[摘要]旨在研究摻有防凍劑的再生混凝土的抗凍性能,即負(fù)溫養(yǎng)護(hù)對摻有YJ - 4 型防凍劑的再生混凝土質(zhì)量的影響,質(zhì)量用抗壓強(qiáng)度表示. 同時研究了摻有YJ - 4 型防凍劑的再生混凝土在標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)下的強(qiáng)度,以及抗凍融循環(huán)能力,并與未摻任何外加劑的再生混凝土進(jìn)行了比較.
關(guān)鍵詞:防凍劑;再生混凝土;抗凍性能;凍融循環(huán)
對混凝土廢棄骨料的研究可以追溯到第二次世界大戰(zhàn)末期[1 ] ,但一直以來研究者們都是對廢棄骨料的性質(zhì)特征較感興趣,也就是說,大多數(shù)的研究主要是集中在研究再生混凝土的力學(xué)性能上,對再生混凝土的耐久性能的研究卻少之又少. 而在結(jié)構(gòu)破壞的案例中,諸多破壞是因?yàn)榛炷恋哪途眯阅苓_(dá)不到要求而引起的,所以,在對再生混凝土做系統(tǒng)研究的過程中,研究它的耐久性是勢在必行的. 防凍劑在北方地區(qū)的混凝土施工中應(yīng)用甚廣,其有效物質(zhì)摻量有時達(dá)水泥重的8 %～10 % ,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他外加劑,也超過了國際上關(guān)于外加劑摻量5 %的限值,因此摻防凍劑混凝土的耐久性能受到工程界的關(guān)注[2 ] . 對再生混凝土來說,當(dāng)投入生產(chǎn)使用后,在冬季施工的惡劣環(huán)境中,用防凍劑來改善它的耐久性能也是非常有意義的. 抗凍性能是耐久性能的重要組成部分,要使結(jié)構(gòu)的耐久性滿足要求,首先抗凍性能就必須滿足要求. 本文旨在通過實(shí)驗(yàn),研究摻防凍劑的再生混凝土的抗凍性能,并與未摻防凍劑的再生混凝土的抗凍性能做比較.
1 實(shí)驗(yàn)原材料及方案
1. 1 原材料
水泥:湖南湘鄉(xiāng)水泥廠生產(chǎn)的32. 5R 普通硅酸鹽水泥;細(xì)骨料:天然砂;粗骨料:全部采用再生骨料,
為湘潭大學(xué)舊道路路面混凝土,拆除的舊房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)件及檢測中心的強(qiáng)度等級不一致的廢棄混凝土經(jīng)破碎后的廢氣骨料. 骨料分為5～10 mm、10～20 mm、20～30 mm、30～40 mm 四個粒徑備用. 防凍劑:YJ4 混凝土高效防凍劑,為北京紐維訊建筑工程技術(shù)有限公司生產(chǎn),相比起其它防凍劑高達(dá)5 %的摻量來說,YJ - 4 型防凍劑不僅有摻量低的優(yōu)點(diǎn),最重要的是其經(jīng)濟(jì)效益也是可觀的. 在普通混凝土中其最優(yōu)摻量僅為水泥重的1 %. YJ 4 型防凍劑的技術(shù)指標(biāo)如表1 所示:
1. 2 試驗(yàn)方案
本文旨在研究以下幾個方面:1) 再生混凝土的最優(yōu)及最劣防凍劑摻量;2) 摻防凍劑的再生混凝土在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28 d 的強(qiáng)度;3) 摻防凍劑的再生混凝土在負(fù)溫下養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律;4) 摻防凍劑的再生混凝土由負(fù)溫養(yǎng)護(hù)轉(zhuǎn)入正溫養(yǎng)護(hù)28 d 后的強(qiáng)度;5) 再生混凝土抗凍融循環(huán)的能力;6) 摻防凍劑的再生混凝土與未摻防凍劑的再生混凝土抗凍性能的比較.
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
2. 1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
2. 1. 1 再生混凝土的適宜防凍劑摻量
對普通混凝土來說,YJ 4 型防凍劑的摻量為水泥重的1 %時最佳, (在實(shí)際工程中應(yīng)用) 而對再生混凝土來說,其摻量卻是個未知數(shù). 而對大型的工程項(xiàng)目來說,合理的防凍劑摻量不僅是工程質(zhì)量的保證,也是經(jīng)濟(jì)效益的保證. 因此本文研究了設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C30 ,這是摻有不同劑量防凍劑的再生混凝土在- 10 ℃下養(yǎng)護(hù)28 d 的強(qiáng)度情況,設(shè)計(jì)劑量同樣在1 %左右浮動,這是因?yàn)樵偕炷僚c普通混凝土具有相同的化學(xué)成分和宏觀結(jié)構(gòu),只是在微觀結(jié)構(gòu)上兩者存在這是差異. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2 所示:
從表2 結(jié)果可以看出,防凍劑摻量影響再生混凝土的強(qiáng)度,當(dāng)摻量為1 % ,再生混凝土的強(qiáng)度為最高,而當(dāng)摻量為1. 2 %時,強(qiáng)度為最低. 強(qiáng)度并不是隨著防凍劑摻量的增加而升高的,單純的增加防凍劑的摻量也不能使再生混凝土的強(qiáng)度提高,降低防凍劑的摻量不一定會使強(qiáng)度降低. 在通常情況下,我們就認(rèn)為1 %為再生混凝土最適宜防凍劑摻量.
