蒙脱土增强再生混凝土抗氯离子渗透性能试验研究

李志强 俞 勇 卜娜蕊 张轩硕 祝 帆 李堰江

(1.河北建筑工程学院土木工程学院，张家口 075000；2.河北省土木工程诊断、改造与抗灾重点实验室，张家口 075000)

0 引 言

再生混凝土(RAC)是建筑垃圾资源化处理的一个重要的方向，随着对RAC的研究和推广，国内学者发现RAC的各项性能指标均远远不如NC[1-5].叶腾[6]等人发现RA取代率的增加导致RAC的CL—扩散系数增大，抗CL—渗透能力变差.饶志明[7]等发现随着RA取代率和压碎指标的增大，RAC的CL—扩散系数逐渐增大，而随着RA含水率的增加，CL—扩散系数逐渐减小.金立兵[8]等人建立再生混凝土凸多边形粗骨料分析模型，研究发现随着RA体积分数的增加，RAC的CL—扩散系数和扩散深度显著增加.在RA体积相同的情况下，随着界面过渡区厚度和旧砂浆粘结率的增大，RAC的抗CL—渗透能力不断降低.上官玉明[9]等通过试验发现随着凝胶材料的增加，RAC的抗CL—渗透性能逐渐增强.沿海地区大量使用混凝土结构，CL—的渗透导致混凝土中钢筋的锈蚀，极大的影响混凝土结构的安全，而良好的抗CL—渗透性能可以延长混凝土结构的使用寿命.本文通过研究RA替代率和蒙脱土掺量对混凝土的抗渗透性能影响，为RAC在实际工程中应用提供参考依据.

1 试验原材料

水泥：采用P.O 42.5普通硅酸盐水泥.

蒙脱土：试验采用的蒙脱土由鼎磊矿业有限公司提供，其粒径主要分布在1～3μm之间，最大粒径不超过4μm，其中粒径在1.48～1.72μm的蒙脱土颗粒占比达到38.2%.水泥和蒙脱土的相关化学成分如表1所示.

粗骨料：RA是废弃混凝土试块经过破碎、筛分和清洗等步骤制备而成，RA和天然骨料的粒径均为5～20mm，级配良好，详细性能指标如表2所示.

细骨料：采用天然河砂，细度模数为2.75，中砂.

水：张家口市自来水.

表1 胶凝材料的化学成分组成(%)

表2 粗骨料性能指标

2 试验方案

2.1 配合比设计

为了探究蒙脱土对RAC的抗氯离子渗透性能的影响，试验采用RA替代天然粗骨料，其替代率分别为0%和30%；采用蒙脱土等量替代水泥，含量分别为0%、1%、2%、3%和4%，混凝土配合比见表3.

表3 再生混凝土配合比

2.2 试件制作及试验方法

图1 试件

试验采用JJ-1B恒速电动搅拌机分散蒙脱土，将转速调整为2000转，分散15分钟，制成含有蒙脱土的悬浮液.首先将水泥、砂和粗骨料混合均匀，加入含有蒙脱土的悬浮液后不断搅拌，然后加入余下的拌和用水并搅拌，最后加入附加水，不断搅拌直至均匀.将混凝土拌合物放入模具，振捣密实后静置24小时，脱模后送入标准养护室，养护至合适的龄期，试件如图1所示.试验采用电通量法测定RAC的抗CL—渗透性能，仪器如图2所示.

(a)多功能耐久性能综合测试仪

(b)耐热试验槽 (c)真空饱水机

3 试验结果及分析

根据规范[10],取出经过真空饱水处理的混凝土试件，将试件安装在试验槽上，使用多功能耐久性能综合测试仪对各组试件进行电通量试验，通电6小时并计算出电通量.电通量的大小能够反映出抗Cl-渗透性能的强弱，试验结果如表4所示，依据表4中的数据绘制出图3和图4.

表4 各组试件电通量

图3 电通量 图4 电通量与蒙脱土掺量关系曲线

如图3所示，当30%的天然骨料被RA替代时，RAC的电通量为3141C，较NC的电通量提升3.7%，抗CL—渗透性能下降不明显，而根据饶的研究[7]，全再生骨料混凝土的电通量较NC提升25.6%.与全再生骨料混凝土相比，RA替代率为30%的RAC的抗CL—渗透性能优良，可见RA替代率为30%的RAC具有良好工程应用前景.

如图4所示，RAC的电通量总体略高于NC，但RAC和NC的电通量相差不大.随着蒙脱土掺量的增加，R0和R30试验组的电通量先增大后减小，且均在蒙脱土掺量为2%时达到最小值.当RA取代率为0%时，M2R0的电通量为2574C，较M0R0下降15%，此时混凝土的抗CL—渗透性能最佳，而M4R0的电通量为3073C，较M0R0上升1.5%，此时M4R0的抗CL—渗透性能略低M0R0；当再生骨料替代率为30%时，M2R30的电通量为2641C，较M0R30下降15.9%，RAC的抗氯离子渗透性能改善明显，而M4R30的电通量为3264C，较M0R30增加3.9%，此时RAC的抗CL—渗透性能略低于M0R30.由此可见，蒙脱土能够改善NC和RAC的抗CL—渗透性能，最佳掺量均为2%.蒙脱土具有明显火山灰效应，其能够参与水泥水化，产生额外的水化硅酸钙(C-S-H)，填充NC和RAC中的孔隙，NC和RAC的密实度明显增加，混凝土的抗CL—渗透性能也明显增强.

4 结 论

通过电通量法对各组试件进行抗氯离子渗透试验，得出的结论如下：

(1)再生骨料替代率为30%时，RAC电通量较NC增加约3.7%，抗CL—渗透性能下降不明显，RAC的有良好的工程应用前景.

(2)RAC的电通量总体高于普通混凝土，其抗CL—渗透能力弱于NC.

(3)RAC和NC的抗CL—渗透性能均在蒙脱土掺量为2%时达到最佳，其电通量分别降低15%和15.9%，NC和RAC的抗CL—渗透性能明显增强.