废弃砂浆粉对混凝土抗冻性能的影响

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2017年第8期（总第334期）混凝土原材料及辅助物料Number8in2017（TotalNo.334）ConcreteMATERIALANDADMINICLEdoi：10.3969/j.issn.1002-3550.2017.08.018废弃砂浆粉对混凝土抗冻性能的影响丁向群，咸佳蓓，李贺，李晓（沈阳建筑大学材料科学与工程学院，辽宁沈阳110168）摘要：研究了废弃砂浆粉对混凝土抗冻性的影响，测试了不同水灰比及废弃砂浆粉掺量下冻融循环后混凝土的抗压强度、质量损失。结果表明，随着冻融次数增加，混凝土的质量损失率及抗压强度损失率增大，当水灰比低于0.44时，经25次冻融后，混凝土抗压强度略有升高；随着废弃砂浆掺量增加，混凝土的抗冻性能总体呈下降趋势，试验范围内，当水灰比低于0.44时，废弃砂浆粉掺量低于10%，可以提高混凝土抗冻性能。随着水灰比增加，相同条件下，混凝土的质量损失率及抗压强度损失率均呈增大趋势。关键词：废弃砂浆粉；抗冻性能；水灰比；抗压强度；质量损失中图分类号：TU528.041文献标志码：A文章编号：1002-3550（2017）08-0074-03lnfluenceofwastemortarpowderonfrostresistanceofconcreteDINGXiangqun，XIANJiabei，LIHe，LIXiao（SchoolofMaterialsScienceandEngineering，ShenyangJianzhuUniversity，Shenyang110168，China）Abstract:Itstudiestheinfluenceofwastemortarpowderonfrostresistanceofconcrete，bytestingofconcretecompressivestrengthandqualitylossafterfreeze-thawcyclesundertheconditionsofdifferentwatercementratioandwastemortarpowdercontent.Theresultsshowthatconcretestrengthlossandmasslossofconcreteevidentlyincreasewiththeincreaseofnumberoffreezingandthawingcycle.Underthescopeofwatercementratiobelow0.44，after25timesoffreeze-thawcycles，theconcretecompressivestrengthincreasesslightly.Withwastemortarcontentincreasing，thefrostresistanceofconcreteshowsdecreasingtrendtotally，Withinexperimentalparameters，underthescopeofwatercementratiobelow0.44，themixingamountofwastemortarpowderislessthan10%，whichcanimprovethefrost-resistingpropertyofconcrete.Withtheincreasingofwatercementratio，themasslossandthecompressivestrengthlossofconcreteareincreasing.Keywords:wastemortarpowder；Frostresistance；watercementratio；compressivestrength；themassloss砂浆粉掺量等对混凝土的抗冻性能的影响，探索废弃砂浆0引言粉代替水泥对混凝土的抗冻性能的影响规律。近年来，废弃混凝土的资源化利用引起国内外研究学者的广泛关注，目前，研究主要集中在再生骨料等方面[1]，1原材料及试验方法一般是废弃混凝土经破碎后得到的再生集料二次用于制1.1原材料备水泥混凝土[2-3]，并取得了良好效果。从环境保护和节约水泥：冀东水泥厂生产的P·O42.5级水泥，其化学组资源的角度来看，废弃混凝土的循环利用成为当下社会迫成见表1。切的需求[4-5]。