高性能再生骨料混凝土的性能与微结构

对比２８ ｄ普通ＲＡＣ和ＨＰＲＡＣ水泥石基体的 微结构（见图１、图２）可知：普通ＲＡＣ结构疏松， 空隙较大较多，孔结构级配很差，而且有大量的氢 氧化钙和钙矾石结晶，显然这将对混凝土的力学性 能和耐久性构成不利影响；ＨＰＲＡＣ水泥石基体尽 管也有空隙，但孔径基本上都很小。从图２可以看 出：ＦＡ球形颗粒表面已经被侵蚀，其周围的水化反 应产物致密，因而极大地提高了混凝土的性能。
第３５卷第４期 ２００７年４月
硅酸盐学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＴＨＥ ＣＨＩＮＥＳＥ ＣＥＲＡＭＩＣ ＳＯＣＩＥＴＹ
Ｖ０１．３５，Ｎｏ．４ Ａｐｒ订，２００７
高性能再生骨料混凝土的性能与微结构
刘数华，阎培渝
（清华大学土木工程系建筑材料研究所，北京１０００８４）
摘要：通过制备系列配合比的普通再生骨料混凝土（ｒｅｃｙｃｌｅｄ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ＲＡｃ）和高性能再生骨料混凝土（１ｌｉ曲ｐｅｒｆｏｍａｌｌｃｅ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ａｇ铲ｅｇａｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ＨＰＲＡｃ），研究再生骨料取代量对混凝土性能和微结构的影响。结果表明：ＲＡＣ的力学性能和耐久性随着再生骨料取代量的增加而有所降 低，但ＨＰＲＡｃ仍具有良好的力学性能，并且抗渗性较高，具有抵抗３００次冻融循环的耐久性。ＨＰＲＡｃ水泥石基体较为密实，界面过渡区被致密的 水化产物填充，孔隙变小，氢氧化钙和钙矾石含量均较少。
２分析与讨论
２．１试验结果分析 从表４可以看出：ＲＡＣ的抗压强度随着ＲＡ取
代量的增加而降低，但降低幅度随龄期的延长而有 所减小，ＨＰＲＡＣ也有此规律，其２８ ｄ抗压强度最 低也超过７０ ＭＰａ，达到高强要求。ＲＡ取代量对抗 拉强度和抗折强度的影响与抗压强度基本一致。随 着ＲＡ取代量的增加，混凝土的弹性模量有所降低， 而极限拉伸值有所提高。
＜５
９９．７
＜５
９７．２
＜５
９９．５
＜５
９６．５
＜５
９９．７
＜５
９５．１
＜５
８８．２
＜５
７４．８
＜５
８４．７
＜５
７２．１
＜５
８０．６
＜５
６８．５
＜５
７７．８
＜５
６６．２
＜５
ＲＤＥＭ——＿Ｒｅｌａｔｉｖｅ ｄｙｎ砌ｉｃ ｅｌａｓｔｉｃ ｍｏｄｕｌｌｌｓ；ＷＬ——Ｗｅｉｇｈｔ ｌｏｓｓ．
图ｌ ＲＡｃ＿４水泥石基体的微结构
ｒｅｃｙｃｌｅｄ ａｇ目ｅｇａｔｅ
ｃｏｎｃｒｅｔｅ（ＨＰＲＡＣ），ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔ１１ｅ ｒ印ｌａｃｅｍｅｌｌｔ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ａｇ伊ｅｇａｔｅ ｏｎ ｐｒｏｐｅｎｉｅｓ ａｎｄ ｍｅ ｍｉｃｒｏｓ仃ｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｃｏｎｃｒｃｔｅ
ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｈｓ ｓｈｏｗ ｔ１１ａｔ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｎｉｅｓ ａ１１ｄ ｄ１１ｒａｂｉｌｊｔｙ ｏｆ ＲＡＣ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｍｅ ｒｅｐｌａｃｅ—
ｎａｍｒｅ ａｇｇｒｅｇａｔｅ
Ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ／ｗａｔｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉ０１１／
