物理化学强化对再生混凝土抗碳化性能的影响

李秋义，韩　帅，2，孔　哲，张修勤，莫　建

( 1．青岛理工大学，山东青岛　266033; 2．济南轨道交通集团有限公司，山东济南　250101)



物理化学强化对再生混凝土抗碳化性能的影响

李秋义1，韩帅1，2，孔哲1，张修勤1，莫建1

( 1．青岛理工大学，山东青岛266033; 2．济南轨道交通集团有限公司，山东济南250101)

摘要:将废弃混凝土经简单破碎、一次颗粒整形和二次颗粒整形后分别制得Ⅱ类再生粗骨料、准Ⅰ类再生粗骨料和Ⅰ类再生粗骨料，并将三种再生粗骨料在浓度6%的有机硅烷防水剂中化学浸渍24 h，得到三种品质的物理化学强化再生粗骨料。研究三种品质的物理化学强化再生粗骨料分别以取代率0，50%，100%取代天然骨料后对再生混凝土抗碳化性能的影响。结果显示:化学强化二次颗粒整形再生粗骨料混凝土的抗碳化性能最好，化学强化一次颗粒整形再生粗骨料混凝土的抗碳化性能次之，化学强化简单破碎再生粗骨料混凝土的抗碳化性能最差，但三者均优于普通混凝土;三种再生混凝土的碳化深度均随着再生粗骨料取代率的增大而减小。

关键词:有机硅烷防水剂物理化学强化再生粗骨料混凝土碳化深度

碳化是造成混凝土结构耐久性劣化的重要因素之一。由于再生骨料品质较差，再生混凝土的抗碳化性能往往较差，并且由于再生粗骨料来源广泛，其材料成分存在差异，致使再生混凝土的碳化机理较为复杂。国内学者对再生混凝土的碳化进行了大量研究，取得了较为丰硕的成果［1-5］。

本文将废弃混凝土经简单破碎、一次颗粒整形和二次颗粒整形后分别制备出三类再生粗骨料，并将其在浓度6%的有机硅烷防水剂中化学浸渍24 h，测试三类品质物理化学强化再生粗骨料以不同取代率取代天然骨料后对再生混凝土抗碳化性能的影响。

1　试验

1. 1试验原材料

水泥为山水水泥厂P．O42. 5普通硅酸盐水泥，其物理力学性能指标和X射线荧光光谱分析结果见表1和表2;天然河砂，Ⅱ级砂，级配良好，符合《建筑用砂》( GB /T 14684—2011)要求;天然粗骨料( NA)为崂山产5～25 mm连续级配的花岗岩碎石，符合《建筑用软石碎石标准》( GB /T 14685—2011)要求;再生粗骨料为简单破碎再生粗骨料( SBA)，一次颗粒整形再生粗骨料( FA)，二次颗粒整形再生粗骨料( SA)，化学强化简单破碎再生粗骨料( SBA-SI)，化学强化一次颗粒整形再生粗骨料( FA-SI)，化学强化二次颗粒整形再生粗骨料( SA-SI)。颗粒级配及性能指标见表3和表4;减水剂为江苏博特高效聚羧酸减水剂，减水率为30% ;水为自来水，符合《混凝土用水标准》( JGJ 63—2006)要求。

表1水泥的物理力学性能指标

表2水泥X射线荧光光谱分析结果　%

1. 2试验方法

本试验根据《混凝土用再生粗骨料》( GB /T 25177—2010)和《普通混凝土配合比设计规程》( JGJ 55—2011)，确定混凝土原材料及配合比。参照《混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》( GB /T 50082—2009)，测试试件的碳化深度。

本试验砂率取40%，减水剂为胶凝材料用量的1. 2%，通过调整控制坍落度160～200 mm确定用水量。通过测试非稳态碳化深度，研究不同品质物理化学强化再生粗骨料在不同取代率下对再生粗骨料混凝土抗碳化性能的影响。试验配合比(以1 m3计)见表5。

