再生骨料無砂透水混凝土抗凍性試驗研究

隨著我國城市化進程的加快和自然災(zāi)害的影響，已發(fā)生生物大量建筑垃圾。近年來，中國每年建筑垃圾總量約為35.5億元，約占城市垃圾總數(shù)的40%，但只有不到5%的垃圾回收率。目前，透水混凝土已在花園、停車場等道路上應(yīng)用。利用無砂透水混凝土減少污染、資源浪費和城市洪水，可以適應(yīng)城市環(huán)境。1試驗材料1.1水泥紅獅牌42.5級普通硅酸鹽水泥,性能指標見表1.1.2水拌合用水為普通自來水.1.3灰色粉末云南省綠威牌粉煤灰,F類,GB/T1596-2005.1.4減水劑云南省昆明市生產(chǎn)的百強牌高效減水劑.1.5再生粗骨料的制備再生骨料來至昆明市龍頭街城中村改造的廢棄混凝土塊,在實驗室采用PE-150×250小型顎式破碎機將混凝土塊進行破碎.篩分得到4.75~9.5mm、9.5~16.5mm、16.5~19.5mm、19.5~26.5mm4種粒徑的再生粗骨料.骨料性能見表2.2透水混凝土配合比設(shè)計透水混凝土配合比設(shè)計與普通混凝土不同,水泥漿過多會堵塞粗骨料間的空隙,使試件的透水性能大大降低,過少會影響骨料之間的粘結(jié),影響試件強度.目前透水混凝土配合比設(shè)計方法還不是很成熟,主要有質(zhì)量法、體積法和比表面積法3種.本試驗采用體積法計算.即混凝土的體積為粗骨料、膠凝材料和空隙體積之和,體積法計算能較好地控制混凝土的孔隙率3測試方法3.1凍融法試件制備實驗室制備的試塊尺寸為150mm×150mm×150mm,每個配合比2組,每組3個試件,共96塊用于抗壓試驗和透水率試驗.100mm×100mm×400mm,每個配合比2組,每組3個試塊,共96塊用于凍融試驗.采用先再生骨料、水泥、粉煤灰、減水劑攪拌60s,然后加水再攪拌120s出料的拌和方法.試件分3次裝料,每次裝料用搗棒人工搗實.24h后試件脫膜,將試塊放入養(yǎng)護室進行標準養(yǎng)護28d.圖1~3分別為攪拌出料、拆模、養(yǎng)護室標準養(yǎng)護的混凝土.3.2凍融循環(huán)水透水率的測定1)試件抗壓和抗折強度測定.按GB50081-2002標準對養(yǎng)護完成的試件進行抗壓強度和抗折強度試驗.2)試件凍融性能測定.混凝土抗凍性試驗根據(jù)GB/T50082-2009進行,采用快速凍融法.尺寸為100mm×100mm×400mm的試件,將標準養(yǎng)護28d后的試件取出,放入高出試件20mm的常溫水中浸泡24h,擦干試件表面附著水,測試件凍融循環(huán)25次后的質(zhì)量損失率和抗壓強度損失率.3)透水率測定.本試驗選用變水頭法來測試試件的透水率,透水儀為實驗室自制透水儀器,如圖5所示.材質(zhì)為透明有機玻璃,儀器上部容量筒尺寸為100mm×100mm×500mm,外部有刻度標尺.該透水儀主要測試不同高度的水柱通過試件時的豎向徑流速度,以豎向徑流速度來衡量其透水性能.試驗選用非成型面的兩相對側(cè)面為透水面,剩余4面用保鮮膜密封,試件與儀器接觸面用橡膠墊隔水,邊緣用防水膠密封.將密封好的試塊放入水中浸泡飽和,取出進行透水試驗,裝入不同高度h透水率試驗每組測2個試塊,每個試塊測3次不同的水柱高度的透水率,去掉一個最大值和一個最小值,求平均值.4試驗結(jié)果的分析表4為不同孔隙率下再生骨料無砂透水混凝土25次凍融循環(huán)后的的凍融抗壓強度損失率、抗折強度損失率、質(zhì)量損失率和透水系數(shù)的值.4.1抗凍性能分析從圖6~7中可以看出,本試驗再生骨料無砂透水混凝土經(jīng)25次快速凍融循環(huán)后的凍融質(zhì)量損失率在0.12%~1.08%之間,小于規(guī)定的5%,滿足《再生骨料透水混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T253-2016)中規(guī)定的夏熱冬冷地區(qū)抗凍性能D25的要求.