Ａｇｇ”ｇａｔ。ｍｍ
％
Ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ／ （ｋｇ．ｒｎ＿３）
ｃｍｓｈ ｉｎｄｅＸ／ ％
ＲＡ
５—３０
６．４３
１ ３４０
１４．９
ＮＡ
５—３０
Ｏ．４５
１ ４８０
１０．５
ＲＡ——Ｒｅｃｙｃｌｅｄ ａｇｇｆｅｇａｔｅ；ＮＡ———Ｎａ眦ａｇｇｒｅｇａｔｅ．
从表５可以看出：随着ＲＡ取代量的增加，渗 透系数逐渐增大，渗透性劣化，而ＨＰＲＡＣ的渗透 系数比普通ＲＡＣ低１个数量级，这说明其抗渗性大 大提高了。抗冻性试验表明：ＲＡ取代量越高，混 凝土的抗冻性越差，普通ＲＡＣｌ００次冻融循环全部 破坏，而ＨＰＲＡＣ能抵抗３００次冻融循环而不破坏， 这说明ＲＡＣ也可具有优异的抗冻耐久性。 ２．２ ＲＡＣ水泥石基体的微结构
ＬＩＵ Ｓｈｔｌ蛔ｄ，磁Ｎ Ｐｅｉ）ｍ （１１１ｓｔｉｔｌｌｔｅ ｏｆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｄｅｐａｎｍｅｍ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅ嘶ｎｇ，Ｔｓｉｎ曲ｕａ ｕｎｉｖｅｒｓｉ吼Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４，Ｃｈｉｎａ）
ｐｅ西啪ａｎｃｅ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｍｅ ｐｒ叩ｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｏｒｄｉｎａｒｙ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ（ＲＡＣ）ａｎｄ ｈｉｇｈ
ｏｆ ｎｙ ａＳｈ ｉｎ ｂｉｎｄｅｒ；ＲＡ／Ａ ｉｓ ｔｈｅ
ｂ砌ｅｒ ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ａｇｇｒｅｇａｔｅ；Ｍａｓｓ矗ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓＦ胍ｄ ＦＡ ｉｎ
ｉｓ
ｆｂｎｎ柚ｃｅ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ａｇ乎－ｅｇａｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ．
万方数据
·４５８．
２．３ ＲＡＣ界面过渡区的微观分析 在骨料、水泥石和界面过渡区３相中，普通混
凝土与ＲＡＣ最大的差异是界面过渡区，界面过渡区 在很大程度上决定着两者的性能差异【５Ｊ。
由图３与图４可知：ＲＡ取代量为０时，２８ ｄ 普通混凝土的界面过渡区有大量的氢氧化钙定向结 晶，且尺寸较大；２８ ｄ ＨＰＣ的界面过渡区非常密实， 没有氢氧化钙和钙矾石晶体（图３和图４中出现的裂 缝可能是由于取样时敲击造成的）。显然，相对于普 通混凝土，ＨＰＣ的界面过渡区有了极大的改善，从 而也提高了其强度和耐久性能。
２．０４
Ｏ．５２
Ｏ．４５ Ｏ．５８
２．２６
ＦＡ
５６．０３ ２４．８５
３．６５
４．１０
１．３ｌ
Ｏ．５２
２．１７
ｃ——ｃ锄ｅｎｔ；ｓＦ—ｓｉｌｉｃａ触ｌｅ；ＦＡ—Ｆｌｙ嬲ｈ；几—＿Ｉ鲥ｔｉｏｎ ｌｏｓｓ．
表２再生骨料与天然骨料的物理性能 Ｔａｂｌｅ ２ Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｎｉｅｓ ｏｆ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ａｎｄ
硅酸盐学报
２００７年
表５ ２８ｄ时ＲＡＣ的耐久性 Ｔａｂｌｅ ５ Ｄｕｒａｂｍｔｙ ｏｆＲＡＣ ａｔ ２８ｄ
Ｓｍｐｌｅ
Ｐｅ衄ｅａｂｉｌｉｔｖ
ｃｏｅｍｃｉｅｎｔ
×１０９／（ｃｍ·ｓ＿１）
