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复合超细粉煤灰对再生混凝土性能影响的研究

信息来源:hunningtu.biz  时间:2006-11-15  浏览次数:358

  [摘 要]从工作性能、力学性能、耐磨性能以及干缩等方面,研究了复合超细粉煤灰(CUFA)掺量对道路再生混凝土性能的影响,并初步探讨了其影响机理。试验研究结果表明:掺入质量分数为15%~35%的CUFA,可以有效改善再生混凝土的工作性能,同时保证其力学性能相同或稍有改善;掺CUFA再生混凝土的具有良好的路面耐磨性,干缩显著减小,运营1a来,再生混凝土路面综合性能优良,未见有开裂现象。这为CUFA再生混凝土应用于水泥混凝土路面中提供了可靠的保障。
  [关键词]复合超细粉煤灰;再生混凝土;力学性能;耐磨性;干缩
  废弃混凝土的再利用对资源和环境具有重要的现实意义,许多国家对此给予了高度重视,并制定了相应的制度和措施。近年来,国内外的一些专家学者对再生混凝土技术进行了大量的研究,在再生骨料的基本性能及强化、再生混凝土的配合比设计以及物理力学性能等方面取得了一定的成果[1~6],但是关于再生混凝土耐久性方面、尤其是耐磨性能方面的研究文献并不多见。鉴于此,本文旨在探讨复合超细粉煤灰(CUFA)与再生骨料相结合对道路路面用混凝土工作性能、力学性能、特别是耐磨性、干缩的影响,为再生混凝土应用于水泥混凝土路面工程提供了技术支持和保障。
  1 原材料与试验方法
  1.1 原材料
  水泥:42.5级普通硅酸盐水泥,水泥的物理性能和化学成分符合现行的国家标准,水泥胶砂抗折强度Rf,3=5.40MPa,Rf,28=8.70MPa,抗压强度RC,3=31.2MPa,RC,28=5817MPa;复合超细粉煤灰(CUFA):主要成分为电厂电收尘分选的超细粉煤灰,并掺入小于或等于5%的早强型激发剂复合而成。其中超细粉煤灰的密度2.26gPcm3,比表面积550m2Pkg,需水量比为93%,化学成分分析见表1;天然粗骨料(NA):湘江河卵石,级配合格,为5~31.5mm的连续级配;天然细骨料:河砂,级配合格,细度模数2.63;再生粗骨料(RA):用长沙市某公路路面维修时废弃的混凝土(原生混凝土的粗骨料为卵石),先经人工破碎成中等尺度的碎块,然后用颚式破碎机破碎成小颗粒,再筛分制得而成,级配合格,为5~31.5mm的连续级配,其有关性能,见表2;外加剂:高效减水剂(粉剂)。
  1.2 试验方法
  试件在试验室制作,采用50L搅拌机搅拌,振动台振动成型,在标准条件下养护至一定龄期后进行试验。再生混凝土的坍落度和表观密度按照《普通混凝土拌合物性能试验方法》(GBPT50080—2002)测试;力学性能按照《普通混凝土力学性能试验方法》(GBPT50081—2002)进行测试,其中立方体抗压强度所用试件尺寸为100mm×100mm×100mm,抗折强度所用试件尺寸为100mm×100mm×400mm,棱柱体抗压强度和弹性模量所用试件尺寸均为100mm×100mm×300mm,试验结果已乘相应的换算系数;耐磨性按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTGE30—2005)试验。
  2试验结果及分析
  为探讨CUFA与再生骨料相结合对混凝土工作性能和力学性能的影响,试验了5个配合比,固定水胶比为0.38,再生骨料掺量为60%,砂率为35%,高效减水剂掺量为2.52kgPm3,试验结果见表3。
  2.1 坍落度
  从图1知,在CUFA取代率小于50%的范围内,再生混凝土的坍落度随CUFA掺量的增加而显著增大,从0mm增至100mm。根据试验观察,掺CUFA后再生混凝土粘聚性和保水性明显增强。CUFA能明显提高再生混凝土的坍落度,这说明CUFA具有明显的减水效果,其主要机理在于CUFA的形态效应与微集料填充效应。有研究表明,CUFA本身带有同种电荷,其静电斥力维持了体系的分散性,起到了普通矿物减水剂的作用[7,8]。
  2.2 抗折强度与抗压强度
  从图2(a)和图2(b)可知(见图2),当CUFA取代率从15%变化到35%时,再生混凝土3d和7d的抗压和抗折强度随CUFA取代率的增加而增大,而28d强度与基准混凝土相近。这说明CUFA具有显著的早强效果,在保证混凝土后期强度的同时能够在显著提高再生混凝土的早期强度。当CUFA取代率为50%时,再生混凝土的抗压强度显著降低,这表明CUFA掺量不宜大于50%。图2(a)和图2(b)还表明,采用42.5级普通硅酸盐水泥,并以15%~35%CUFA等量取代水泥配制的道路再生混凝土,3~7d即可开放交通,28d抗折强度大于或等于5.0MPa,抗压强度为40.3~45.5MPa,均完全满足混凝土C35等级的强度要求。
  2.3 弹性模量
  保持混凝土中再生骨料掺量不变的条件下,CUFA掺量对再生混凝土弹性模量的影响,见图2(c)。当再生粗骨料的取代比例为60%,CUFA掺量分别为15%、25%和35%时,其弹性模量与不掺CUFA的基准混凝土相比接近或者稍有增加。掺入适量的CUFA可以有效改善再生混凝土的工作性能,同时保证其力学性能相同或稍有改善。
  2.4 耐磨性能
  本文的耐磨性试验是在各组混凝土胶凝材料恒定不变,通过调整用水量和CUFA掺量,研究CUFA掺量、再生骨料取代比例对再生混凝土耐磨性的影响,砂率为35%,高效减水剂掺量为2.52kgPm3,试验配合比及结果,见表4。
  表4试验结果表明:①固定CUFA的掺量为25%,随再生骨料比例增加,混凝土的用水量增加,当坍落度接近时,抗压强度稍有减小,1#抗压强度大于2#是由于再生粗骨料吸水,使其坍落度较2#小。再生混凝土的耐磨性能变化规律与抗压强度一致。②当固定再生粗骨料的比例为60%,用水量为160kgPm3时,随着CUFA用量的增加,混凝土的坍落度增加,抗压强度则随之降低,