但再生集料的来源不同，性能差异大，同时，表1水泥的化学组成%各国学者的试验设计内容不尽统一，且耐久性的试验方法组成SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3Loss各异，使再生混凝土的利用分析情况更加复杂[6]。含量20.05.13.663.21.12.82.8混凝土抗冻性的决定因素主要有水灰比、矿物掺合料废弃混凝土：C30的废弃混凝土。等[7]。具有活性的矿物掺合料，可替代部分水泥掺入混凝土粗骨料：碎石，5~20mm连续级配。中，并以细颗粒充当填料[8]。废弃混凝土中仍然残留部分水砂：细度模数为2.7的中砂。泥未充分水化，具有潜在活性，将废弃混凝土制成细粉，能减水剂：聚羧酸减水剂，减水率约为37%。[9]较好实现未水化水泥的二次循环利用。本试验研究将废1.2废弃砂浆粉的制备弃混凝土砂浆磨细成粉取代部分水泥，研究水灰比、废弃将收集的废弃混凝土进行破碎，取其中以砂浆为主的收稿日期：2016-09-23基金项目：“十二五”国家科技支撑计划课题（2013BAJ15B03）；国家建筑材料行业科技创新计划（2013-M3-8）；住房和城乡建设部项目（2015-K4-002）··74 部分，干燥至含水率≤2%，自然冷却至环境温度，经干燥弃砂浆粉具有一定的潜在活性。后，研磨备用，砂浆粉的比表面积为490m2/kg，其XRD分1.3配合比析见图1。试样按照GB/T50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》制备，养护28d后进行试验，试件尺寸100mm×100mm×100mm。试验混凝土配合比见表2。1.4冻融循环试验按照GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》中抗冻性能试验的规定进行试验，采用快冻法。2结果与分析图1废弃砂浆粉XRD分析2.1废弃砂浆粉对混凝土受冻后质量损失率的影响由图1可知，废弃砂浆粉的主要成分为二氧化硅、碳不同水灰比条件下，废弃砂浆粉对混凝土冻融后质量酸钙、水化硅酸钙凝胶等。因此，可以认为本试验中使用废损失率的影响如图2~4所示。表2试验混凝土配合比废弃砂浆粉掺量水泥废弃砂浆粉砂石水（/kg/m3）减水剂/%（/kg/m3）（/kg/m3）（/kg/m3）（/kg/m3）（0.39）（0.44）（0.49）/%0390073010501521751910.38103513973010501521721920.37203127873010501541731910.373027311773010501531731920.374023415673010501551741930.37图3废弃砂浆粉对混凝土受冻后抗压强度的影响（水灰比0.39）由图2可见：在相同掺量及冻融条件下，随着水灰比的增大，混凝土受冻后的质量损失率基本增大。试验范围内，不同水灰比下，当废弃砂浆粉掺量为40%混凝土试样经150次冻融后均达到质量损失率最大值，水灰比为0.39、0.44、0.49时，质量损失率分别为3.26%、4.79%、6.2%。废弃砂浆粉掺量一定时，随着冻融循环次数增加，混凝土试样受冻后的质量损失率均增大。在相同冻融次数下，随着废弃图2不同水灰比下废弃砂浆粉对混凝土受冻后质量损失率的影响砂浆粉掺量增加，混凝土试样的质量损失率均增加，但水··75 图4废弃砂浆粉对混凝土受冻后抗压强度的影响（水灰比0.44）图5废弃砂浆粉对混凝土受冻后抗压强度的影响（水灰比0.49）灰比为0.39时，质量损失率的平均增幅仅为0.2%；水灰比由图5可见，随着冻融循环次数的增加，混凝土冻融为0.44、0.49时，试样质量损失率增大趋势明显，当冻融次后的抗压强度均减小，抗压强度降幅逐渐增大，抗压强度数为150后，混凝土质量损失率最大。损失率增大，而废弃砂浆粉掺量的增加对混凝土冻融后抗冻融会促使混凝土表面裂缝的产生，这种裂缝损伤在压强度及抗压强度损失率的影响规律与前者相同，当废弃受冻过程中会进一步加剧[10]。水灰比越大，混凝土的孔隙砂浆粉掺量高于10%时，混凝土抗压强度开始明显下降，率越大，密实度越差，冻融对试验混凝土的内部结构破坏当掺量达到40%时，冻融循环150次后的混凝土试样强度作用便越大，这导致其质量损失率增大，混凝土的抗冻性损失率高达55.6%，抗压强度仅为10.8MPa。