摘要：論文在廣泛查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)再生混凝土抗凍性從研究方法和研究成果方面進(jìn)行了分析和總結(jié)，旨在尋找提高再生混凝土抗凍性能的技術(shù)措施，以期促進(jìn)再生混凝土在寒帶地區(qū)的應(yīng)用，并對(duì)今后的相關(guān)研究提出建議。
關(guān)鍵詞 : 再生混凝土;抗凍性;凍融循環(huán);
1、 引言
隨著政府提倡并日益普及的“垃圾分類(lèi)”新風(fēng)尚，將廢舊建筑垃圾回收重新作為骨料生產(chǎn)的再生混凝土既可變廢為寶又能降低成本，這種再生混凝土若能廣泛使用則會(huì)大幅提升經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[1]。與天然骨料相比，再生骨料存在孔隙率比較大、微裂紋相對(duì)多的特點(diǎn)，導(dǎo)致再生混凝土的耐久性[2]與強(qiáng)度都與同條件下的普通混凝土具有一定差距。我國(guó)北方地區(qū)的建筑物基本上都面臨著遭受凍害的問(wèn)題，抗凍性是混凝土耐久性中最重要的問(wèn)題之一。
2、 再生混凝土抗凍性能的試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法
目前，對(duì)于混凝土抗凍性能的檢測(cè)，國(guó)內(nèi)外的相關(guān)部門(mén)都制定了相關(guān)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，例如，美國(guó)的ASTM C666-86和ASTM C666-86，蘇聯(lián)的FOCTL006標(biāo)準(zhǔn)，歐洲地區(qū)則以RILEM TC4-CDCI-77為代表[3]。我國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)部門(mén)，如水利水電、建筑工程等行業(yè)制定的測(cè)量混凝土抗凍性的相關(guān)規(guī)范主要有快凍法和慢凍法這2種方法。國(guó)內(nèi)主要依據(jù)《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行混凝土的抗凍性試驗(yàn)。慢凍法是對(duì)混凝土立方體試件進(jìn)行氣凍水融試驗(yàn)，以試件經(jīng)受的最大凍融循環(huán)次數(shù)來(lái)表示混凝土的抗凍性能的好壞�？靸龇ㄊ菍⒒炷晾庵w試件進(jìn)行水凍水融的凍融循環(huán)試驗(yàn)，一次凍融循環(huán)應(yīng)在2～4h完成，在多次凍融循環(huán)后，當(dāng)混凝土試件的相對(duì)彈性模量下降為初始值的60%且質(zhì)量損失率小于5%時(shí)，用最大的快速凍融循環(huán)次數(shù)表示混凝土的抗凍性。由于混凝土在凍融循環(huán)的環(huán)境中產(chǎn)生的開(kāi)裂破壞是混凝土內(nèi)部受到拉力才產(chǎn)生的開(kāi)裂，所以混凝土在凍融環(huán)境中對(duì)抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度更加敏感，而在慢凍法中卻采用抗壓強(qiáng)度來(lái)評(píng)價(jià)混凝土的抗凍性，顯然是不合理的。而快凍法在測(cè)量混凝土試件抗凍性時(shí)，由于試件的降溫速度要比實(shí)際施工環(huán)境中快得多，得出的試驗(yàn)結(jié)果往往不能直接推廣到實(shí)際工況中。目前，學(xué)者的研究以快凍法為主，但是想得到能夠指導(dǎo)實(shí)際工況的試驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)該尋求更加適合評(píng)價(jià)混凝土抗凍性能的試驗(yàn)方法。
3 、再生混凝土抗凍性能的影響因素
3.1、 再生粗骨料取代率及品質(zhì)的影響
高翔使用快凍法分別對(duì)再生粗骨料取代率為0、12.5%、25%、37.5%、50%的再生粗骨料混凝土進(jìn)行了抗凍性能測(cè)試試驗(yàn)。
圖1 廢棄粗骨料不同取代率條件下再生混凝土質(zhì)量損失率隨凍融循環(huán)的變化曲線
