劉 燦 劉春暉

(廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程學(xué)院1) 廣州 510650) (廣州大學(xué)土木工程學(xué)院2) 廣州 510006)

0 引 言

隨著時(shí)間的推移，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性損傷的積累與發(fā)展將導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)耐久性下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)降低結(jié)構(gòu)的安全性，甚至破壞[1]．區(qū)別于普通混凝土，再生混凝土由于再生粗、細(xì)骨料的加入，使其微觀結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜，而且來源不同的再生原材料，性能差異巨大，導(dǎo)致其耐久性能更為復(fù)雜．

肖建莊等[2]認(rèn)為當(dāng)再生骨料本身彈性模量較低、干縮變形較大，會(huì)增大再生混凝土干燥收縮變形，與普通混凝土相比較，再生混凝土的收縮變形增加0～100%．王建剛等[3]對(duì)5種再生混凝土進(jìn)行碳化、干濕與凍融耦合作用下的耐久性試驗(yàn),測(cè)試其動(dòng)彈性模量、氯離子遷移系數(shù)、碳化深度及微觀孔隙特征參數(shù),并引入孔隙迂曲度指標(biāo)進(jìn)行分析．彭勇軍[4]針對(duì)不同因素對(duì)再生混凝土性能的影響問題，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)測(cè)試不同水膠比、再生粗細(xì)骨料摻和比例、粉煤灰摻和比例的再生混凝土的工作性能和力學(xué)性能.前期研究主要集中在再生混凝土或再生瀝青混合料的基本物理力學(xué)性能及其在建筑工程、路基工程中的應(yīng)用[5-6]，鮮有在路面工程中的應(yīng)用研究．目前，在水泥混凝土路面修復(fù)過程中產(chǎn)生的大量廢舊混凝土，如能有效擴(kuò)充其應(yīng)用范圍，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義．

文中以在廣州—清遠(yuǎn)高速公路修復(fù)過程中產(chǎn)生的廢棄混凝土路面板為原材料，進(jìn)行二次破碎加工，基于彎拉強(qiáng)度，并考慮再生粗骨料替代率分別為0、20%、40%、60%、80%、100%的各種情況，進(jìn)行了4.0，4.5，5.0和5.5 MPa四種強(qiáng)度等級(jí)的再生混凝土配合比設(shè)計(jì)，制備試塊，參照相關(guān)試驗(yàn)要求，進(jìn)行了干燥收縮性能、抗?jié)B性能及抗碳化等耐久性能試驗(yàn)研究．

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究參照文獻(xiàn)[7-8]進(jìn)行耐久性試驗(yàn)和干燥收縮試驗(yàn)．基于路面彎拉強(qiáng)度分別為4.0，4.5，5.0和5.5MPa進(jìn)行配比設(shè)計(jì)，并考慮再生粗集料取代率分別為0%，20%，40%，60%，80%，100%的各種情況[9-10]．共配制24組不同配合比共72塊尺寸為150 mm×150 mm×515 mm棱柱體試塊用于干燥收縮試驗(yàn)，24組共144塊尺寸為175 mm×185 mm×150 mm的抗?jié)B試驗(yàn)試塊，15組共45塊尺寸為100 mm×100 mm×100 mm抗碳化試塊．

將再生混凝土試塊放在自然條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，在試塊上下兩端的中心用環(huán)氧樹脂膠將銅軸粘貼，待凝結(jié)牢固后，用混凝土收縮儀測(cè)定其當(dāng)天以及3，7，28，60和90 d在沒有受到荷載作用時(shí)的尺寸，計(jì)算出棱柱體試塊長(zhǎng)度的減小相對(duì)值，以此反映再生骨料混凝土的收縮現(xiàn)象．抗?jié)B性則選擇透水性試驗(yàn)進(jìn)行，試驗(yàn)水壓從0.2 MPa開始，每隔8 h增加水壓0.1 MPa，并隨時(shí)觀察試件端面情況，一直加至6個(gè)試件中有3個(gè)試件表面滲水，記錄下此時(shí)的水壓力，即可停止試驗(yàn)．混凝土碳化深度則選用1%～2%的酚酞酒精溶液進(jìn)行．

