 25177—2010)的要求,顆粒級配如圖1所示。

圖1 再生粗骨料顆粒級配Fig.1 Gradation of recycled coarse aggregate particles

原始混凝土采用的水泥為山水集團P·O 42.5級普通硅酸鹽水泥,粗骨料采用粒徑為5～25 mm連續(xù)級配的花崗巖碎石,細骨料采用細度模數(shù)為2.5的青島平度產(chǎn)的河砂,減水劑采用減水率為25%的聚羧酸高效減水劑,水采用自來水。原始混凝土配合比及28 d立方體抗壓強度如表1所示。

表1 原始混凝土配合比Table 1 Original concrete mix ratio

水泥:采用的是阿爾博牌52.5級白色硅酸鹽水泥;細骨料:采用細度模數(shù)為2.5的青島平度產(chǎn)的河砂;減水劑:采用減水率為25%的聚羧酸高效減水劑;水:自來水。再生混凝土的配合比如表2所示。由于再生粗骨料表面的附著漿體為灰色,制備再生混凝土用到的是白水泥,因此可以清晰的辨別出界面區(qū)的邊界(見圖2)。

表2 再生混凝土配合比Table 2 Recycled concretemix ratio

圖2 多重界面區(qū)示意圖Fig.2 Schematic diagram of interface area

1.2 試驗方法

1.2.1 再生粗骨料修復方式

試驗采用寧波博華斯納米科技有限公司生產(chǎn)的納米二氧化硅膠體溶液,溶液中二氧化硅質(zhì)量分數(shù)為30%,平均粒徑為10 nm,呈堿性。采用自然浸泡的方式[7]將再生粗骨料浸泡在質(zhì)量分數(shù)為3%的納米SiO2溶液中72 h,將其在自然狀態(tài)下曬干,獲取納米SiO2浸泡改性處理的再生粗骨料,標記為Si-RCA30和Si-RCA60。

1.2.2 再生混凝土離子浸泡機制

簡單破碎和納米SiO2浸泡處理的再生粗骨料根據(jù)表2的配合比制備100 mm×100 mm×100 mm再生混凝土立方體試塊,標準養(yǎng)護28 d后烘干至恒重,為保證侵蝕離子的一維傳輸,將再生混凝土試塊的五個面用石蠟密封[8],然后將試塊浸泡在質(zhì)量分數(shù)為5%的Na2SO4溶液中30 d。每隔15 d更換一次溶液,保證溶液的離子濃度不變[9-10]。

1.2.3 再生混凝土測試方法

由于試驗是對再生粗骨料進行修復,納米SiO2主要作用于老骨料-老砂漿界面,為此,試驗通過顯微硬度儀測試老骨料-老砂漿界面區(qū)的顯微硬度,并定量表征界面區(qū)的寬度,結(jié)合掃描電鏡對界面區(qū)進行微觀性能的分析。試樣制備如下,利用雙刀精密混凝土切割機將再生混凝土切取長寬高為100 mm×100 mm×10 mm的長方體試樣,利用金相拋光機將其研磨、拋光,用以顯微硬度的測試[12-13],老骨料-老砂漿界面及打點實圖如圖3所示。利用金相混凝土切割機切取10 mm×10 mm×10 mm混凝土試樣,保證待側(cè)面包含老骨料-老砂漿界面,除待觀測面外其余各面用石蠟密封,將試樣噴金、抽真空后用以SEM測試。

圖3 顯微硬度測試圖Fig.3 Microhardness test chart

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 改性再生粗骨料的必要性

圖4 侵蝕后老骨料-老砂漿界面區(qū)面掃面圖Fig.4 Surface scan of the old aggregate-old mortarinterface after erosion

2.2 改性再生粗骨料的基本物理性能指標

表3為再生粗骨料改性前后的基本物理性能指標。由表3可知,再生粗骨料經(jīng)納米SiO2浸泡后,壓碎指標、吸水率和空隙率有所降低,表觀密度增大。與改性前相比,Si-RCA30和Si-RCA60壓碎指標分別降低25.3%和23.8%,吸水率和空隙率則分別下降9.6%、10.0%和3.0%、5.4%,表觀密度分別增加1.7%和0.2%,可以看出,納米SiO2對壓碎指標影響效果顯著,且Si-RCA60表現(xiàn)出更優(yōu)異的骨料性能。

表3 改性再生粗骨料基本性能指標Table 3 Basic performance indexes of modified recycled coarse aggregate

2.3 再生混凝土宏觀性能分析

圖5 再生混凝土抗壓強度Fig.5 Recycled concrete compressive strength

圖6 各層質(zhì)量分數(shù) fraction in each layer

2.4 再生混凝土界面過渡區(qū)顯微硬度分析

圖7 侵蝕前后RCA老骨料-老砂漿界面區(qū)顯微硬度Fig.7 Microhardness of RCA old aggregate-old mortar interface before and after erosion

2.5 改性后再生混凝土界面過渡區(qū)微觀分析

圖8為利用Si-RCA30制備的再生混凝土浸泡30 d后老骨料-老砂漿界面的面掃描圖。

圖8 改性再生混凝土老骨料-老砂漿面掃描圖Fig.8 Scanning diagram of old aggregate-old mortar surface of modified recycled concrete

3 結(jié) 論

(1)未改性前,老骨料-老砂漿界面處有大量的S元素富集,說明界面過渡區(qū)是侵蝕介質(zhì)的主要通道,對再生粗骨料修復以改善再生混凝土的性能是必要的。

(3)對于低強度等級RCA30,納米SiO2溶液浸泡對老骨料-老砂漿界面有更為顯著的改性效果,改性后界面區(qū)的顯微硬度值增加17%～29.5%,寬度減小14.8%,這與RCA30改性前后制備的再生混凝土抗壓強度變化率大的試驗結(jié)果相符。