受硫酸盐侵蚀粗骨料再利用试验研究

陈俊锋 范僖达

(兰州大学土木工程与力学学院,甘肃 兰州 730000)

1 概述

2 试验方法及实验材料

2.1 试验材料

本试验材料采用的水泥是P.O42.5R普通硅酸盐水泥，比表面积为370 m2/kg；细骨料为水洗砂，各项指标各项技术性质均符合JGJ 52—2006普通混凝土用砂质量标准[5]的要求。颗粒级配良好，细度模数为3.5。粗骨料使用天然卵石以及再生粗骨料。粗骨料的基本性能见表1；外加剂选用减水剂和早强剂。拌合水为自来水。减水剂：萘系减水剂；早强剂:洪福牌早强剂。硫酸盐环境采用硫酸钠粉末以一定比例配置15%硫酸钠溶液。

表1 粗骨料基本性能

2.2 试件制备

将在硫酸钠溶液和清水中浸泡后的普通混凝土经人工捣碎，提取其粗骨料清洗并进行筛分，制成再生混凝土。再生混凝土的设计配合比见表2，在保证拌合物具有良好和易性以及坍落度满足要求的前提下，将混凝土拌合物装入100 mm×100 mm×100 mm的立方体试模中，在(20±2)℃相对湿度为95%以上的标准养护室进行养护，养护28 d。

表2 再生混凝土配合比设计

2.3 试验方法

本试验混凝土设计强度为C30，将天然骨料制成的混凝土取6块记为A组，养护28 d后测其立方体抗压强度。其余试块置于浓度为15%的硫酸钠溶液中，浸泡的溶液液面要高于混凝土10 mm，分别记为B，C，D。混凝土配合比设计见表2。定期观察液面变化情况。溶液每隔30 d更换一次，总共浸泡3次，时长90 d。将浸泡完成的混凝土经人工捣碎，提取其粗骨料并对粗骨料进行筛分，筛分范围5 mm～27 mm。利用再生粗骨料以及天然骨料分别以表2的配合比进行制作，经人工搅拌，保证拌合物具有良好的和易性与良好的坍落度，制成100 mm×100 mm×100 mm的试块。对于D组的再生混凝土试块，分别测其3 d,7 d,14 d,28 d的立方体抗压强度，并设一组B类型的再生混凝土与之对照。其余组别放在20 ℃、湿度大于95%的养护室进行养护至28 d。统一拆模并进行立方体抗压强度试验。

3 试验数据与分析

3.1 表面破坏形态

在进行立方体抗压强度试验时，加压应连续均匀地加荷。加载初期，再生混凝土试块表面未见裂纹；继续加载，再生混凝土试块侧表面开始出现竖向裂纹并逐渐明显，随之斜向裂纹不断发展延伸；随着荷载的不断增大，试块表面开始鼓胀、剥落，裂纹逐渐增多且逐渐向内部发展，最终混凝土试块被破坏。可以看出，再生混凝土与普通混凝土的破坏形态相差不大。再生混凝土块与普通混凝土块破坏形态如图1，图2所示，两者破坏的位置都是发生在混凝土块体内部粗骨料与水泥浆体粘结处，并无粗骨料直接被破坏的情形。由此可见，再生混凝土的强度很大程度上取决于粗骨料与水泥浆体之间的相互作用产生的粘合强度。

3.2 实验测试结果与讨论

首先给出了所测得再生混凝土加入早强剂之后(D组)与不加外加剂的再生混凝土(B组)各试样3 d,7 d,14 d,28 d的立方体抗压强度。各组试验数据见表3。

表3 早强剂对再生混凝土强度的影响

由表3中从B与D两种试样类型的不同时期的抗压强度的变化来看，两者都随着混凝土龄期的增长，其抗压强度都在增大，在28 d时分别达到了40.1 MPa,41.2 MPa。对比B与D试样类型再生混凝土同时期的抗压强度，与不加外加剂情况相比，早强剂对再生混凝土早期强度提高明显，在3 d时强度提高了14%，7 d时提高了24%。对再生混凝土后期强度的提升效果并不明显。

表4给出了正常混凝土(A组)、再生混凝土(B组)以及加入减水剂的再生混凝土(C组)各试样的破坏荷载和抗压强度。

表4 正常混凝土与再生混凝土的抗压强度

由表4，从A与B两种试样类型的立方体抗压强度来看，再生混凝土的抗压强度平均值为38.8 MPa,而正常混凝土的抗压强度平均值为41.16 MPa。两者相差了5%左右，由于再生对混凝土的粗骨料吸水率较大且在提取过程中其内部结构有轻微损害，使得再生混凝土的强度略低于正常混凝土的强度。

由A,B,C三种试样类型的立方体抗压强度来看，在加入减水剂之后的再生混凝土强度得到了明显的提高，不仅高于再生混凝土的强度而且也高于正常混凝土，加入减水剂的再生混凝土强度比前两者分别高出19%,14%左右。

本试验硫酸盐侵蚀过程采用的全浸泡法的腐蚀试验，再生混凝土受硫酸盐侵蚀的速度相对较慢，侵蚀的时间也比较长。由文献[6]中，腐蚀龄期为150 d左右时，硫酸盐的腐蚀效果才逐渐明显，随着龄期的继续增长，混凝立方体抗压强度开始下降。而在腐蚀前期混凝土试块处于强化阶段，混凝土的抗压强度随着龄期不断增大。而本试验腐蚀龄期只有90 d，再生混凝土的强度与普通混凝土强度差别不大，在加入减水剂的再生混凝土强度比正常混凝土强度高出14%左右，比不加外加剂的再生混凝土强度高出20%。故还需要研究时间效应对硫酸盐侵蚀粗骨料制成再生混凝土强度的影响。

4 结论

本文采用了控制变量、做对照试验的方法，研究了再生混凝土受硫酸盐侵蚀的粗骨料，在加入不同外加剂以及粗骨料取代率不同时，再生混凝土的立方体抗压强度。发现：1)受硫酸盐侵蚀粗骨料制成的再生混凝土的抗压强度能达到正常混凝土强度的95%左右。2)再生混凝土在加入减水剂后，其强度有明显的提高。就强度方面而言，其满足了混凝土强度的要求。减水剂能使再生混凝土强度提高20%左右。3)早强剂对再生混凝土强度早期提升显著，后期增强效果不明显。4)再生混凝土与正常混凝土的强度随龄期增长基本相同。然而由于在硫酸盐腐蚀过程中，浸泡时间过短，导致硫酸盐腐蚀对再生混凝土的强度影响不明显。因此，再生混凝土粗骨料受硫酸盐腐蚀作用时，对其立方体抗压强度的影响还有待进一步试验研究。