摘 要：通過(guò)制備系列配合比的普通再生骨料混凝土(recycled aggregate concrete，RAC)和高性能再生骨料混凝土(high performance recycled aggregateconcrete，HPRAC)，研究再生骨料取代量對(duì)混凝土性能和微結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：RAC 的力學(xué)性能和耐久性隨著再生骨料取代量的增加而有所降低，但HPRAC 仍具有良好的力學(xué)性能，并且抗?jié)B性較高，具有抵抗300 次凍融循環(huán)的耐久性。HPRAC 水泥石基體較為密實(shí)，界面過(guò)渡區(qū)被致密的水化產(chǎn)物填充，孔隙變小，氫氧化鈣和鈣礬石含量均較少。
關(guān)鍵詞：高性能再生骨料混凝土；力學(xué)性能；耐久性；微結(jié)構(gòu)
中圖分類(lèi)號(hào)：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0454–5648(2007)04–0456–05
再生骨料混凝土(recycled aggregate concrete,RAC)是利用舊建筑物上拆下來(lái)的廢棄混凝土塊，經(jīng)過(guò)清洗、破碎、篩分和按一定比例相互配合后，作為部分或全部骨料重新拌制的混凝土。RAC 是對(duì)廢舊混凝土的再加工，使其恢復(fù)(或部分恢復(fù))原有的性能，成為新的建材產(chǎn)品[1]。
高性能混凝土(high performance concrete，HPC)是一種新型的高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高混凝土組分性能的基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)在混凝土技術(shù)，在嚴(yán)格的質(zhì)量管理下制成的。除了水泥、水、骨料以外，必須摻入足夠數(shù)量的細(xì)摻合料與高效減水劑。HPC 具有良好的耐久性、工作性，適宜的力學(xué)性能以及較好的經(jīng)濟(jì)合理性，是混凝土未來(lái)的發(fā)展重點(diǎn)[2]。
用再生骨料(recycled aggregate, RA)配制的HPC 形成高性能再生骨料混凝土(high performancerecycled aggregate concrete, HPRAC)，同樣具有普通HPC 的優(yōu)良力學(xué)性能和耐久性，同時(shí)與我國(guó)的環(huán)境保護(hù)、生態(tài)保護(hù)政策和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略緊密地結(jié)合起來(lái)，走人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展之路，是混凝土發(fā)展的方向[3]。
通過(guò)配制系列配合比的普通RAC 和HPRAC，研究RA 取代量對(duì)混凝土強(qiáng)度、彈性模量、極限拉伸值和耐久性等性能的影響，分析RAC 的水泥石基體和界面過(guò)渡區(qū)的微結(jié)構(gòu)，建立RAC 的性能與微結(jié)構(gòu)的關(guān)系。
1 試 驗(yàn)
1.1 原材料
試驗(yàn)采用的42.5 普通硅酸鹽水泥(cement, C)、硅粉(silica fume, SF)和粉煤灰(fly ash, FA) 主要化學(xué)成分如表1 所示。FA 45 μm 篩的篩余為10.4%、需水量為99%，為Ⅱ級(jí)灰。RA 與天然骨料(natureaggregate, NA)相比，具有孔隙率高、吸水性大、強(qiáng)度低等特征，如表2 所示。細(xì)骨料為河砂，外加劑為高效減水劑FDN。為了提高混凝土的抗凍耐久性，還需加入一定量的引氣劑[4]，試驗(yàn)中為FS 引氣劑。
表1 水泥、硅粉和粉煤灰的化學(xué)成分
1.2 HPRAC 的配合比
為了研究HPRAC 的特性，試驗(yàn)對(duì)比配制了兩個(gè)系列的配合比，分別為普通RAC 和HPRAC。HPRAC 配合比的設(shè)計(jì)參數(shù)是根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果得出的，水膠比為0.25，SF 和FA 摻量均為15%。具體配合比見(jiàn)表3。
1.3 HPRAC 的性能
由表3 配合比成型試件的性能測(cè)試如表4 所示。耐久性指標(biāo)如表5 所示。
2 分析與討論
2.1 試驗(yàn)結(jié)果分析
從表4 可以看出：RAC 的抗壓強(qiáng)度隨著RA 取代量的增加而降低，但降低幅度隨齡期的延長(zhǎng)而有所減小，HPRAC 也有此規(guī)律，其28 d 抗壓強(qiáng)度最低也超過(guò)70 MPa，達(dá)到高強(qiáng)要求。RA 取代量對(duì)抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的影響與抗壓強(qiáng)度基本一致。隨著RA 取代量的增加，混凝土的彈性模量有所降低，而極限拉伸值有所提高。
從表5 可以看出：隨著RA 取代量的增加，滲透系數(shù)逐漸增大，滲透性劣化，而HPRAC 的滲透系數(shù)比普通RAC 低1 個(gè)數(shù)量級(jí)，這說(shuō)明其抗?jié)B性大大提高了。抗凍性試驗(yàn)表明：RA 取代量越高，混凝土的抗凍性越差，普通RAC100 次凍融循環(huán)全部破壞，而HPRAC 能抵抗300 次凍融循環(huán)而不破壞，這說(shuō)明RAC 也可具有優(yōu)異的抗凍耐久性。
2.2 RAC 水泥石基體的微結(jié)構(gòu)
