[摘要] 旨在研究摻有防凍劑的再生混凝土的抗凍性能,即負溫養(yǎng)護對摻有YJ - 4 型防凍劑的再生混凝土質(zhì)量的影響,質(zhì)量用抗壓強度表示. 同時研究了摻有YJ - 4 型防凍劑的再生混凝土在標準條件養(yǎng)護下的強度,以及抗凍融循環(huán)能力,并與未摻任何外加劑的再生混凝土進行了比較.
關(guān)鍵詞:防凍劑;再生混凝土;抗凍性能;凍融循環(huán)
對混凝土廢棄骨料的研究可以追溯到第二次世界大戰(zhàn)末期[1 ] ,但一直以來研究者們都是對廢棄骨料的性質(zhì)特征較感興趣,也就是說,大多數(shù)的研究主要是集中在研究再生混凝土的力學性能上,對再生混凝土的耐久性能的研究卻少之又少. 而在結(jié)構(gòu)破壞的案例中,諸多破壞是因為混凝土的耐久性能達不到要求而引起的,所以,在對再生混凝土做系統(tǒng)研究的過程中,研究它的耐久性是勢在必行的. 防凍劑在北方地區(qū)的混凝土施工中應(yīng)用甚廣,其有效物質(zhì)摻量有時達水泥重的8 %～10 % ,遠遠超過其他外加劑,也超過了國際上關(guān)于外加劑摻量5 %的限值,因此摻防凍劑混凝土的耐久性能受到工程界的關(guān)注[2 ] . 對再生混凝土來說,當投入生產(chǎn)使用后,在冬季施工的惡劣環(huán)境中,用防凍劑來改善它的耐久性能也是非常有意義的. 抗凍性能是耐久性能的重要組成部分,要使結(jié)構(gòu)的耐久性滿足要求,首先抗凍性能就必須滿足要求. 本文旨在通過實驗,研究摻防凍劑的再生混凝土的抗凍性能,并與未摻防凍劑的再生混凝土的抗凍性能做比較.
1 實驗原材料及方案
1. 1 原材料
水泥:湖南湘鄉(xiāng)水泥廠生產(chǎn)的32. 5R 普通硅酸鹽水泥;細骨料:天然砂;粗骨料:全部采用再生骨料,
為湘潭大學舊道路路面混凝土,拆除的舊房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)件及檢測中心的強度等級不一致的廢棄混凝土經(jīng)破碎后的廢氣骨料. 骨料分為5～10 mm、10～20 mm、20～30 mm、30～40 mm 四個粒徑備用. 防凍劑: YJ - 4混凝土高效防凍劑,為北京紐維訊建筑工程技術(shù)有限公司生產(chǎn),相比起其它防凍劑高達5 %的摻量來說,YJ - 4 型防凍劑不僅有摻量低的優(yōu)點,最重要的是其經(jīng)濟效益也是可觀的. 在普通混凝土中其最優(yōu)摻量僅為水泥重的1 %. YJ 4 型防凍劑的技術(shù)指標如表1 所示:
1. 2 試驗方案
本文旨在研究以下幾個方面:1) 再生混凝土的最優(yōu)及最劣防凍劑摻量;2) 摻防凍劑的再生混凝土在標準條件下養(yǎng)護28 d 的強度;3) 摻防凍劑的再生混凝土在負溫下養(yǎng)護的強度發(fā)展規(guī)律;4) 摻防凍劑的再生混凝土由負溫養(yǎng)護轉(zhuǎn)入正溫養(yǎng)護28 d 后的強度;5) 再生混凝土抗凍融循環(huán)的能力;6) 摻防凍劑的再生混凝土與未摻防凍劑的再生混凝土抗凍性能的比較.
2 實驗結(jié)果及分析
2. 1 實驗結(jié)果
2. 1. 1 再生混凝土的適宜防凍劑摻量
對普通混凝土來說,YJ 4 型防凍劑的摻量為水泥重的1 %時最佳, (在實際工程中應(yīng)用) 而對再生混凝土來說,其摻量卻是個未知數(shù). 而對大型的工程項目來說,合理的防凍劑摻量不僅是工程質(zhì)量的保證,也是經(jīng)濟效益的保證. 因此本文研究了設(shè)計強度等級為C30 ,這是摻有不同劑量防凍劑的再生混凝土在- 10 ℃下養(yǎng)護28 d 的強度情況,設(shè)計劑量同樣在1 %左右浮動,這是因為再生混凝土與普通混凝土具有相同的化學成分和宏觀結(jié)構(gòu),只是在微觀結(jié)構(gòu)上兩者存在這是差異. 實驗結(jié)果如表2 所示:
從表2 結(jié)果可以看出,防凍劑摻量影響再生混凝土的強度,當摻量為1 % ,再生混凝土的強度為最高,而當摻量為1. 2 %時,強度為最低. 強度并不是隨著防凍劑摻量的增加而升高的,單純的增加防凍劑的摻量也不能使再生混凝土的強度提高,降低防凍劑的摻量不一定會使強度降低. 在通常情況下,我們就認為1 %為再生混凝土最適宜防凍劑摻量.
