不同氯盐侵蚀作用对再生微粉混凝土力学性能的影响.pdf
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1、第41 卷第5期2023年1 0 月青海大学学报Journal of Qinghai UniversityVol.41 No.5Oct.2023不同氯盐侵蚀作用对再生微粉混凝土力学性能的影响陈立俊,李李滢1,2 *,陈文浩1(1.青海大学土木水利学院,青海西宁8 1 0 0 1 6;2.青海省建筑节能材料与工程安全重点实验室,青海西宁8 1 0 0 1 6)摘要:为了提高再生微粉的利用水平,将再生微粉作为辅助胶凝材料,以单掺及与粉煤灰和硅灰复掺的方式替代部分水泥后制备混凝土试件,将混凝土试件以单面浸泡方式浸泡在氯化钠溶液(NaCl)和卤水(NaCl、M g Cl 2、Na,SO 4和MgSO4
2、)中,探究再生微粉混凝土浸泡后抗压强度的变化规律。结果表明:(1)当掺量低于2 0%时,单掺再生微粉的混凝土抗压强度高于其同掺量时的复掺混凝土抗压强度,而掺量高于2 0%时,复掺效果优于单掺,特别是当复掺为30%时,混凝土1 2 0 d抗压强度比单掺30%抗压强度提高了2 5.3%。(2)当再生微粉掺入量较大时会给混凝土带来不利影响,添加粉煤灰与硅灰后,可以改善混凝土中水泥石强度。(3)经2种盐溶液浸泡1 2 0 d后,再生微粉混凝土抗压强度均会提高,且复掺混凝土抗压强度提高的幅度高于单掺。综上,再生微粉的掺入会降低混凝土抗压强度,添加粉煤灰和硅灰后对混凝土抗压强度有改善作用。关键词:再生微粉
3、;氯盐侵蚀;抗压强度;水泥基体中图分类号:TU528D0I:10.13901/ki.qhwxxbzk.2023.05.003Effects of different chloride erosions on the mechanicalproperties of regenerated powder concreteCHEN Lijun,LI Ying*,CHEN Wenhao(1.School of Civil Engineering and Water Resources,Qinghai University,Xining 810016,China;2.KeyLaboratory of E
4、nergy-saving Building Materials and Engineering Safety of Qinghai,Xining 810016,China)Abstract:In order to improve the utilization of regenerated powder,the regenerated powder is takenas an auxiliary cementitious material to prepare concrete specimens by replacing some cement withsingle mixing or mi
5、xed with fly ash and silica fume.Concrete specimens are immersed on one side insodium chloride solution(NaCl)and brine(NaCl,MgCl2,Na,SO4 and MgSO4)to investigate the com-pressive strength variations of regenerated powder concrete after immersion.The results show that:(1)When the mixing quantity is l
6、ess than 20%,the compressive strength of concrete with singlemixing of regenerated powder is higher than that of composite concrete.The effect of composite mix-ing is better than that of single mixing of regenerated powder when the mixing quantity is higher than20%.When the composite mixing quantity
7、 is 30%,the compressive strength of concrete at 120 daysis increased by 25.3%compared to single mixing of 30%regenerated powder.(2)The addition ofregenerated powder in a large amount will have adverse effects on concrete.Adding fly ash and silicafume can improve the strength of cement paste in concr