2. 1. 2 摻防凍劑的再生混凝土在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28 d 的強(qiáng)度規(guī)律
未摻防凍劑的再生混凝土在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28 d 基本上可以達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度. 而眾所周知,防凍劑是在低溫狀態(tài)下能夠提高混凝土抗凍能力,那么在正溫養(yǎng)護(hù)狀態(tài)下,防凍劑會不會使再生混凝土的強(qiáng)度降低? 本文將設(shè)計(jì)等級為C20、C30、C40 ,防凍劑摻量均為水泥重1 %的再生混凝土試塊在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28 d ,得到其強(qiáng)度結(jié)果如表3所示.
由表3 的結(jié)果可知,防凍劑不會使再生混凝土在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28 d 的強(qiáng)度降低,甚至其強(qiáng)度還
要高于設(shè)計(jì)強(qiáng)度,這是由于防凍劑的具有較強(qiáng)的減水能力,使得制成的再生混凝土試塊的實(shí)際水灰比低于其設(shè)計(jì)水灰比,因而其強(qiáng)度也高于設(shè)計(jì)強(qiáng)度.
2. 1. 3 摻防凍劑的再生混凝土在負(fù)溫下養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律
在大型的結(jié)構(gòu)工程中,模板的周轉(zhuǎn)率對工期就顯得極其重要. 規(guī)范規(guī)定,只能當(dāng)混凝土的強(qiáng)度達(dá)到一定強(qiáng)度時方可以拆除模板. 在冬季施工中,因?yàn)樨?fù)溫下強(qiáng)度發(fā)展非常緩慢,所以模板的周轉(zhuǎn)周期勢必會加長. 為了縮短工期,唯一有效的方法就是使混凝土具有較高的早期強(qiáng)度. 而在提高早期強(qiáng)度的方法中,摻加外加劑無疑是既經(jīng)濟(jì)又簡捷的. 所以在冬季施工中,就大量的運(yùn)用了早強(qiáng)劑和防凍劑. 本文就研究了摻有防凍劑而一直在- 10 ℃養(yǎng)護(hù)的再生混凝土的強(qiáng)度發(fā)展情況,得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4 所示∶
從表4 可以看出,摻防凍劑的再生混凝土在負(fù)溫下強(qiáng)度一直在增長,但增長速度并不十分快,也沒有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn). 這說明水泥水化仍然在進(jìn)行,再生混凝土強(qiáng)度在負(fù)溫下仍持續(xù)增長. 在這里我們只是針對了一個設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級的再生混凝土進(jìn)行研究,作為其典型,對其它強(qiáng)度等級的研究也正在進(jìn)行.
2. 1. 4 摻防凍劑的再生混凝土由負(fù)溫養(yǎng)護(hù)轉(zhuǎn)入正溫養(yǎng)護(hù)28 d 后的強(qiáng)度
未摻防凍劑的再生混凝土由負(fù)溫轉(zhuǎn)入正溫養(yǎng)護(hù)后,其質(zhì)量損失并不能彌補(bǔ),即轉(zhuǎn)入正溫養(yǎng)護(hù)后其
強(qiáng)度也不能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度. 為了摸清摻有防凍劑的再生混凝土的此項(xiàng)規(guī)律,將設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C30、摻有防凍劑(水泥重1 %) 的再生混凝土在- 10℃下分別養(yǎng)護(hù)3、7、12 、18 、21 、28 d 后取出,繼續(xù)在標(biāo)準(zhǔn)情況下養(yǎng)護(hù)28 d ,得到的強(qiáng)度如表5 所示:
由表5 可以看出,由負(fù)溫轉(zhuǎn)入正溫養(yǎng)護(hù)后再生混凝土的強(qiáng)度仍然高于設(shè)計(jì)強(qiáng)度,負(fù)溫養(yǎng)護(hù)對摻有防凍劑的再生混凝土并不能造成質(zhì)量損失. 由此可見,在我國北方地區(qū),防凍劑可以為冬季施工提供很大的幫助.