能受到损害，而当水灰比为0.39时，混凝土质量损失率变由图3~5可见，在相同掺量及冻融条件下，随着水灰化范围较小，可能存在的原因为此时的水灰比降到可以使比增加，混凝土抗压强度呈降低趋势，抗压强度损失率增水泥完全水化的水平以下，存在较多未水化的水泥颗粒，大。混凝土试块经25次冻融试验后，出现其抗压强度损失在冻融过程中，作为微细集料发挥了次中心质的作用使混率为负值的情况，原因可能为混凝土试块在试验前并没有凝土的密实性能仍能继续提高[11]。完全水化，在25次冻融循环的试验过程中，混凝土继续水2.2废弃砂浆粉对混凝土受冻后抗压强度的影响化，直至水化完全，其强度仍在发展。可以看出，在试验早不同水灰比下，废弃砂浆粉掺量对混凝土冻融前后抗期，冻融循环对混凝土破坏程度较小，不足以抵消水化过压强度的影响见图3~5。程中带来的强度增长[12]。由图3可见，随着冻融循环次数的增加，混凝土冻融当掺量为10%时，由于在混凝土中掺入了废弃砂浆粉，后的抗压强度先增大后减小，抗压强度损失率均增大；混不同粒径的废弃砂浆粉在整个混凝土体系中起到物理填凝土经25次冻融后，其抗压强度达到最大值，此时，抗压充作用，在水泥水化产物之间，起到了细化孔径的作用，使强度损失率出现负值。相同冻融条件下，随着废弃砂浆粉再生混凝土界面过渡区的性能得到改善，提高了混凝土内掺量增加，混凝土受冻后的抗压强度先增大后减小，抗压部密实度，渗水通道减少，使其内部湿度扩散率减小，成冰强度损失率先减小后增大；掺量为10%时，混凝土的抗压率降低，毛细孔中静水压力减小，弥补了部分强度损失，导致强度达到最大值，抗压强度损失率低。抗压强度损失不明显甚至增大；当废弃砂浆粉掺量较大时，由图4可见，随着冻融循环次数的增加，混凝土冻融水泥的水化产物较少，内部结构较为疏松，强度降低幅度较后的抗压强度先增大后减小，抗压强度损失率均增加；混大[13-14]，混凝土表面破坏加重，更易产生脱皮剥落现象[15]。凝土经25次冻融后，其抗压强度达到最大值，此时，抗压3结论强度损失率出现负值。冻融次数一定时，当废弃砂浆粉掺量低于10%时，混凝土抗压强度增大，抗压强度损失率减小，（1）随着冻融次数增加，混凝土试样的质量损失率及当掺量高于10%时，其抗压强度开始明显减小，抗压强度抗压强度损失率均增大，当水灰比低于0.44时，经25次冻损失率明显增大，当冻融次数为150次，废弃砂浆掺量为融后，混凝土抗压强度略有升高。40%时，抗压强度损失率高达35.03%。·下转第80页··76 度继续增加，掺量越多，增加越快，其劈裂抗拉强度分别为土，2014，300（10）：63-65.2.732、2.781MPa。图5（b）中，粉煤灰混凝土试件的劈裂抗拉[2]郭金敏.煤矸石混凝土耐久性的试验研究[J].混凝土，2011，261强度呈现先增加后减小两阶段的变化规律。浸泡6~14个月，（7）：56-58.各粉煤灰混凝土试件的劈裂抗拉强度快速下降，但相较于[3]张长森，奚新国，祁非.烧煤矸石在混凝土中的应用[J].辽宁工程标准组，掺量越多，其劈裂抗拉强度下降相对越缓慢。煤矸技术大学学报，2004，23（6）：799-781.石粉试件早期的劈裂抗拉强度较低，而后期强度逐渐增加，[4]孙家瑛.用煤矸石炉渣取代天然砂的混凝土性能研究[J].建筑材掺量越多，强度越高，且均高于标准组，这与抗压强度变化料学报，2012，15（2）：179-183.规律一致，进一步说明，煅烧煤矸石粉更有利于改善混凝[5]王栋民，王剑锋，范兴旺，等.自燃煤矸石粉对混凝土耐久性的土的抗硫酸盐侵蚀性能。影响[J].硅酸盐通报，2013，32（5）：839-843.[6]周梅，瞿宏霖，赵华民，等.煅烧煤矸石粉对混凝土工作性和强3结论度的影响[J].硅酸盐通报，2015，34（1）：273-279.（1）煅烧煤矸石粉等质量取代部分水泥，浸泡至10个月，[7]李晓光，吕晶，刘云霄.煅烧煤矸石活性测试方法的试验研究[J].各试件的质量损失率随龄期增加均呈现减小的趋势，但差硅酸盐通报，2012，31（4）：1012-1016.别并不明显；浸泡10~14个月，各试件的质量损失率随掺[8]李永靖，邢洋.煤矸石混凝土抗硫酸盐侵蚀试验研究[J].非金属量的增加而降低，且明显低于粉煤灰以及标准组。矿，2016，39（1）：8-10.（2）煅烧煤矸石粉等质量取代部分水泥，浸泡至6个月，[9]严福章，于明国，胡瑾，等.混凝土的抗压强度和抗硫酸盐侵蚀性煤矸石粉试件的劈裂抗拉强度均小于标准组，且掺量越多，能的正交试验研究[J].混凝土，2015，305（3）：34-37.