8、ete.(3)After soaking in the two salt solutionsfor 120 days,the compressive strength of regenerated powder concrete will be increased,and the in-收稿日期:2 0 2 2-1 2-2 2基金项目:国家自然科学基金项目(51 6 6 8 0 52);青海省科学技术厅项目(2 0 1 7 ZJ787)作者简介:陈立俊(1 9 9 5一),男,湖北汉川人,青海大学在读硕士研究生。*通信作者,Ema i l:l i y i n g.q h 1 6 3.c o m
9、文献标志码:A文章编号:1 0 0 6-8 9 9 6(2 0 2 3)0 5-0 0 1 9-0 720crease in the compressive strength of adding concrete is higher than that of single mixing.In summa-ry,adding regenerated powder will reduce the compressive strength of concrete.Adding fly ash andsilica fume can improve the compressive strength of
10、 concrete.Key words:regenerated powder;chloride erosion;compressive strength;cement matrix随着中国城镇化建设步伐的不断加快,以混凝土为主的建筑垃圾排放量日益增长。据统计 1,我国建筑垃圾在2 0 2 0 年已突破2 6 亿t,预计在未来几年还会持续增加。而这些建筑垃圾大多数都是采用直接填埋方式处理,占用大量耕地并污染环境。因此,寻求一种新型绿色的环保方式处理建筑垃圾备受关注。建筑垃圾大多用于生产再生骨料,而在生产再生骨料的过程中,往往会产生大量粒径小于0.075mm的细微粉末(再生微粉)2 。再生微粉具有
11、一定的水化活性 3,同时也会消耗胶凝材料体系产生的Ca(OH),以促进水泥水化,新产生的Ca(OH),又会激发再生微粉的活性使胶凝材料之间相互促进水化 4,故将再生微粉作为一种矿物掺合料适量掺入到普通混凝土中,对改善混凝土性能具有重要意义。有学者对再生微粉性能及应用等进行研究后发现,再生微粉表面粗糙,具有一定的空隙,质地较为疏松,需水量大 5-8 ,所以掺人再生微粉后混凝土的性能会有所下降 9 。有研究表明,粉煤灰和硅灰对改善新拌混凝土和硬化混凝土性能有积极作用 1 0 。若将再生微粉与粉煤灰、硅灰等矿物掺合料混掺,因其颗粒形貌、粒径分布等存在差异,可以形成互补优势,产生协同效应,能改善混凝土
12、的力学性能。青海地区是多盐湖地区,对于该地区再生微粉混凝土经盐溶液侵蚀后强度变化的研究鲜有报道。因此,本文研究了单掺再生微粉和复掺再生微粉、粉煤灰、硅灰2 种掺合方式对混凝土抗压强度变化的影响,探讨了经氯化钠溶液与卤水浸泡后再生微粉混凝土抗压强度变化的规律,并通过扫描电镜(SEM)对离子侵蚀微观机理进行了分析。1试验1.1原材料(1)水泥。试验采用的水泥来自青海省西宁市生产的昆仑山牌P042.5级普通硅酸盐水泥,表1与表2 分别为水泥主要化学成分和基本物理性能指标。化学成分Cao数值/%40.41青海大学学报表1 水泥主要化学成分Tab.1Main chemical compositions
13、of cementsiO2Al,0319.797.67第41 卷Fe20;Mgo2.662.06SO32.31CO212.17表2 7水泥基本物理性能指标Tab.2Basic physical property indexes of cement标准稠度凝结时间/min物理指标用水量/%数值26抗压强度/MPa初凝终凝129179抗折强度/MPa3d28 d24.550.83d5.228d7.4(2)再生微粉。再生微粉来自青海大学实验室废弃的混凝土构件。用回弹仪测得混凝土强度等级为C30。混凝土先经人工一级破碎,再经破碎机二次破碎后,将得到的混凝土骨料放人球磨机进行球磨,球磨产品经0.0 7
14、5mm筛分,得到再生微粉。粉煤灰为I级粉煤灰。表3和表4分别为再生微粉、粉煤灰、硅灰的主要化学成分和各项性能指标。第5期材料再生微粉粉煤灰硅灰陈立俊等:不同氯盐侵蚀作用对再生微粉混凝土力学性能的影响表3材料的主要化学成分Tab.3Main chemical compositions of materialsCaoSi0233.3127.391.2721.500.4497.3021%Al,03Fe20;8.103.6115.201.360.400.07MgO1.190.400.44SO31.110.240.23CO225.0758.33表4再生微粉、粉煤灰与硅灰各项性能指标Tab.4Proper
15、ty indexes of regenerated powder,fly ash and silica fume材料堆积密度/(kg m-3)再生微粉860粉煤灰1250硅灰1 570表观密度/(kg m-3)2.36019202610比表面积/(m.kgl)4.02044010000(3)细骨料。细骨料为普通河砂,粒径为0.1 5 5mm,属于级配良好的中砂,细度模数为2.8 0。粗骨料粒径为4.7 5 2 0 mm连续级配的天然碎石。表5为骨料基本性能。表5骨料基本性能Tab.5Basic properties of aggregate类别堆积密度/(kg m3)粗骨料1510细骨料1 5