不同再生粗骨料取代率的再生混凝土在經(jīng)過(guò)最大120次凍融循環(huán)后，圖1顯示隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，再生混凝土的質(zhì)量損失率越來(lái)越大，而由于再生粗骨料的空隙率較天然骨料要大得多，所以再生粗骨料的取代率越大，抗凍性能越差。由圖2可知，相對(duì)彈性模量隨再生骨料的增大也呈下降趨勢(shì)。在經(jīng)過(guò)120次最大凍融循環(huán)后，再生骨料取代率為12.5%的再生混凝土的相對(duì)彈性模量與天然骨料混凝土的相對(duì)彈性模量接近，可見(jiàn)在較低的再生骨料取代率下，再生混凝土的抗凍性能和天然骨料混凝土相差無(wú)幾。但粗骨料取代率為50%時(shí)，再生混凝土的抗凍性能明顯變差。
圖2 廢棄粗骨料不同取代率條件下再生混凝土相對(duì)彈性模量隨凍融循環(huán)的變化曲線
謝靜靜等使用快速凍融法對(duì)再生粗骨料取代率分別為0%、30%、40%、50%、60%、70%的再生粗骨料混凝土進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)，由于粗骨料中較多的微小空隙吸收了大量的游離水，所以在進(jìn)行凍融循環(huán)時(shí)會(huì)彌補(bǔ)混凝土質(zhì)量上的損失，但隨著凍融循環(huán)試驗(yàn)次數(shù)的增加，膨脹應(yīng)力不斷積累，導(dǎo)致混凝土表皮剝落，從而使質(zhì)量驟減，50次凍融試驗(yàn)后質(zhì)量損失率增大。
王欣等為研究再生骨料品質(zhì)對(duì)再生混凝土抗凍性的影響，先是將再生骨料按品質(zhì)好壞分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ這3個(gè)等級(jí)，再選取粒徑5.0～31.5mm的再生骨料制作成100mm×100mm×100mm的混凝土試件并測(cè)量了7d和28d的再生混凝土強(qiáng)度，得出再生骨料的添加使混凝土強(qiáng)度降低且骨料品質(zhì)越差強(qiáng)度越低。之后對(duì)再生混凝土試件進(jìn)行了凍融循環(huán)試驗(yàn)，結(jié)果表明，再生骨料質(zhì)量對(duì)再生混凝土抗凍性影響顯著，質(zhì)量等級(jí)越差抗凍性越差。此外，對(duì)于同種再生骨料，其粗骨料取代率越高，再生混凝土抗凍性越差。
綜上，再生混凝土拌合加工時(shí)，再生粗骨料的表面有許多水泥固體雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會(huì)與新的水泥漿形成大量的微裂縫和空隙，使再生混凝土產(chǎn)生缺陷。在進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，空隙中的水結(jié)冰膨脹，再生混凝土的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)會(huì)因縫隙的擴(kuò)大而破壞，從而使再生混凝土的抗凍性降低。所以選用合適取代率的高品質(zhì)再生骨料會(huì)對(duì)再生混凝土的抗凍性有很大提高作用。
3.2、 水灰比及外加劑的影響
覃銀輝研究發(fā)現(xiàn)，摻入適量的YJ-4型防凍劑能夠提高再生混凝土在凍融試驗(yàn)后的抗壓強(qiáng)度，如表1所示。當(dāng)防凍劑摻量為1%時(shí)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度最高，摻量再大，強(qiáng)度有所降低。但由于再生混凝土受凍后的強(qiáng)度受多方面因素影響，防凍劑摻量在1%以下時(shí)其摻量對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響有待進(jìn)一步研究。因此，考慮防凍劑摻量時(shí)需同時(shí)考慮其對(duì)再生混凝土強(qiáng)度的影響。
表1 再生混凝土抗凍融循環(huán)能力
陳德玉、譚克鋒也通過(guò)試驗(yàn)研究了水灰比和外加劑對(duì)再生混凝土抗凍性能的影響，當(dāng)w/c低于0.28時(shí)，再生混凝土的抗凍性達(dá)到高強(qiáng)再生混凝土的標(biāo)準(zhǔn)。而當(dāng)w/c為0.42～0.56時(shí)，需要加入外加劑來(lái)提高再生混凝土的強(qiáng)度。所以我們認(rèn)為當(dāng)w/c低于0.28時(shí)，再生混凝土的抗凍性能夠滿(mǎn)足基本的施工要求。
