掺高品质再生骨料的水工混凝土抗碳化性能分析_穆庆华.pdf

DOI:10 19807/j cnki DXS 2023 03 052掺高品质再生骨料的水工混凝土抗碳化性能分析穆庆华(北镇市水利事务服务中心，辽宁 北镇 121300)摘要采用类品质再生骨料替代 20%、40%、60%、80%、100%天然骨料制备水工混凝土，通过碳化试验分析水工混凝土掺高品质再生骨料的抗碳化性能。结果表明:随替代率的减少以及水泥用量的增大混凝土抗碳化能力不断提高，调整水胶比以及替代率可以配制出与天然骨料相近的混凝土;再生骨料替代率 60%且水泥用量 400kg/m3的水工混凝土与天然骨料混凝土碳化深度相比增大 0 2 mm;再生骨料替代率的最大取值区间 40%60%，实际工程使用时不宜超过该区间。关键词高品质;再生骨料;碳化深度;水工混凝土中图分类号TV431文献标识码B文章编号1004 1184(2023)03 0152 02收稿日期2022 11 15作者简介穆庆华(1973 )，女，辽宁铁岭人，高级工程师，主要从事水利水电工程、水土保持及小型农田水利工程方面工作。0引言随着我国经济社会和水利事业的快速发展，每年的水利工程数量逐渐增多，这使得水工混凝土用量也明显增加。另外，大量建筑垃圾堆放和水工构筑物建设也会引起一系列的环境问题，如建筑垃圾无处堆放、砂石资源匮乏等1。为促进水利工程持续健康发展，实现自然环境的有效保护，经研究人们提出用废弃混凝土生产再生骨料和混凝土的方法2。根据国家标准，对建筑废弃物进行破碎、筛选、分级、清洗、分类、级配调整等一系列处理后可生产再生骨料，由此配制的混凝土生态和社会经济效益非常显著。同时，使用再生骨料能够缓解天然砂石料的供需矛盾，为水利工程建设发展提供可靠保障。然而，再生骨料品质在很大程度上决定着混凝土性能，必须全面研究再生骨料作用机理及其最佳替代率。本文采用颚式破碎机将废弃混凝土制成再生骨料，经强化处理和基本性能测试，选择类品质再生骨料替代 20%、40%、60%、80%、100%的天然骨料制备水工混凝土，并参照现行标准测定混凝土的抗碳化性能，可为合理确定再生骨料替代率和再生水工混凝土配合比提供一定参考。1试验方法1 1原材料水泥:秦 岭 牌 P O 42 5 级 普 通 硅 酸 盐 水 泥，细 度2 2%，烧失量 2 1%，安定性(沸煮法)合格，初、终时间 160min 和 225 min，3 d、28 d 抗折强度 5 1 MPa 和 7 8 MPa，3 d、28 d 抗压强度 18 6 MPa 和 49 7 MPa。粗细骨料:连续级配 5 25 mm 石灰岩碎石和级配良好的天然中砂(细度模数 2 5)，砂的含泥量 1 2%，碎石主要性能参数如表 1。再生骨料:采用颚式破碎机将废弃混凝土破碎、筛分，经颗粒整形强化处理配制出连续级配 5 31 5 mm 的类品质再生骨料，母体混凝土强度等级 C40 C50，主要性能指标如表 1。表 1粗骨料主要性能指标类型天然碎石再生骨料吸水率/%1 52 2泥块含量/%0 20 1压碎指标/%710堆积密度/kg/m31 4801 410表观密度/kg/m32 4202 500空隙率/%4041外加剂:马贝 X404 高效减水剂，推荐掺量 0 5%，减水率 34 0%，泌 水 率 比 81%，含 气 量 1 2%，28d 收 缩 率 比98%，抗冻等级 F50，初、终凝结时间差 80 min 和+86min，3 d、7 d、28 d 抗压强度比 310%、305%和 340%。拌和水:当地自来水。1 2碳化机理总体上，可以将混凝土碳化机理概括为:孔溶液Ca(OH)2与毛细孔中渗入的 CO2气体反应生成水和 CaCO3，水化生成的C S H 凝胶也会参与反应，该过程涉及的化学反应主要如下:H2O+CO2H2CO3;Ca(OH)2+H2CO3CaCO3+2H2O;3CaO2SiO23H2O+3H2CO33CaCO3+2SiO2+6H2O;2CaOSiO24H2CO32CaCO3+SiO2+6H2O。1 3试验流程先利用颚式破碎机将废弃混凝土破碎、筛分，经颗粒整形强化处理配制出连续级配 5 31 5 mm 的再生骨料，然后参照混凝土用再生粗骨料 相关方法测定再生骨料基本性能，并选择符合类品质的再生骨料，再生混凝土配制试验方法如下:试验设计 200 kg/m3、250 kg/m3、300 kg/m3、350 kg/m3、400 kg/m3五种胶凝材料用量，再生混凝土编号为 C20、C25、C30、C35、C40。固定砂率 40%不变，通过调整用水量使得拌和物坍落度处于 180 220 mm 之间，以胶凝材料用总量的 1 2%作为马2512023 年 5 月第 45 卷第 3 期地下水Ground waterMay，2023Vol.45NO.3贝 X404 高效减水剂掺量。试 验 采 用 类 品 质 再 生 骨 料 替 代 20%、40%、60%、80%、100%天然骨料制备水工混凝土，按照水工混凝土配合比设计规程 合理设计配合比如表 2。依据水工混凝土试验规程 进行碳化试验，试验前调整碳化箱 CO2浓度变化范围 15%20%，控制湿度变化范围60%70%，温度变化范围 15 25。通过对比性试验测定不同再生骨料替代率水工混凝土的碳化深度，并进一步分析水工混凝土抗碳化性能受高品质再生骨料替代率的影响。