2. 1. 2 摻防凍劑的再生混凝土在標準條件下養(yǎng)護28 d 的強度規(guī)律
未摻防凍劑的再生混凝土在標準條件下養(yǎng)護28 d 基本上可以達到設(shè)計強度. 而眾所周知,防凍劑是在低溫狀態(tài)下能夠提高混凝土抗凍能力,那么在正溫養(yǎng)護狀態(tài)下,防凍劑會不會使再生混凝土的強度降低? 本文將設(shè)計等級為C20、C30、C40 ,防凍劑摻量均為水泥重1 %的再生混凝土試塊在標準條件下養(yǎng)護28 d ,得到其強度結(jié)果如表3所示.
由表3 的結(jié)果可知,防凍劑不會使再生混凝土在標準條件下養(yǎng)護28 d 的強度降低,甚至其強度還
要高于設(shè)計強度,這是由于防凍劑的具有較強的減水能力,使得制成的再生混凝土試塊的實際水灰比低于其設(shè)計水灰比,因而其強度也高于設(shè)計強度.
2. 1. 3 摻防凍劑的再生混凝土在負溫下養(yǎng)護的強度發(fā)展規(guī)律
在大型的結(jié)構(gòu)工程中,模板的周轉(zhuǎn)率對工期就顯得極其重要. 規(guī)范規(guī)定,只能當混凝土的強度達到一定強度時方可以拆除模板. 在冬季施工中,因為負溫下強度發(fā)展非常緩慢,所以模板的周轉(zhuǎn)周期勢必會加長. 為了縮短工期,唯一有效的方法就是使混凝土具有較高的早期強度. 而在提高早期強度的方法中,摻加外加劑無疑是既經(jīng)濟又簡捷的. 所以在冬季施工中,就大量的運用了早強劑和防凍劑. 本文就研究了摻有防凍劑而一直在- 10 ℃養(yǎng)護的再生混凝土的強度發(fā)展情況,得到實驗結(jié)果如表4 所示∶
從表4 可以看出,摻防凍劑的再生混凝土在負溫下強度一直在增長,但增長速度并不十分快,也沒有明顯的轉(zhuǎn)折點. 這說明水泥水化仍然在進行,再生混凝土強度在負溫下仍持續(xù)增長. 在這里我們只是針對了一個設(shè)計強度等級的再生混凝土進行研究,作為其典型,對其它強度等級的研究也正在進行.
2. 1. 4 摻防凍劑的再生混凝土由負溫養(yǎng)護轉(zhuǎn)入正溫養(yǎng)護28 d 后的強度
未摻防凍劑的再生混凝土由負溫轉(zhuǎn)入正溫養(yǎng)護后,其質(zhì)量損失并不能彌補,即轉(zhuǎn)入正溫養(yǎng)護后其
強度也不能達到設(shè)計強度. 為了摸清摻有防凍劑的再生混凝土的此項規(guī)律,將設(shè)計強度等級為C30、摻有防凍劑(水泥重1 %) 的再生混凝土在- 10℃下分別養(yǎng)護3、7、12 、18 、21 、28 d 后取出,繼續(xù)在標準情況下養(yǎng)護28 d ,得到的強度如表5 所示:
由表5 可以看出,由負溫轉(zhuǎn)入正溫養(yǎng)護后再生混凝土的強度仍然高于設(shè)計強度,負溫養(yǎng)護對摻有防凍劑的再生混凝土并不能造成質(zhì)量損失. 由此可見,在我國北方地區(qū),防凍劑可以為冬季施工提供很大的幫助.
2. 1. 5 再生混凝土抗凍融循環(huán)的能力
混凝土的早期受凍有兩種不同的類型,一種是一次凍結(jié). 即原來為正溫的混凝土,冷卻至0 ℃以下后,即處于穩(wěn)定的負溫狀態(tài). 另一種是反復(fù)凍融,即隨著氣溫的變化,混凝土的溫度一晝夜內(nèi)在正負交替變化,前者多發(fā)生在寒冷地區(qū)的冬季,后者則發(fā)生在初冬或初春或冬季不太冷的地區(qū)[4 ] . 將設(shè)計等級為C20、C30、C40 的再生混凝土試塊在標準條件下養(yǎng)護28 d 后,使試塊吸水飽和進行凍融循環(huán),得到試驗結(jié)果如表6 所示:
從以上數(shù)據(jù)可以看出,經(jīng)過50 次凍融循環(huán)的再生混凝土,重量都沒有任何損失,而強度會有不同程度的變化. 未摻防凍劑的再生混凝土,遭受多次凍融循環(huán)后,會有一定程度的強度損失,摻有防凍劑的再生混凝土遭受多次凍融循環(huán)后強度基本上不發(fā)生變化. 但是設(shè)計強度等級為C20 的再生混凝土顯然是在寒冷地區(qū)是不適用的. 即用于抵抗凍融循環(huán)的再生混凝土最低強度設(shè)計等級應(yīng)為C30.