16、00表观密度/(kg m-3)2.6702.670含泥量/%0.331.14含水率/%0.381.15(4)拌合水。试验用水采用实验室自来水。材料用量/(kg m=3)1.2试验配合比设计试验采用单掺再生微粉和复掺再生微粉2 种不同掺合方式,其中单掺掺量分别为1 0%、2 0%、30%和40%;复掺保持4种掺量不变,以粉煤灰和硅灰代替部分再生微粉,且各组保持硅灰:粉煤灰:再生微粉=2:3:5。混凝土配合比设计见表6。试件编号取代量/%NC-010RC-110RC-220RC-330RC-440RC-1-F20SF3010RC-2-F20SF3020RC-3 F20SF3030RC-4-F20S
17、F3040表6混凝土配合比设计Tab.6Concrete mix design水胶比水泥再生微粉.0.454550.454100.453640.453190.452730.454100.453640.453190.45273减水剂/%粉煤灰硅灰石子砂子0045.0091.00136.00182.0022.513.545.527.067.540.591.054.5000009.018.027.036.51 0321 0321 0321 0321 0321 0321 0321 0321 0325955955955955955955955955950.5221.3试验方法按照表6 配合比设计,根据G
18、B/T500822009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 制作1 0 0 mm100mm100mm立方体试件。将浇筑成型的试件室温静置2 4h后拆模,拆模后的试件放人标准养护室,养护2 8 d后将试件的5个面用环氧树脂进行涂刷密封,自然风干1 d,保留一个面浸泡在氯化钠溶液(NaCl)或卤水(主要成分为NaCl、M g Cl 2、Na,SO 4和MgSO4等)中,氯化钠溶液和卤水每7 d更换一次。当试件浸泡到规定的检测时间(分别为2 8、6 0 9 0、1 2 0 d)后,取出试件,自然风干,随后在万能液压试验机上测出其抗压强度。将再生微粉混凝土水化试件及浸泡后的试件破碎成细小颗粒状,
19、干燥,表面喷金镀膜处理后采用COXEM型扫描电镜分析试样的微观结构形貌。2结果与分析2.1年再生微粉混凝土抗压强度与水化时间关系单掺和复掺再生微粉混凝土抗压强度与龄期的关系见图1。由图1 a可知,混凝土抗压强度随着再生微粉取代率的增加表现出逐渐减小的趋势,混凝土水化1 2 0 d后其抗压强度趋于稳定。当取代率为10%和2 0%时对混凝土抗压强度影响不大;而取代率高于30%以后,混凝土抗压强度明显下降。这是因为低掺量下,再生微粉进一步水化,填充了混凝土存在的内部孔隙(原始缺陷),使得混凝土内部结构更加致密 1 2 ,从而弥补了水泥减少带来的不利影响。但在高掺量下,由于水泥浆体中水泥颗粒含量大量减
20、少,同时再生微粉表面粗糙,有一定的微孔隙,掺入到混凝土中会增加浆体流动过程中颗粒间内摩阻力,造成水化浆体分布不均 1 3,导致再生微粉填充能力不足以弥补水泥减少带来的副作用,同时水化产物凝胶含量大量减少,强度降低显著。由图1 b可知,掺人粉煤灰和硅灰后,对复掺掺量为1 0%和20%的混凝土抗压强度没有明显的改善作用,甚至同掺量下添加粉煤灰和硅灰后混凝土强度略有下降;当取代率为30%和40%时,再生微粉与粉煤灰、硅灰复掺的混凝土1 2 0 d抗压强度相比同等掺量的单掺再生微粉混凝土抗压强度分别提高了2 5.3%和1 3.8%。这是因为再生微粉、粉煤灰和硅灰复掺后,一方面硅灰能参与水化反应生成更多
21、水化产物;另一方面,粉煤灰和再生微粉发生二次水化反应后细化孔隙,在合理的配合比下能较好地发挥二者叠加效应,从而改善混凝土强度性能。其中,复掺掺量为30%的混凝土1 2 0 d抗压强度为48.5MPa,说明此掺量下3种粉体颗粒分配均匀,叠加效应更加明显。60-NC-ORC-1RC-2RC-3RC-43025020Fig.1 Relationship between compressive strength and hydration time of regenerated powder concrete2.2再再生微粉混凝土经氯化钠溶液浸泡后抗压强度与浸泡时间的关系单掺再生微粉混凝土经氯化钠溶液
22、浸泡后抗压强度与浸泡时间的关系见图2 a。在浸泡1 2 0 d后,再生微粉混凝土随着浸泡时间增加,其抗压强度有略微增加的趋势,且随着掺量的增加,混凝土抗压强度增加得越明显,其中掺量为1 0%、2 0%30%和40%相对于浸泡前混凝土抗压强度分别增加了2.1 9、青海大学学报60r55F50452540 6080100120水化时间/da单掺图1 再生微粉混凝土抗压强度与水化时间的关系第41 卷-NC-ORC-1-F20SF30ARC-2-F20SF30-RC-3-F20SF30+RC-4-F20SF3020L02040.6080100120水化时间/db复掺第5期5.11、7.2 4和7.9
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