2. 1. 5 再生混凝土抗凍融循環(huán)的能力
混凝土的早期受凍有兩種不同的類型,一種是一次凍結(jié). 即原來為正溫的混凝土,冷卻至0 ℃以下后,即處于穩(wěn)定的負(fù)溫狀態(tài). 另一種是反復(fù)凍融,即隨著氣溫的變化,混凝土的溫度一晝夜內(nèi)在正負(fù)交替變化,前者多發(fā)生在寒冷地區(qū)的冬季,后者則發(fā)生在初冬或初春或冬季不太冷的地區(qū)[4 ] . 將設(shè)計(jì)等級為C20、C30、C40 的再生混凝土試塊在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28 d 后,使試塊吸水飽和進(jìn)行凍融循環(huán),得到試驗(yàn)結(jié)果如表6 所示:
從以上數(shù)據(jù)可以看出,經(jīng)過50 次凍融循環(huán)的再生混凝土,重量都沒有任何損失,而強(qiáng)度會有不同程度的變化. 未摻防凍劑的再生混凝土,遭受多次凍融循環(huán)后,會有一定程度的強(qiáng)度損失,摻有防凍劑的再生混凝土遭受多次凍融循環(huán)后強(qiáng)度基本上不發(fā)生變化. 但是設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C20 的再生混凝土顯然是在寒冷地區(qū)是不適用的. 即用于抵抗凍融循環(huán)的再生混凝土最低強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級應(yīng)為C30.
2. 1. 6 摻防凍劑的再生混凝土與未摻防凍劑的再生混凝土抗凍性能比較
對摻有防凍劑的再生混凝土來說,受凍之前不經(jīng)養(yǎng)護(hù)直接受凍也能使后期強(qiáng)度不受影響(參見表4) . 對未摻防凍劑的再生混凝土,我們用表7 來表示它在遭受到一次凍結(jié)后其強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律:
從表7 可以看出,未摻防凍劑的再生混凝土如果在受凍之前沒有養(yǎng)護(hù),它受凍后的強(qiáng)度損失會非常嚴(yán)重,即使受凍之前經(jīng)過了養(yǎng)護(hù),其強(qiáng)度也會有不同程度的損失. 而表2表明摻防凍劑的再生混凝土即使受凍28 d后強(qiáng)度也會繼續(xù)增長,表5 又告訴我們由負(fù)溫轉(zhuǎn)入正溫養(yǎng)護(hù)后再生混凝土的強(qiáng)度不會遭受到任何損失.
2. 2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
關(guān)于混凝土的破壞機(jī)理,30 年代,Taber 提出了結(jié)晶壓力假說,40 年代,T. C. Power 提出了靜水壓假說及滲透壓假說,迄今為止,關(guān)于混凝土凍融破壞機(jī)理—破壞壓力的起因也還是眾說紛壇. 不過,混凝土受凍破壞是由于混凝土體內(nèi)毛細(xì)孔中可結(jié)冰水結(jié)冰,引起體積膨脹,從而產(chǎn)生內(nèi)水壓力導(dǎo)致混凝土的內(nèi)部受力破壞的,這一點(diǎn)是大家所接受的. 再生混凝土的破壞機(jī)理也在于此.
在對YJ 4 型防凍劑的研究中,將水與防凍劑按比例混合后放入- 10 ℃下受凍,發(fā)現(xiàn)水已經(jīng)結(jié)冰,由此可知,YJ 4 型防凍劑也并不是靠降低水的冰點(diǎn)來達(dá)到提高再生混凝土抗凍性能的目的的. 而是靠它的減水作用及引氣作用來達(dá)到目的. 由引氣劑引入的氣泡多為球形狀態(tài),在通常情況下,由于它的相對獨(dú)立性,不會被水所充滿,因此絕大部分體積為空氣所占據(jù),水則主要位于毛細(xì)孔內(nèi). 當(dāng)混凝土毛細(xì)孔中能夠容納的可凍水含量達(dá)到某一極限值時,結(jié)冰引起的膨脹將使毛細(xì)孔空間全部為冰所充滿,含水量超過此極限值后,毛細(xì)孔則無法完全容納結(jié)冰后水的體積,因而產(chǎn)生了極大的內(nèi)壓力. 在這個力的作用下,孔中還沒有結(jié)冰的水分將通過水泥石中的微孔向外排出,此時,空氣泡便發(fā)揮了作用[5 ] . 空氣易于壓縮,氣泡自然成了接受水分的“蓄水池”,由于氣泡的“卸壓”作用,轉(zhuǎn)移了凍結(jié)時毛細(xì)孔內(nèi)無法容納的水分,減少了內(nèi)壓,使再生混凝土在同等含水量的情況下免遭破壞. 而YJ 4 型防凍劑又具有良好的減水效果,在“減水”及“卸壓”的雙重作用下,它提高了再生混凝土的抗凍性能.
3 結(jié) 論
通過對摻加防凍劑的再生混凝土進(jìn)行抗凍性能的分析,可以發(fā)現(xiàn)YJ 4 型防凍劑對提高再生混凝土的抗凍性能起著很重要的作用. 在它的作用下,一直處于負(fù)溫狀態(tài)的再生混凝土的強(qiáng)度可以持續(xù)增長且質(zhì)量不會遭受任何損害,一旦轉(zhuǎn)入正溫養(yǎng)護(hù),強(qiáng)度甚至可以超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度;一直在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)的再生混凝土也有較高的質(zhì)量,28 天強(qiáng)度也高于設(shè)計(jì)強(qiáng)度;同時,YJ 4 型也能提高再生混凝土的抗凍融循環(huán)能力. 所以,如果要將再生混凝土投入到冬季施工中去,摻加防凍劑無疑為最好的選擇.
參考文獻(xiàn)
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