2. 1. 6 摻防凍劑的再生混凝土與未摻防凍劑的再生混凝土抗凍性能比較
對摻有防凍劑的再生混凝土來說,受凍之前不經(jīng)養(yǎng)護直接受凍也能使后期強度不受影響(參見表4) . 對未摻防凍劑的再生混凝土,我們用表7 來表示它在遭受到一次凍結(jié)后其強度發(fā)展規(guī)律:
從表7 可以看出,未摻防凍劑的再生混凝土如果在受凍之前沒有養(yǎng)護,它受凍后的強度損失會非常嚴重,即使受凍之前經(jīng)過了養(yǎng)護,其強度也會有不同程度的損失. 而表2表明摻防凍劑的再生混凝土即使受凍28 d后強度也會繼續(xù)增長,表5 又告訴我們由負溫轉(zhuǎn)入正溫養(yǎng)護后再生混凝土的強度不會遭受到任何損失.
2. 2 實驗結(jié)果分析
關(guān)于混凝土的破壞機理,30 年代,Taber 提出了結(jié)晶壓力假說,40 年代,T. C. Power 提出了靜水壓假說及滲透壓假說,迄今為止,關(guān)于混凝土凍融破壞機理—破壞壓力的起因也還是眾說紛壇. 不過,混凝土受凍破壞是由于混凝土體內(nèi)毛細孔中可結(jié)冰水結(jié)冰,引起體積膨脹,從而產(chǎn)生內(nèi)水壓力導(dǎo)致混凝土的內(nèi)部受力破壞的,這一點是大家所接受的. 再生混凝土的破壞機理也在于此.
在對YJ 4 型防凍劑的研究中,將水與防凍劑按比例混合后放入- 10 ℃下受凍,發(fā)現(xiàn)水已經(jīng)結(jié)冰,
由此可知,YJ 4 型防凍劑也并不是靠降低水的冰點來達到提高再生混凝土抗凍性能的目的的. 而是靠它的減水作用及引氣作用來達到目的. 由引氣劑引入的氣泡多為球形狀態(tài),在通常情況下,由于它的相對獨立性,不會被水所充滿,因此絕大部分體積為空氣所占據(jù),水則主要位于毛細孔內(nèi). 當混凝土毛細孔中能夠容納的可凍水含量達到某一極限值時,結(jié)冰引起的膨脹將使毛細孔空間全部為冰所充滿,含水量超過此極限值后,毛細孔則無法完全容納結(jié)冰后水的體積,因而產(chǎn)生了極大的內(nèi)壓力. 在這個壓力的作用下,孔中還沒有結(jié)冰的水分將通過水泥石中的微孔向外排出,此時,空氣泡便發(fā)揮了作用[5 ] . 空氣易于壓縮,氣泡自然成了接受水分的“蓄水池”,由于氣泡的“卸壓”作用,轉(zhuǎn)移了凍結(jié)時毛細孔內(nèi)無法容納的水分,減少了內(nèi)壓,使再生混凝土在同等含水量的情況下免遭破壞. 而YJ 4 型防凍劑又具有良好的減水效果,在“減水”及“卸壓”的雙重作用下,它提高了再生混凝土的抗凍性能.
3 結(jié) 論
通過對摻加防凍劑的再生混凝土進行抗凍性能的分析,可以發(fā)現(xiàn)YJ 4 型防凍劑對提高再生混凝土的抗凍性能起著很重要的作用. 在它的作用下,一直處于負溫狀態(tài)的再生混凝土的強度可以持續(xù)增長且質(zhì)量不會遭受任何損害,一旦轉(zhuǎn)入正溫養(yǎng)護,強度甚至可以超過設(shè)計強度;一直在標準條件下養(yǎng)護的再生混凝土也有較高的質(zhì)量,28 天強度也高于設(shè)計強度;同時,YJ 4 型也能提高再生混凝土的抗凍融循環(huán)能力. 所以,如果要將再生混凝土投入到冬季施工中去,摻加防凍劑無疑為最好的選擇.
參考文獻
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