粉煤灰掺量对建筑废料再生混凝土性能的影响研究
时间：2023-01-23 12:30:09 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
甘 文
(南宁市交通运输综合执法支队，广西 南宁 530012)
随着建筑工程的大规模发展，消耗了大量混凝土，导致天然骨料产量极为紧张，同时，旧建筑拆除过程中也产生了大量建筑废料，极大浪费了土地资源[1-2]。因此，若能将建筑废料经加工处理后替代天然骨料，不仅能解决建筑废料堆放问题，还能有效解决天然骨料资源紧张问题[3-4]。
目前，国内外学者对建筑废料制备再生混凝土领域展开了大量研究，如张婷婷等[5]研究了不同聚丙烯纤维掺量对高温后再生混凝土力学性能的影响，分别建立了试件高温后的质量损失率、残余抗压强度相对值和残余抗折强度相对值与受试温度的关系曲线。孙道胜等[6]探讨了不同工艺制备的再生骨料引起的缺陷差异及其对再生混凝土干燥收缩和力学性能的影响机理，发现反击式破碎+整形制备的再生骨料界面性能最好。
胡志等[7]研究了再生粗骨料的掺量、最大粒径、不同级配形式、间断级配再生粗骨料的掺量等因素对混凝土性能的影响。李恒等[8]考虑再生混凝土强度等级、再生骨料取代率、矿物掺合料种类及取代率等因素，设计了23组试验配合比，研究了再生混凝土立方体抗压强度和劈裂抗拉强度的变化规律。目前，关于普通再生混凝土性能的研究已相对完善，而关于增强再生混凝土性能的研究还有待进一步完善。基于此，本文通过研究不同粉煤灰掺量对建筑废料再生混凝土工作性能、力学性能及抗冻性能的影响规律，证明粉煤灰的掺入可有效增强再生混凝土的整体性能，有助于提升建筑废料在再生混凝土中的利用率。
(1)水泥：采用P·O42.5R硅酸盐水泥，其基本物理力学特性如表1所示。
表1 水泥基本物理力学特性表
(2)骨料：天然粗骨料选用粒径为5～16 mm的卵石，再生粗骨料选用由建筑废弃混凝土破碎、加工、筛分后得到的碎石，粒径为5～20 mm，按照《混凝土用再生粗骨料》(GB/T25177-2010)规范要求测试再生骨料基本特性，结果见表2。细骨料选用普通河沙，其细度模数为2.7。
表2 粗骨料基本特性表
(3)粉煤灰：选用Ⅱ级粉煤灰，其基本物理力学特性如表3所示。
表3 粉煤灰基本物理力学特性表
(4)减水剂和拌和水：减水剂采用聚羧酸高效减水剂，减水率为27.2%。拌和水采用市政用水。
2.1 试验方法
按照《公路水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG E50-2005)规范要求，分别对15组再生混凝土试件的工作性能和力学性能进行测试，其中工作性能通过坍落度试验来评价，力学性能通过抗压强度试验和劈裂抗拉强度试验来评价。按照《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》(GB/T50082-2009)规范要求，分别对15组再生混凝土试件进行冻融循环试验，通过质量损失率和相对动弹性模量变化情况来评价再生混凝土的抗冻耐久性能。
2.2 配合比设计
为研究粉煤灰掺量对建筑垃圾再生混凝土性能的影响，设计再生骨料掺量为0%、30%及70%的3组再生混凝土试件，分别调整粉煤灰掺量为0%、10%、20%、30%和40%，共计15组试件，并针对15组再生混凝土试件的工作性能、力学性能及抗冻耐久性能变化规律进行对比分析，其中再生骨料掺量为30%的5组混凝土基准配合比如表4所示。
表4 再生混凝土配合比设计表
3.1 工作性能
为研究粉煤灰掺量对再生混凝土工作性能的影响，分别针对粉煤灰掺量为0、10%、20%、30%、40%的3组不同再生骨料掺量混凝土试件坍落度进行对比分析，结果如图1所示。
图1 不同掺量的再生混凝土坍落度变化曲线图
根据图1可知，随着再生骨料掺量的增加，不同粉煤灰掺量的再生混凝土坍落度均不断减小，原因是再生骨料的内部孔隙结构和吸水率均要大于天然骨料，因此再生骨料掺量越多，再生混凝土的坍落度越小。随着粉煤灰掺量的增加，不同再生骨料掺量的再生混凝土坍落度均呈不断增大趋势变化，且增长趋势较为显著，原因是粉煤灰的比表面积较大，降低了水泥浆体和骨料接触面的摩擦力，从而有效提升了混凝土的和易性，由此说明粉煤灰的掺入对于低掺量和高掺量建筑废料再生混凝土的工作性能均有明显改善效果。