表3再生粗骨料颗粒级配

表4再生粗骨料性能指标

表5再生混凝土试验配合比

2　试验结果与分析

2. 1不同品质物理化学强化再生粗骨料对再生混凝土抗碳化性能的影响

由图1～图2可知，再生粗骨料混凝土的抗碳化性能为: SA-SI再生粗骨料混凝土＞FA-SI再生粗骨料混凝土＞SBA-SI再生粗骨料混凝土，且均优于普通混凝土。

以图2为例，与SBA-SI再生粗骨料混凝土相比，当取代率为50%时，FA-SI再生粗骨料混凝土28 d碳化深度减小了6. 8%，SA-SI再生粗骨料混凝土28 d碳化深度减小了9. 9% ;当取代率为100%时，FA-SI再生粗骨料混凝土28 d碳化深度减小了8. 7%，SA-SI再生粗骨料混凝土28 d碳化深度减小了12. 4%。

混凝土的碳化是由于大气中的二氧化碳溶于混凝土孔隙内的水，并与氢氧化钙和硅酸钙发生反应，从而导致混凝土碱性降低的物理过程。研究表明:混凝土的碳化速度主要取决于二氧化碳的扩散速度和二氧化碳与混凝土成分的反应速度。当外部因素趋于稳定，二氧化碳的扩散速度主要取决于混凝土本身的组织密实性［6-8］。

图1水泥用量为350 kg/m3时不同品质再生混凝土碳化深度随龄期的变化曲线

图2水泥用量为500 kg/m3时不同品质再生混凝土碳化深度随龄期的变化曲线

再生粗骨料经过有机硅烷防水剂24 h化学浸渍，有机硅烷防水剂的反应活性基与再生粗骨料的羟基反应，形成末端带有硅烷基的硅烷链。这种硅烷链不但排斥水分子中的氢原子，使得再生粗骨料有着良好的憎水性，并且填补了混凝土内部孔隙，提高了混凝土的组织密实性。有机硅烷防水剂的反应活性基还可以相互作用形成网状交联的硅氧烷膜，网状硅氧烷膜很低的表面张力使得硅氧烷膜能均匀地分布在多孔的再生骨料的微孔孔壁上，其疏水性使水只能以球状液滴的形式存在，无法进入到基材内部。再生粗骨料经过有机硅烷防水剂24 h浸渍，显著提升再生混凝土抗渗性和组织密实性，这不但阻止了水的侵入，延缓了碳化的反应速率，而且减缓了二氧化碳的扩散速度［9-12］。因此，与物理强化再生混凝土相比，物理化学强化再生粗骨料混凝土的抗碳化性能有显著的提高。

由图1和图2还可知，与普通混凝土相比，物理化学强化再生粗骨料混凝土28 d碳化深度降低了57. 1%～74. 6%。

再生粗骨料经过简单破碎、一次颗粒整形和二次颗粒整形后，其品质分别可达到Ⅱ类骨料、准Ⅰ类骨料和Ⅰ类骨料的要求。简单破碎再生粗骨料自身的品质较差，虽然经过化学强化显著提高了简单破碎再生粗骨料的部分性能，但是与化学强化颗粒整形再生粗骨料混凝土相比，其抗碳化性能较低。

2. 2再生粗骨料取代率对再生混凝土抗碳化性能的

影响

由图3可见:随着再生粗骨料取代率的增大，SBA-SI，FA-SI和SA-SI再生粗骨料混凝土的碳化深度均呈减小趋势。以图3( c)为例，与普通混凝土相比，当取代率为50%时，SA-SI再生粗骨料混凝土的碳化深度减小了60. 7%～66. 9% ;当取代率为100%时，SA-SI再生粗骨料混凝土的碳化深度减小了61. 5%～69. 9%。

再生粗骨料经过有机硅烷防水剂24 h浸渍，形成末端带有硅烷基的硅烷链。这一方面填补了混凝土内部孔隙，减小了混凝土的孔隙率，提高了混凝土的组织密实性，减慢了二氧化碳的扩散速度;另一方面，由于疏水性的网状硅氧烷膜附着于再生骨料表面，阻止了水的侵入，缺少了碳化反应所需的液相环境，减缓了碳化的反应速度［13-15］。随着取代率的增大，再生粗骨料混凝土的内部更加密实，其阻水侵入的能力更强，使得碳化的反应速度和二氧化碳的扩散速度随之降低，致使SBA-SI，FA-SI和SA-SI再生粗骨料混凝土的碳化深度均呈减小趋势。

