偏高岭土改性再生骨料混凝土的试验研究_丁华柱.pdf
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1、Chongqing Architecture52第 22 卷 总第 232 期引文检索:丁华柱,申隐杰,都增延,等.偏高岭土改性再生骨料混凝土的试验研究 J.重庆建筑,2023(2):52-56.偏高岭土改性再生骨料混凝土的试验研究丁华柱1,2,申隐杰3,都增延4,杨小宝5,白垚6,陈浩2(1 成都建工第三建筑工程有限公司,四川成都 610023;2 重庆市綦江区朝野混凝土有限公司,重庆 401420;3 南宁市华腾混凝土有限公司,广西南宁 530044;4 重庆建工建材物流有限公司,重庆 401122;5 保定市兴丰建筑混凝土有限公司,河北保定 072550;6 中交第四公路工程局有限公司,
2、北京 100176)摘要:为了研究不同掺量的偏高岭土对再生粗骨料(RCA)混凝土的力学性能和耐久性能的影响,并确定偏高岭土的最佳掺量,试验用 50%和 100%再生粗骨料替代天然粗骨料(NCA),用 0、5%、10%、15%和 20%偏高岭土替代水泥制备混凝土,测试混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗碳化性能、抗氯离子渗透性能和抗硫酸盐侵蚀性能。研究结果表明,掺入 100%再生粗骨料后,混凝土的 28d 抗压强度、劈裂抗拉强度分别下降 21.3%、15.2%,90d 抗碳化性能、抗氯离子渗透性能和抗硫酸盐侵蚀性能分别下降 22.2%、16.5%和 17.8%;而在再生骨料混凝土中使用偏高岭土能显
3、著提高上述性能,当偏高岭土掺量为 15%时,分别提高 15.0%、14.4%、9.1%、28.8%、15.4%。此外,试验确定偏高岭土替代水泥的最佳掺量为 15%,可最大限度提高再生骨料混凝土的力学性能和耐久性。关键词:偏高岭土;再生粗骨料;再生混凝土;力学性能;耐久性能中图分类号:U214.1+8 文献标识码:A 文章编号:1671-9107(2023)02-0052-05收稿日期:2022-07-02作者简介:丁华柱(1982),男,广西浦北人,本科,高级工程师,一级注册建造师,公路水运工程试验检测师,主要从事施工项目管理、预拌混凝土技术质量管理工作。0 引言再生骨料(RCA)是指将建筑物
4、拆除、路面翻修、混凝土生产、工程施工或其它状况下产生的废混凝土块经过破碎、清洗和分级等一系列加工后,按照一定比例混合得到的骨料。再生骨料混凝土简称再生混凝土(RAC),是指将废弃混凝土块经过破碎、清洗与分级后,按一定比例混合得到再生骨料,部分或全部替代砂石等天然骨料配制而成的一种新型混凝土1。在混凝土工程中,利用再生骨料代替天然骨料(NCA),不仅可以减少天然骨料的开采,节约成本,还可减少固体废弃物的产生,保护环境。当利用废弃混凝土作为水泥原料时,不仅能够节约天然石材,还可以节约黏土和铁矿资源。废弃混凝土再利用符合我国可持续发展战略的基本要求和构建和谐社会的发展方向2,再生混凝土是一种可持续发
5、展的绿色混凝土。传统建筑垃圾制砂机存在可控性差、易造成骨料内伤等缺点,导致再生粗骨料改性存在缺陷,同时带来再生混凝土应用领域较窄等问题。针对目前再生粗骨料物理及化学强化方面的缺陷,通过改变再生粗骨料混凝土中胶凝材料体系及外加剂技术,提高再生粗骨料与砂浆界面过渡区强度,实现再生粗骨料高品质提升。在再生骨料的改性中,硅灰、粉煤灰及矿渣粉具有高火山灰活性,有利于提高再生骨料混凝土的性能。纳米二氧化硅、纳米石灰石等纳米颗粒的加入增强了再生骨料混凝土的微观结构和强度。与火山灰材料一样,偏高岭土具有巨大的经济和质量控制优势,已被许多研究者成功用于部分替代水泥,以提高再生骨料混凝土的性能3。偏高岭土(MK)
6、是由高岭土在 650 800的温度下煅烧而成的一种活性高的铝硅酸盐基矿物掺合料,其含有较多的细粒度非晶态二氧化硅颗粒,具有较高的火山灰活性。偏高岭土在混凝土中的有利作用是火山灰作用、加速水泥水化和填充作用。偏高岭土代替部分水泥掺入混凝土,可消耗水泥水化生成的 Ca(OH)2,通过形成额外的 C-S-H 凝胶来改善混凝土的性能。偏高岭土颗粒加速了水泥的水化过程,混凝土早期强度显著提高。此外,偏高岭土颗粒填充水泥颗粒之间的空间,细化孔隙,使混凝土变得更加密实,抵抗外界环境中的有害物质进入,使氯离子扩散、碳化深度、硫酸盐侵蚀下降4。Experimental Study on Metakaolin M
7、odified Recycled Coarse Aggregate ConcreteDing Huazhu,Shen Yinjie,Du Zengyan,Yang Xiaobao,Bai Yao,Chen HaoAbstract:In order to study the influence of metakaolin with different contents on the mechanical properties and durability of recycled coarse aggregate(RCA)concrete,and to determine the optimal
8、content of metakaolin,RCA of 50%and 100%are used to replace natural coarse aggregate(NCA),metakaolin of 0,5%,10%,15%and 20%to prepare concrete instead of cement,so as to test the compressive strength,splitting tensile strength,carbonation resistance,chloride ion penetration resistance and sulfate re