表 2水工混凝土试验配合比kg/m3编号水泥砂天然骨料替代率再生骨料外加剂C20C25C30C35C402007601 140002 4200760912202282 4200760684404562 4200760456606842 4200760228809122 420076001001 1402 42507401 110003 0250740888202223 0250740666404443 0250740444606663 0250740222808883 025074001001 1103 03007201 080003 6300720864202163 6300720648404323 6300720432606483 6300720216808643 630072001001 0803 63507001 050004 2350700840202104 2350700630404204 2350700420606304 2350700210808404 235070001001 0504 24006801020004 8400680816202044 8400680612404084 8400680408606124 8400680204808164 840068001001 0204 82结果与分析试验测定 200 kg/m3、250 kg/m3、300 kg/m3、350 kg/m3、400 kg/m3五种胶凝材料用量和 0%、20%、40%、60%、80%、100%再生骨料替代率水工混凝土各龄期碳化深度，如图 1。研究表明，不同再生替代率和水泥用量情况下，随碳化龄期的增加水工混凝土碳化深度逐渐上升，表明再生骨料与天然骨料混凝土的抗碳化变化规律相似，混凝土碳化是一个长期而复杂的化学与物理作用过程，但碳化速率和碳化深度是动态变化的，主要与再生骨料替代率以及水泥用量等因素有关。图 1水工混凝土碳化深度从图 1 可以看出，对于相同水泥用量，水工混凝土碳化深度随着再生骨料替代率的增加和碳化龄期的延长逐渐增大，其碳化深度相较于天然骨料混凝土更大，这说明再生混凝土略低于天然骨料混凝土的抗碳化能力;水泥用量不同时，替代率为 100%的再生混凝土碳化深度远远高于其它试组，400kg/m3水泥用量混凝土的 28 d 碳化深度达到 3 3 mm，与天然骨料混凝土(替代率 0%)28 d 碳化深度 2 1 mm 相比仅提高 1 2 mm，增幅相对较小，说明水泥用量较高时再生骨料对混凝土抗碳化能力影响较低。这是由于类品质再生骨料与天然骨料的各项基本性能相近，并且骨料表面残留的硬化水泥砂浆经过颗粒循环整形强化处理被有效去除，这间接地增加了混凝土密实度，骨料体系级配随再生骨料替代率的减小不断优化，内部微细通道(CO2的入渗途径)逐渐减少，使得水工混凝土的抗碳化能力明显增强。对于相同替代率，随着水泥用量的增加水工混凝土碳化速率和深度均逐渐下降。替代率一定的情况下，200 kg/m3水泥用量混凝土的碳化深度远远高于其它水泥用量混凝土;替代率为 100%的再生混凝土 28 d 碳化深度达到最大值 7 4mm，与天然骨料混凝土(替代率 0%)28 d 碳化深度 5 0 mm相比提高 2 4 mm。另外，前期再生混凝土具有较高的碳化速率，究其原因是多孔结构的硬化砂浆附着于再生骨料表面，为外界气体的渗入提供了通道，水泥用量较低时因无法有效改善混凝土密实度，使得外界 CO2很容易渗入混凝土内部。随着水泥用量的增加混凝土内部孔隙被更多的水泥浆体填充，从而显著改善了混凝土抗碳化能力。通过对比各水泥用量试件的 28 d 碳化深度发现，再生骨料替代率超高 60%会明显增大混凝土的碳化深度，这表明替代率超过一定的界限会大大降低混凝土的抗碳化能力，故实际工程中再生骨料最大替代率应控制在 40%60%范围，一般不能超过 60%。(下转第 250 页)351第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月表 8红淖三铁路北侧堤防工程设计洪峰流量成果表m3/s项目频率/%0 10 20 33123 3351020Kp19 0715 4913 017 955 233 542 431 170 71设计洪峰流量48 439 333 020 213 38 996 172 971 80表 9淖毛湖堤防提升改造工程起点实测河道大断面m起点距河底高程起点距河底高程起点距河底高程起点距河底高程010907 7342037 2623216 48148 172947 7062046 9713226 66488 2311027 8432087 4513336 53698 1141067 7442167 5573346 221137 7661107 7062187 4243396 431177 9521147 7492307 3623406 702217 8361167 5832347 2733496 709258 0171207 7512377 2423556 623287 9911247 7112417 4393566 383297 81287 7172457 2013606 436338 0691327 6792476 9423646 19378 1611367 5842497 1013656 44418 0791437 7612537 2993736 546458 031447 4452577 3423746 701498 0711467 4822597 5373937 024538 0121478 0162637 4283946 479568 0081517 762677 4563966 37587 741557 5982727 2393976 361607 9331607 7462736 9793996 718647 9811647 7732857 0174097 008687 8931767 8342866 7684117 159747 7751787 6182886 7534197 084797 7791807 6942906 7874217 261807 5531887 6082916 994238 726827 8181917 2062956 859867 8991937 3833076 6453 4堤防提升改造工程起点大断面图和水位流量关系图通过收集 2022 年 7 月期间对伊吾河淖毛湖堤防提升改造工程现场实测数据，并根据测量的大断面数据，绘制地方起点大断面和水位流量关系曲线，实测数据见表 9，曲线图见图 4 和图 5。图 3哈密市洪峰流量模比系数综合频率曲线图图 4伊