3.3 、纖維的影響
陳愛(ài)玖、王靜等采用正交分析的研究方法研究了摻入不同種纖維（聚丙烯纖維、鋼纖維）對(duì)再生混凝土抗凍性能的影響。在試驗(yàn)過(guò)程中采用快凍法進(jìn)行試驗(yàn)，并通過(guò)測(cè)量經(jīng)過(guò)最大150次凍融循環(huán)后試件的相對(duì)彈性模量和質(zhì)量損失率作為評(píng)定混凝土抗凍性的指標(biāo)。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析后，得到選用銑削波紋型鋼纖維時(shí)的再生混凝土的抗凍性要好于摻入聚丙烯纖維的再生混凝土。纖維能夠在混凝土中形成亂向結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增強(qiáng)混凝土內(nèi)部的約束力，抵消一部分膨脹應(yīng)力，減小再生混凝土在凍融循環(huán)中的變形，抑制裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展，從而提升再生混凝土的強(qiáng)度和抗凍性能。
4 、提高再生混凝土抗凍性能的措施
基于以上國(guó)內(nèi)外關(guān)于再生混凝土抗凍性能的研究成果，歸納出以下再生混凝土施工時(shí)提高其抗凍性能的措施：(1)優(yōu)選原材料，選取質(zhì)量和級(jí)配良好的再生骨料并合理控制再生骨料取代率。(2)控制水灰比。研究表明，當(dāng)w/c在0.28左右時(shí)，即使不添加任何外加劑，再生混凝土的抗凍性能也能滿(mǎn)足要求。(3)摻入引氣型外加劑。(4)摻入性能良好的礦物摻合料。大量試驗(yàn)研究表明，加入陶粒、粉煤灰、硅灰等礦物摻合料可使再生混凝土的抗凍性能有很大提高。(5)加強(qiáng)對(duì)再生混凝土的養(yǎng)護(hù)。再生混凝土的抗凍性會(huì)隨水泥水化的程度而變化，養(yǎng)護(hù)的時(shí)間越長(zhǎng)，水泥的水化程度越高，抗凍性能越好。
5、 結(jié)論及發(fā)展方向
抗凍性是再生混凝土耐久性能評(píng)價(jià)的一個(gè)重要內(nèi)容，是目前我國(guó)北方地區(qū)工程中急需解決的問(wèn)題。本文根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外對(duì)再生混凝土抗凍性的研究和相關(guān)資料，通過(guò)對(duì)比其試驗(yàn)方法和研究成果，總結(jié)得出如下結(jié)論和發(fā)展方向：(1)再生混凝土若想在寒區(qū)廣泛使用，必須提高其抗凍耐久性，需要仔細(xì)控制的因素主要有再生骨料的質(zhì)量和摻量、水灰比、外加劑和礦物摻合料等。(2)已有的研究多是通過(guò)將再生混凝土的抗凍性與普通混凝土的抗凍性進(jìn)行對(duì)比來(lái)評(píng)價(jià)。多數(shù)學(xué)者采用質(zhì)量損失率和相對(duì)彈性模量變化率來(lái)評(píng)價(jià)其抗凍性，但由于試驗(yàn)材料、方法和研究方式不同，得到的結(jié)果并不統(tǒng)一，有的結(jié)果間甚至差異很大，因此，需要將其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化、試驗(yàn)方法規(guī)范化。(3)對(duì)于凍融環(huán)境中再生混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的研究目前多數(shù)是對(duì)其進(jìn)行靜荷載加載研究，而動(dòng)荷載作用下的研究成果有待進(jìn)一步探討。
參考文獻(xiàn)
[1]楊靜,劉燕麗我國(guó)城市建筑垃圾資源化現(xiàn)狀及對(duì)策研究[J].中小企業(yè)管理與科技(中旬刊),2021(2):95-97.
[2]嚴(yán)天巍再生集料對(duì)水泥混凝土耐久性的影響及改善措施[D]重慶重慶交通大學(xué),2016.
[3]高翔骨料添加對(duì)再生混凝土抗凍性能的影響[J].粉煤灰綜合利用,2019(2):39-41+45.