9、sistance of the concrete in the experiment.The results show that after adding 100%RCA,the 28d compressive strength and splitting tensile strength decrease by 21.3%,15.2%,respectively,and the 90d carbonation resistance,chloride ion penetration resistance,acid resistance and sulfate resistance of the
10、concrete decrease by 22.2%,16.5%and 17.8%,respectively.The application of metakaolin in RCA can significantly improve these properties,improved by 15.0%,14.4%,9.1%,28.8%,and 15.4%,respectively,when the metakaolin content is 15%.In addition,the optimal content of metakaolin to replace cement is deter
11、mined to be 15%,which could maximize the mechanical properties and durability of RAC.Keywords:metakaolin;recycled coarse aggregate;recycled concrete;mechanical properties;durabilitydoi:10.3969/j.issn.1671-9107.2023.02.5253材料与技术Material&Technology2023 NO.02 综上所述,本文旨在评价不同掺量的偏高岭土和再生骨料的混凝土的力学性能、抗硫酸盐侵蚀性能
12、、抗碳化性能和抗氯离子渗透性能。此外,确定偏高岭土在再生骨料混凝土中的强度和耐久性方面的最佳掺量,并对所选性能最佳的样品进行 X射线衍射(XRD)分析,促进其在工程施工中推广应用。1 实验分析1.1 原材料水泥:南特水泥 P.O 42.5R 水泥,3d 抗折强度为 6.9MPa,抗压强度为 30.5MPa;28d 抗折强度为 8.8MPa,抗压强度为51.7MPa;其它技术性能指标符合现行规范要求。细骨料:天然中砂,细度模数为 2.9,含泥量为 0.9,其它技术性能指标符合现行规范要求。再生骨料:市政拆迁再生骨料,压碎指标 19.6,吸水率5.2,其它技术性能指标符合现行规范要求。偏高岭土来自
13、开封奇明耐火材料有限公司,细度(比表面积)为 437m2/kg,密度为 2.43g/cm3。其化学组成如表 1 所示。表 1 偏高岭土的化学组成(wt%)SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3Other50.9741.352.110.250.242.265.081.2 试验方案本试验采用单因素方法,再生骨料取代天然粗骨料(NCA)的质量百分比分别是 0、50%、100%,偏高岭土取代水泥的比例分别是 0、5%、10%、15%、20%,制备的 11 种混凝土配合比如表 2 所示。表 2 混凝土配合比序号水泥偏高岭土天然粗骨料水减水剂再生骨料砂R-0-M-04040123816200672
14、R-50-M-040406191622.5619672R-50-M-5384206191622.5619672R-50-M-10364406191622.5619672R-50-M-15344606191622.5619672R-50-M-20324806191622.5619672R-100-M-0404001622.51238672R-100-M-53842001622.51238672R-100-M-103644001622.51238672R-100-M-153446001622.51238672R-100-M-203248001622.512386721.3 测试方法力学性能:按混凝
15、土物理力学性能试验方法标准(GB/T 500812019)、普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准(GB/T 500822009)测定试件抗压、劈裂抗拉强度及抗冻性能。抗硫酸盐侵蚀性能:试件在标准养护条件下养护 28d 后浸泡在 5%浓度的硫酸盐溶液中。测试 28d 和 90d 后的重量损失和抗压强度损失。抗碳化性能试验:在试验龄期,将混凝土打碎,喷以 1%浓度的酚酞溶液,由于 Ca(OH)2的存在,混凝土的非碳化部分呈碱性,变成紫红色,而碳化部分保留了原来的灰色。从混凝土表面测得的颜色变化边界的深度为碳化深度。抗氯离子渗透性能试验5:在进行测试之前,混凝土的四周都涂上环氧树脂,然后将其浸泡
16、在相当于海水浓度(约为3.5%)的 NaCl 溶液中,分别浸泡 28d 和 90d。然后,对试样进行劈裂,并喷入 0.1mol/L 浓度的硝酸银溶液。通过从立方体的两个侧面测量的氯离子渗透深度的平均读数来表示。X 射线衍射(XRD):日本理学公司生产的 X 射线衍射仪,其型号为 RigakuD/max-2500 X,Cu 靶工作参数为工作功率3kW、步长 0.02,扫描速度 2.000(dmin-1),扫描范围 570。将样品置于真空干燥箱中,在 60下烘干至恒重,破碎、研磨、过筛。扫描电镜采用 TESCAN VEGA2 可变真空扫描电镜。扫描电镜分析的样品制作方法为将试件按照规定方法养护后破
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