2 再生混凝土的耐久性能試驗(yàn)結(jié)果

再生混凝土的干縮變形試驗(yàn)、抗?jié)B試驗(yàn)及抗碳化性能試驗(yàn)結(jié)果分別見表1～3.限于篇幅，各組中僅列其中有代表性2～3個(gè)，下同．

表1 再生混凝土干縮變形試驗(yàn)值

2.1 再生混凝土干燥收縮試驗(yàn)結(jié)果分析

基于以上試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行了不同再生粗骨料摻量時(shí)，再生混凝土齡期與收縮值關(guān)系以及不同再生混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度時(shí)，再生混凝土齡期與收縮值關(guān)系研究．限于篇幅，僅示意再生混凝土設(shè)

表3 再生混凝土28d碳化深度及抗壓強(qiáng)度

計(jì)彎拉強(qiáng)度分別為4.0 MPa時(shí)，不同再生粗骨料摻量時(shí)的收縮-齡期關(guān)系曲線，見圖1．圖2為再生粗骨料摻量為40%時(shí)，不同設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度的收縮-齡期關(guān)系曲線．

圖1 再生混凝土收縮與齡期關(guān)系圖(fc=4.0 MPa)

圖2 再生混凝土收縮值與齡期關(guān)系(再生粗骨料摻量40%)

由圖1可知：再生混凝土的干縮變形大于同等級(jí)強(qiáng)度普通混凝土．其基本趨勢(shì)為：隨著再生粗骨料摻量的增加，再生混凝土的干縮變形增大；而控制再生粗骨料摻量在40%以下時(shí)，干縮變形增量在25%以內(nèi)．根據(jù)規(guī)范，可以滿足水泥混凝土路面施工要求；其收縮率隨著再生混凝土試驗(yàn)齡期的增加而不斷增大．

由圖2可知：當(dāng)再生粗骨料摻量為40%時(shí)，四種設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度的再生混凝土各齡期收縮值差別不大；而當(dāng)再生粗骨料摻量為100%時(shí)，四種設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度的再生混凝土各齡期收縮值隨再生混凝土強(qiáng)度增大而增大．

2.2 再生混凝土抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果分析

由表2可知：

表2 再生混凝土抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果

1) 再生混凝土與普通混凝土抗?jié)B規(guī)律相同，其抗?jié)B性能隨著水灰比的增大而減?。?/p>

2) 在各水灰比下，再生混凝土的抗?jié)B標(biāo)號(hào)都要比相應(yīng)的基體混凝土低1～2號(hào)．與天然混凝土相比，控制再生粗骨料摻量在40%以下時(shí)，再生混凝土的抗?jié)B性能略差或基本相同；再生粗骨料摻量60%及以上時(shí)，再生混凝土抗?jié)B等級(jí)降低較多，降幅在2～6號(hào)．

3) 隨著再生混凝土中再生粗骨料摻量的增大，其抗?jié)B性能呈降低趨勢(shì)．

但在實(shí)際工程中，一般要求混凝土的抗?jié)B等級(jí)不低于S6．再生混凝土在運(yùn)用于環(huán)境類別為III、IV、V類等抗?jié)B要求較高的工程、水工工程、地下結(jié)構(gòu)或地下水位較高的基礎(chǔ)工程時(shí)需謹(jǐn)慎考慮，有必要在“前試驗(yàn)后論證”的基礎(chǔ)上進(jìn)行施工．在一般路面工程中可以滿足相關(guān)要求．