图3水泥用量为350 kg/m3时物理化学强化再生粗骨料取代率对再生混凝土抗碳化性能的影响

由表4可知，与物理强化再生粗骨料相比，经过有机硅烷防水剂浸渍后，再生粗骨料吸水率、含泥量、泥块含量显著降低。其中，吸水率为0. 8%～1. 5%，接近天然骨料吸水率( 0. 5%～2. 0% )。物理化学强化再生粗骨料含泥量≤0. 6%，接近GB /T 14685—2011 中I类骨料含泥量＜0. 5%的要求。再生粗骨料吸水率、含泥量、泥块含量的降低，将导致在控制相同坍落度条件下随着取代率的增大，SBA-SI、FA-SI和SA-SI再生粗骨料混凝土所需的用水量减少，相应地引起水胶比减小。

由图4可知，随着再生粗骨料取代率的增大，SBA-SI，FA-SI和SA-SI再生粗骨料混凝土的水胶比均呈减小趋势，且随着单位体积水泥用量的增大，SBASI，FA-SI和SA-SI再生粗骨料混凝土的水胶比逐渐减小。以图4( b)为例，当取代率为50%时，水胶比分别减小了17. 3%～26. 3% ;当取代率为100%时，水胶比分别减小了13. 6%～26. 3%。因此，随着再生粗骨料取代率的增大，水胶比逐渐减小，再生混凝土孔隙率减小，SBA-SI、FA-SI和SA-SI再生粗骨料混凝土的碳化深度呈减小趋势。

图4再生粗骨料取代率对再生混凝土水胶比的影响

3　结论

1)经有机硅烷防水剂浸渍，再生粗骨料的品质得到提升，提高了再生粗骨料混凝土的密实性，从而增强了再生粗骨料混凝土的抗碳化性能。

2) SA-SI再生粗骨料混凝土的抗碳化性能最好，FA-SI再生粗骨料混凝土的抗碳化性能次之，SBA-SI再生粗骨料混凝土的抗碳化性能最差，且三类再生混凝土的抗碳化性能均优于普通混凝土。

3) SBA-SI，FA-SI和SA-SI再生粗骨料混凝土的碳化深度随着再生粗骨料取代率的增大而减小。

参考文献

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(责任审编葛全红)

Influence of physical and chemical enhancement on anti-carbonation of recycled concrete

LI Qiuyi1，HAN Shuai1，2，KONG Zhe1，ZHANG Xiuqin1，MO Jian1

( 1．Qingdao University of Technology，Qingdao Shandong 266033，China; 2．Ji'nan Rail Transit Group Co．，Ltd．，Jinan Shandong 250101，China)

Abstract:T he waste concrete is simply crushed toⅡclass recycled coarse aggregate，firstly reshaped to I class-to-be recycled coarse aggregate in physical strengthening and twice reshaped to I class recycled coarse aggregate in physical strengthening．T hree kinds of recycled coarse aggregate are soaked in organic silicon waterproof agent of concentration 6% for 24 h chemical treatment，making three kinds of recycled coarse aggregate of physical and chemical enhancement．T he influence on carbonation was studied by the replacement of natural aggregated，and the substitution rate of recycled coarse aggregate of physical and chemical enhancement was 0，50% and 100%，respectively．T he results show that the chemical enhancement and twice reshaped recycled coarse aggregate concrete has the best carbonation of recycled coarse aggregate concrete，then the chemical enhancement and firstly reshaped recycled coarse aggregate concrete，and the worst is the chemical enhancement and simply crushed recycled coarse aggregate concrete．T he carbonation performance of the above three types of concrete is better than that of ordinary concrete．W ith the increase of the substitution rate，carbonation depth of three types of recycled coarse aggregate of physical and chemical enhancement reduces．

Key words:Organic silicon waterproof agent; Physical and chemical enhancement; Recycled coarse aggregate concrete; Carbonation depth

文章编号:1003-1995( 2016) 02-0157-05

作者简介:李秋义( 1964—)，男，教授，博士。

基金项目:国家自然科学基金项目( 51378270，51208272)

收稿日期:2015-09-10;修回日期: 2015-11-20

中图分类号:TU528

文献标识码:A

DOI:10．3969 /j．issn．1003-1995．2016．02．37