Ｆｒｅｅｚｉｎｇ＿ｍａｗｉｎｇ ｃｙｃｌｅｓ
１００ＤＥ＾正，％ＷＬ／％ＲＤＥ～∥％ＷＬ／％ＲＤＥｈ【，％ＷＬ舭
Ｆｉｒｓｔ ａｕｔｈｏｒ：ＬＩＵ Ｓｈｌｌｈｕａ（１９７８—），ｍａｌｅ，ｄｏｃｔｏ￡
Ｅ－ｍａｎ：ｓｈｌｉｕ＠ｔｓｉｎ曲ｕａ．ｅ血．ｃｎ
万方数据
第３５卷第４期
刘数华等：高性能再生骨料混凝土的性能与微结构
研究ＲＡ取代量对混凝土强度、弹性模量、极限拉 伸值和耐久性等性能的影响，分析ＲＡＣ的水泥石 基体和界面过渡区的微结构，建立ＲＡＣ的性能与微 结构的关系。
再生骨料混凝土（ｒｅｃｙｃｌｅｄ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ， ＲＡＣ）是利用旧建筑物上拆下来的废弃混凝土块，经 过清洗、破碎、筛分和按～定比例相互配合后，作 为部分或全部骨料重新拌制的混凝土。ＲＡｃ是对废 旧混凝土的再加工，使其恢复（或部分恢复）原有的 性能，成为新的建材产品【ｌ Ｊ。
高性能混凝土（ｈｉ曲ｐｅｒｆｏｍａｎｃｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ＨＰＣ）
１试
验
１．１原材料 试验采用的４２．５普通硅酸盐水泥（ｃｅｍｅｎｔ，Ｃ）、
硅粉（ｓｉｌｉｃａ如ｍｅ，ＳＦ）和粉煤灰（ｆｌｙ ａｓｈ，ＦＡ）主要化 学成分如表１所示。ＦＡ ４５ ｕｍ筛的筛余为１０．４％、 需水量为９９％，为ＩＩ级灰。ＲＡ与天然骨料（ｎａｔｕｒｅ ａｇｇｒｅｇａｔｅ，ＮＡ）相比，具有孔隙率高、吸水性大、强 度低等特征，如表２所示。细骨料为河砂，外加剂 为高效减水剂ＦＤＮ。为了提高混凝土的抗冻耐久性， 还需加入一定量的引气剂【４Ｊ，试验中为ＦＳ引气剂。
ＨＰＣ形成高性能再生骨料混凝土（ｈｉ曲ｐｅｒｆｏ胁ａｎｃｅ
ｒｅｃｙｃｌｅｄ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ＨＰＲＡＣ），同样具有普通 ＨＰＣ的优良力学性能和耐久性，同时与我国的环境 保护、生态保护政策和可持续发展战略紧密地结合 起来，走人与自然协调发展之路，是混凝土发展的 方向【３】ｏ
通过配制系列配合比的普通ＲＡＣ和ＨＰＲＡＣ，
收稿日期： ２００６－１０＿１０。
修改稿收到日期：２００７＿０ｌ＿０４。
基金项目： 硅酸盐材料工程教育部重点实验室（武汉理工大学）开放课题
基金（ｓＹｓＪＪ２００６＿０２）资助项目。
第一作者： 刘数华（１９７８～），男，博士。
Ｒ∞ｅｉｖｅｄ ｄａｔｅ：２００“ｌｏ－１０．
ＡｐｐｒｏＶｅｄ ｄａｔｅ：２００７＿０１＿０４
ＲＡＣ—ｌ ＲＡＣ一２ ＲＡＣ一３ ＲＡＣ＿４ ＨＰＲＡＣ—ｌ ＨＰＲＡＣ一２ ＨＰＲＡＣ一３
ＨＰＲＡＣｏ
３．４９ ３．５７ ３．６８ ３．８７ Ｏ．１８８ Ｏ．１９８ ０．２０５ Ｏ．２２５
８１．５
＜５
５３．２
＞５
７５．９
＜５
４９．４
＞５
７４．１
＜５
４７．１
＞５
６８．６
＜５
“．６
＞５
９９．８
＜５
９７．８
Ｔａｂｌｅ １
表１水泥、硅粉和粉煤灰的化学成分
Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ＇ｓｉ№ａ ｆｕｍｅ ａｎｄ
ｎｙ ａｓｈ
ｗ／％
Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｉ０２ Ａ１２０３ Ｆｅ２０３ ＣａＯ ＭｇＯ Ｓ０３
儿
Ｃ
２３．３５
７．９２
４．０３
５５．７６
２．０９
２．８２
３．１６
ＳＦ
９２．８０
ｓｉｔｉｏｎ ｚｏｎｅ ｉｓ ｆｉｌｌｅｄ ｗｉｍ ｃｏｍｐａｃｔｅｄ ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｐｏｒｅｓ ｂｅｃｏｍｅ ｓｍａｌｌ，ａｎｄ ｍｅｒｅ ａｒｅ ｌｉｔｔｌｅ ａｍｏｕｎｔｓ ｏｆ ｃａｌｃｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ ａｎｄ