水灰比為0.3時,試件的平均凍融質(zhì)量損失率約為0.2%;水灰比為0.35時,試件的平均凍融質(zhì)量損失率約為0.90%;水灰比為0.4時,試件的平均凍融質(zhì)量損失率約為0.73%;水灰比為0.45時,試件的平均凍融質(zhì)量損失率約為0.7%.4.2再生骨料無砂透水混凝土的破壞機理當孔隙率為15%時,再生骨料無砂透水混凝土的平均凍融抗壓強度損失率約為7.2%,當孔隙率為20%時,試件的平均凍融抗壓強度損失率約為10%,當孔隙率為25%時,試件的平均凍融抗壓強度損失率約為13.5%,當孔隙率為30%時,試件的平均凍融抗壓強度損失率約為16.7%.隨著孔隙率的增大再生骨料無砂透水混凝土的凍融抗壓強度明顯呈下降趨勢.孔隙率越大,試件內(nèi)孔洞就越大,骨料間粘結(jié)處漿體越少就越薄弱,凍融過程中就越容易破壞.當水灰比為0.3時,試件的平均凍融抗壓強度損失率為7.6%,當水灰比為0.35時,試件的平均凍融抗壓強度損失率為9.7%,當水灰比為0.4時,試件的平均凍融抗壓強度損失率為13%,當水灰比為0.45時,試件的平均凍融抗壓強度損失率為16%.水灰比增大漿體粘稠度降低,骨料粘結(jié)處漿體膜的厚度越薄,受到水結(jié)冰的膨脹應(yīng)力后就越容易破壞.再生骨料無砂透水混凝土有兩種破壞形式:1)試件由內(nèi)向外產(chǎn)生裂縫.再生骨料無砂透水混凝土為多孔結(jié)構(gòu),內(nèi)部有大量孔洞.孔洞內(nèi)的水結(jié)冰后體積膨脹在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力,當水結(jié)冰產(chǎn)生的應(yīng)力大于試件的抗拉強度時,試件將受拉破壞產(chǎn)生裂縫,如圖9所示.2)試件外部骨料脫落.試件在凍融前存在微小裂縫.由于采用的是再生骨料,骨料表面殘余砂漿顆粒與新漿體結(jié)合的界面處的微小裂縫成為薄弱點;再生骨料在機械破碎過程中,骨料內(nèi)部受到損傷導(dǎo)致骨料自身存在裂縫.在凍融過程中,水進入這些微小裂縫結(jié)冰體積膨脹導(dǎo)致裂縫擴大,裂縫內(nèi)冰融化再結(jié)冰,經(jīng)多次凍融循環(huán),裂縫持續(xù)擴大,最后導(dǎo)致試件破壞.孔隙率越大,骨料間粘結(jié)處的漿體量就越少,粘結(jié)處就越容易破壞,最后形成貫通孔洞之間的裂縫.4.3滲透系數(shù)4.3.1再生骨料透水混凝土孔隙結(jié)構(gòu)孔隙率是影響再生骨料透水混凝土透水率的最直接因素.試件的實測孔隙率與設(shè)計的目標孔隙率相差不大,見表5.孔隙率與透水系數(shù)成正比,當孔隙率增大時,透水系數(shù)快速增大.再生骨料透水混凝土的孔隙分為3種:第1種是試件內(nèi)部封閉孔隙;第2種是有開口但未貫穿整個試件的孔隙;第3種是貫穿于試件上下兩面的孔隙.第3種孔隙體現(xiàn)了透水混凝土的透水性能4.3.2水灰比對混凝土孔隙率的影響如圖13所示,透水混凝土的透水率與水灰比成正比,水灰比越大透水率越高.水灰比越大水泥漿體的黏度越低,骨料表面包裹的漿體量就越少,導(dǎo)致混凝土孔隙率增大.5水灰比和配合比的確定通過研究孔隙率和水灰比對再生骨料無砂透水混凝土的透水性能和抗凍性的影響,得到以下結(jié)論:1)當孔隙率為20%,水灰比為0.35時,再生骨料無砂透水混凝土的凍融質(zhì)量損失率最