2.3 再生混凝土抗碳化性能試驗(yàn)結(jié)果分析

不同水灰比對(duì)碳化深度的影響見圖3．

圖3 水灰比對(duì)碳化深度的影響

由圖3可知：隨著水灰比的增大，再生混凝土的碳化深度增大，且在W/C大于0.5以后，碳化深度的增速顯著加快．水灰比越大，混凝土的密實(shí)度越差，CO2擴(kuò)散速度越快，碳化深度也就越大．

水灰比不變，改變水泥用量，研究水泥用量對(duì)28 d碳化深度的影響，結(jié)果見圖4．

圖4 水泥用量對(duì)碳化深度的影響

由圖4可知：隨著水泥用量的變化，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度與碳化深度變化規(guī)律不同．當(dāng)水泥用量較小時(shí)(小于400 kg/m3)，隨水泥用量的增加，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度增大，碳化深度減??；水泥用量大于400 kg/m3時(shí)，隨水泥用量的增大，再生混凝土抗壓強(qiáng)度減小，碳化深度增大．當(dāng)水灰比不變時(shí)，混凝土密實(shí)度隨水泥用量增加而變得越來越好，而且內(nèi)部的二氧化碳擴(kuò)散速度則減慢，碳化深度隨之減?。?/p>

再生粗骨料摻量對(duì)碳化深度的影響見圖5．

圖5 再生混凝土摻量對(duì)碳化深度的影響

由圖5可知：隨著再生混凝土中再生粗骨料的摻量的增加，其碳化深度呈增大趨勢(shì)．當(dāng)再生粗骨料的摻量在20%～40%時(shí)，其增幅為15%．

比較C系列各組與A3的碳化深度可知，再生混凝土中摻加礦物摻和料反而使碳化深度增加．再生混凝土內(nèi)部孔隙因礦物摻和料的摻入而減小，新水泥漿體與再生集料之間的界面得到改善；但與此同時(shí)再生混凝土的碳化速率會(huì)因其內(nèi)部堿含量降低而加?。驹囼?yàn)結(jié)果表明，當(dāng)控制再生混凝土中礦物摻和料10%(取代水泥質(zhì)量)時(shí)，其對(duì)再生混凝土內(nèi)部密實(shí)的改善作用小于再生混凝土中堿含量減少的負(fù)面效應(yīng)，會(huì)降低再生混凝土的抗碳化能力．

3 結(jié) 論

1) 隨著再生粗骨料摻量的增加，再生混凝土的干縮變形增大；而控制再生粗骨料摻量在40%以下時(shí)，其增幅在25%以內(nèi)，可以滿足水泥混凝土路面施工要求；收縮率隨著再生混凝土試驗(yàn)齡期的增加而不斷增大．

2) 當(dāng)再生粗骨料摻量為40%時(shí)，各設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度的再生混凝土不同齡期收縮變形值差別不大；而粗骨料摻量為100%的全再生混凝土，其收縮變形值隨著其強(qiáng)度的增大而呈增大趨勢(shì)．

與普通混凝土相同，再生混凝土的抗?jié)B性能隨著水灰比的增大而減小．在各水灰比下，再生混凝土的抗?jié)B標(biāo)號(hào)比相應(yīng)的基體混凝土低1～2號(hào)．在一般路面工程中可以滿足相關(guān)要求．

隨著水灰比的增大，再生混凝土的碳化深度增大，W/C大于0.5以后，碳化深度的增速顯著加快；水泥用量小于400 kg/m3，隨用量的增加，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度增大，碳化深度減?。凰嘤昧看笥?00kg/m3時(shí)，隨用量的增大，再生混凝土抗壓強(qiáng)度減小，碳化深度增大；當(dāng)控制再生混凝土中礦物摻和料10%(取代水泥質(zhì)量)時(shí)，其對(duì)再生混凝土內(nèi)部密實(shí)的改善作用小于再生混凝土中堿含量減少的負(fù)面效應(yīng)，會(huì)降低再生混凝土的抗碳化能力．