3.2 力学性能
为研究粉煤灰掺量对再生混凝土力学性能的影响，分别针对粉煤灰掺量为0、10%、20%、30%、40%的3组不同再生骨料掺量混凝土试件抗压强度和劈裂抗拉强度进行对比分析，结果如图2、图3所示。
图2 不同掺量的再生混凝土抗压强度变化曲线图
根据图2可知，随着粉煤灰掺量的增加，不同再生骨料掺量的再生混凝土抗压强度均呈先增后减趋势，说明粉煤灰的掺入会对再生混凝土抗压强度产生一定的影响。当粉煤灰掺量<20%时，不同再生骨料掺量的再生混凝土抗压强度均出现小幅提升，原因是少量粉煤灰的掺入有效激发了水泥活性，充分填充了混凝土结构孔隙，从而增强了再生混凝土的抗压能力。但当粉煤灰掺量>20%后，不同再生骨料掺量的再生混凝土抗压强度均显著降低，原因是过量的粉煤灰无法完全填充混凝土结构孔隙，导致其抗压能力下降，因此适量掺入粉煤灰有助于提升再生混凝土抗压强度。
图3 不同掺量的再生混凝土劈裂抗拉强度变化曲线图
根据图3可知，随着粉煤灰掺量的增加，不同再生骨料掺量的再生混凝土劈裂抗拉强度均呈先增后减趋势，说明粉煤灰的掺入会对再生混凝土劈裂抗拉强度产生一定影响。当粉煤灰掺量<20%时，不同再生骨料掺量的再生混凝土抗压强度均出现小幅提升，说明适量掺入粉煤灰可提升再生混凝土的劈裂抗拉强度。但当粉煤灰掺量>20%后，不同再生骨料掺量的再生混凝土劈裂抗拉强度均显著降低，说明过量掺入粉煤灰会降低再生混凝土的劈裂抗拉强度。综合不同粉煤灰掺量对再生混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度的影响规律来看，粉煤灰掺量选择20%对于改善建筑废料再生混凝土的力学性能效果较为显著。
3.3 抗冻耐久性能
依次对粉煤灰掺量为0、10%、20%、30%、40%的3组不同再生骨料掺量混凝土试件进行300次冻融循环试验，并针对再生混凝土的质量损失率和相对动弹性模量变化规律进行对比分析，结果如图4、图5所示。
图4 不同掺量的再生混凝土质量损失率变化曲线图
根据图4可知，随着粉煤灰掺量的增加，不同再生骨料掺量的再生混凝土质量损失率均呈不断减小趋势，说明粉煤灰的掺入可降低再生混凝土在冻融环境下的质量损失。其中粉煤灰掺量由0增至20%时，3组再生混凝土试件的质量损失率减小幅度较为显著，但粉煤灰掺量由20%增至40%时，3组再生混凝土试件的质量损失率减小幅度较为平缓，由此说明少量掺入粉煤灰可有效改善再生混凝土的质量损失率，但过量掺入粉煤灰对于再生混凝土的质量损失率改善效果不大，原因是适量粉煤灰的掺入可有效填充浆体孔隙，从而提升混凝土的整体密实度。
根据图5可知，随着粉煤灰掺量的增加，不同再生骨料掺量的再生混凝土相对动弹性模量均呈不断增大趋势，说明粉煤灰的掺入可提升再生混凝土在冻融环境下的相对动弹性模量。其中粉煤灰掺量由0增至30%时，3组再生混凝土试件的相对动弹性模量增幅较为显著，但粉煤灰掺量由30%增至40%时，3组再生混凝土试件的相对动弹性模量增幅逐渐平缓，说明粉煤灰的掺入可有效改善再生混凝土的相对动弹性模量。综合不同粉煤灰掺量对再生混凝土质量损失率和相对动弹性模量的影响规律来看，粉煤灰掺量选择20%对于改善建筑废料再生混凝土的抗冻耐久性能效果较为显著。
图5 不同掺量的再生混凝土相对动弹性模量变化曲线图
(1)不同再生骨料掺量的再生混凝土坍落度均随着粉煤灰掺量的增加而不断增大，说明粉煤灰的掺入对于建筑废料再生混凝土的工作性能具有明显改善效果。
(2)粉煤灰掺量<20%时，不同再生骨料掺量的再生混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度不断增大，但粉煤灰掺量>20%后，不同再生骨料掺量的再生混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度均显著降低。综合来看，粉煤灰掺量选择20%对于改善建筑废料再生混凝土的力学性能效果较为显著。
(3)粉煤灰掺量选择20%对于不同再生骨料掺量的再生混凝土质量损失率改善效果较优，粉煤灰掺量为30%的不同再生骨料掺量的再生混凝土相对动弹性模量为较优值。综合来看煤灰掺量选择20%更有助于增强再生混凝土的抗冻耐久性能。
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