對(duì)比28 d 普通RAC 和HPRAC 水泥石基體的微結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1、圖2)可知：普通RAC 結(jié)構(gòu)疏松，空隙較大較多，孔結(jié)構(gòu)級(jí)配很差，而且有大量的氫氧化鈣和鈣礬石結(jié)晶，顯然這將對(duì)混凝土的力學(xué)性能和耐久性構(gòu)成不利影響；HPRAC 水泥石基體盡管也有空隙，但孔徑基本上都很小。從圖2 可以看出：FA 球形顆粒表面已經(jīng)被侵蝕，其周?chē)乃磻?yīng)產(chǎn)物致密，因而極大地提高了混凝土的性能。
2.3 RAC 界面過(guò)渡區(qū)的微觀分析
在骨料、水泥石和界面過(guò)渡區(qū)3 相中，普通混凝土與RAC 最大的差異是界面過(guò)渡區(qū)，界面過(guò)渡區(qū)在很大程度上決定著兩者的性能差異[5]。
由圖3 與圖4 可知：RA 取代量為0 時(shí)，28 d普通混凝土的界面過(guò)渡區(qū)有大量的氫氧化鈣定向結(jié)晶，且尺寸較大；28 d HPC 的界面過(guò)渡區(qū)非常密實(shí)，沒(méi)有氫氧化鈣和鈣礬石晶體(圖3 和圖4 中出現(xiàn)的裂縫可能是由于取樣時(shí)敲擊造成的)。顯然，相對(duì)于普通混凝土，HPC 的界面過(guò)渡區(qū)有了極大的改善，從而也提高了其強(qiáng)度和耐久性能。
當(dāng)RA 完全取代NA 時(shí)，28 d 普通RAC 和HPRAC 的界面過(guò)渡區(qū)(見(jiàn)圖5、圖6)差異更為明顯。普通RAC 界面過(guò)渡區(qū)有大量氫氧化鈣的定向結(jié)晶和鈣礬石晶體，空隙較大，結(jié)構(gòu)疏松；而HPRAC盡管也有少量的氫氧化鈣晶體，絕大部分空間還是被致密的水化產(chǎn)物填充。由于水化產(chǎn)物非常密實(shí)，從形貌上很難將它們區(qū)分開(kāi)來(lái)，但能清晰地看出有些FA 已經(jīng)開(kāi)始二次水化了。
2.4 RAC 性能與微結(jié)構(gòu)的關(guān)系
與普通混凝土相比，RAC 中最大的差別在于界
面過(guò)渡區(qū)。
由圖3～圖6 可以發(fā)現(xiàn)：普通混凝土的界面過(guò)渡區(qū)結(jié)構(gòu)相對(duì)更密實(shí)，孔縫相對(duì)較小且少，氫氧化鈣和鈣礬石結(jié)晶也較少。雖然普通混凝土的界面過(guò)渡區(qū)結(jié)構(gòu)優(yōu)于RAC，但試驗(yàn)配制的HPRAC 界面過(guò)渡區(qū)仍具有致密的結(jié)構(gòu)。
RAC 的微結(jié)構(gòu)與性能之間是緊密相關(guān)的。如果混凝土中的孔縫較多，氫氧化鈣和鈣礬石結(jié)晶較大，則該混凝土的性能也較差，試驗(yàn)中RAC–1～RAC–4試件的微結(jié)構(gòu)分析證實(shí)了這一點(diǎn)，經(jīng)100 次凍融循環(huán)，試件即破壞(見(jiàn)表5)。也正是由于微結(jié)構(gòu)(包括界面過(guò)渡區(qū)微結(jié)構(gòu))的改善，HPRAC(HPRAC–1～HPRAC–4)試件不但具有較高的力學(xué)性能，而且其耐久性也非常優(yōu)異。
3 結(jié) 論
(1) RAC 的抗壓強(qiáng)度隨著RA 取代量的增加而降低，但降低幅度隨齡期的延長(zhǎng)而有所減小，抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度有著與抗壓強(qiáng)度基本一致的規(guī)律。隨著RA 取代量的增加，混凝土的彈性模量有所降低，而極限拉伸值有所提高。
(2) 隨著RA 取代量的增加，混凝土的抗?jié)B性和抗凍耐久性均有所降低，但HPRAC 的滲透系數(shù)比普通RAC 低1 個(gè)數(shù)量級(jí)，并能抵抗300 次凍融循環(huán)而不破壞。
(3) HPRAC 水泥石基體較為密實(shí)，空隙很小，在界面過(guò)渡區(qū)盡管也有少量的氫氧化鈣晶體，但絕大部分空間還是被致密的水化產(chǎn)物占據(jù)，孔縫相對(duì)較小且較少，氫氧化鈣和鈣礬石結(jié)晶也較少。因而試驗(yàn)配制的HPRAC 具有良好的力學(xué)性能和耐久性。
參考文獻(xiàn)：
[1] LIN Y–H, TYAN Y–Y, CHANG T–P, et al. An assessment of optimalmixture for concrete made with recycled concrete aggregates [J]. CemConcr Res, 2004, 34(8): 1 373–1 380.
[2] AÏTCIN P C. The durability characteristics of high performance concrete:a review [J]. Cem Concr Compos, 2003, 25(6): 409–420.
[3] LEVY S M, HELENE P. Durability of recycled aggregates concrete: asafe way to sustainable development [J]. Cem Concr Res, 2004, 34(11):1 975–1 980.
[4] GOKCE A, NAGATAKI S, SAEKI T, et al. Freezing and thawingresistance of air-entrained concrete incorporating recycled coarse aggregate:the role of air content in demolished concrete [J]. Cem ConcrRes, 2004, 34(5): 799–806.
[5] POON C S, SHUI Z H, LAM L. Effect of microstructure of ITZ oncompressive strength of concrete prepared with recycled aggregates [J].Constr Build Mater, 2004, 18(3): 461–468.