强度越低；浸泡6~14个月，后期强度逐渐增加，掺量越多，[10]石明霞，谢友均，刘宝举，等.水泥-粉煤灰复合胶凝材料抗硫酸强度增加越快，且高于粉煤灰以及标准组。盐结晶侵蚀性[J].建筑材料学报，2003，6（4）：350-355.[11]但建明，王培铭.煤矸石细度和掺量对水泥性能的影响[J].建筑（3）煅烧煤矸石粉等质量取代10%、20%、30%的水泥，材料学报，2007，10（1）：77-82.浸泡14个月时，煅烧煤矸石粉试件的抗压强度增加率分别为17.2%、22.4%、38.2%，而标准组试件的抗压强度下降率为51.5%，表明煅烧煤矸石粉明显有利于改善混凝土的抗第一作者：柯国军（1964-），男，教授，硕士生导师，从事高性能混硫酸盐侵蚀性能。凝土及固体废渣利用方面研究。联系地址：湖南省衡阳市蒸湘区常胜西路28号南华大学土木工程学院（421001）参考文献：[1]陈彦文，孙强，王宁，等.自燃煤矸石混凝土的试验研究[J].混凝联系电话：13723840081·上接第76页（2）随着废弃砂浆掺量增加，混凝土的抗冻性能总体发展及抗冻临界强度的影响[J].沈阳建筑大学学报（自然科学呈下降趋势，但水灰比低于0.44时，废弃砂浆粉掺量低于版），2006，22（3）：415.10%，可以提高混凝土抗冻融破坏的能力。[9]张喜，吴勇生，张剑波，等.建筑废弃混凝土细粉的活性激发及再利用可行性分析[J].江西科学，2012（29）:70-71.（3）随着水灰比增加，相同条件下，混凝土的质量损失[10]高原.干湿环境下混凝土收缩与收缩应力研究[D].北京：清华大率及抗压强度损失率均呈增大趋势。学，2013.参考文献：[11]金骏，吴国坚，翁杰，等.水灰比对混凝土氯离子扩散系数和碳化[1]杜婷，等.混凝土再生骨料强化试验研究[J].新型建筑材料，2002（3）.速率影响的试验研究[J].硅酸盐通报，2011，20（4）：947.[2]KOUSC，POONCS.Mechanicalpropertiesof5-year-oldconcrete[12]刘玮辉.再生混凝土多孔砖耐久性与砖的抗冻指标试验研究[D].preparedwithrecycledaggregatesobtainedfromthreedifferent长沙：长沙理工大学，2012.sources[J].MagazineofConcreteResearch，2008（1）：57-64.[13]薛翠真，申爱琴，郭寅川，等.建筑垃圾复合粉体材料对混凝土[3]李佳彬，肖建庄，孙振平.再生粗骨料特性及其对再生混凝土性抗冻性能的影响[J].材料导报B研究篇，2016，30（2）：123-124.能的影响[J].建筑材料学报，2004（4）：390-395.[14]应敬伟，肖建庄.再生骨料取代率对再生混凝土耐久性的影响[J].[4]XIAOJZ，LIJB，ZHANGC.Onrelationshipsbetweentheme-建筑科学与工程学报，2012，29（1）：57.chanicalpropertiesofrecycledaggregateconcrete：anoverview[J].[15]MCCARTERWJ，WATSONDW，CHRISPTM.SurfacezoneMaterialsandStructures，2006，39（6）：655-664.concrete：drying，absorption，andmoisturedistribution.ASCEJour-[5]POONCS，SHUIZH，LAML.EffectofmicrostructureofITZonnalofMaterialsinCivilEngineering，2001，13（1）：49-57.compressivestrengthofconcretepreparedwithrecycledaggregates[J].ConsteuctionandBuildingMaterials，2004，18（6）：461-468.第一作者：丁向群（1970-），男，教授，博士，主要从事高性能混凝[6]肖建庄，雷斌.再生混凝土耐久性能研究[J].混凝土，2008（5）：83.土研究。[7]丁向群，王钰，刑进，等.粉煤灰对混凝土干湿循环抗冻性能的影响[J].硅酸盐通报，2015（34）：19-20.联系地址：辽宁省沈阳市浑南新区沈阳建筑大学（110168）[8]刘军，李振国，田悦，等.低温条件下矿物掺合料对混凝土强度联系电话：13940020156··80