[摘要] 旨在研究掺有防冻剂的再生混凝土的抗冻性能,即负温养护对掺有YJ - 4 型防冻剂的再生混凝土质量的影响,质量用抗压强度表示. 同时研究了掺有YJ - 4 型防冻剂的再生混凝土在标准条件养护下的强度,以及抗冻融循环能力,并与未掺任何外加剂的再生混凝土进行了比较.
关键词:防冻剂;再生混凝土;抗冻性能;冻融循环
对混凝土废弃骨料的研究可以追溯到第二次世界大战末期[1 ] ,但一直以来研究者们都是对废弃骨料的性质特征较感兴趣,也就是说,大多数的研究主要是集中在研究再生混凝土的力学性能上,对再生混凝土的耐久性能的研究却少之又少. 而在结构破坏的案例中,诸多破坏是因为混凝土的耐久性能达不到要求而引起的,所以,在对再生混凝土做系统研究的过程中,研究它的耐久性是势在必行的. 防冻剂在北方地区的混凝土施工中应用甚广,其有效物质掺量有时达水泥重的8 %～10 % ,远远超过其他外加剂,也超过了国际上关于外加剂掺量5 %的限值,因此掺防冻剂混凝土的耐久性能受到工程界的关注[2 ] . 对再生混凝土来说,当投入生产使用后,在冬季施工的恶劣环境中,用防冻剂来改善它的耐久性能也是非常有意义的. 抗冻性能是耐久性能的重要组成部分,要使结构的耐久性满足要求,首先抗冻性能就必须满足要求. 本文旨在通过实验,研究掺防冻剂的再生混凝土的抗冻性能,并与未掺防冻剂的再生混凝土的抗冻性能做比较.
1 实验原材料及方案
1. 1 原材料
水泥:湖南湘乡水泥厂生产的32. 5R 普通硅酸盐水泥;细骨料:天然砂;粗骨料:全部采用再生骨料,
为湘潭大学旧道路路面混凝土,拆除的旧房屋结构构件及检测中心的强度等级不一致的废弃混凝土经破碎后的废气骨料. 骨料分为5～10 mm、10～20 mm、20～30 mm、30～40 mm 四个粒径备用. 防冻剂: YJ - 4混凝土高效防冻剂,为北京纽维讯建筑工程技术有限公司生产,相比起其它防冻剂高达5 %的掺量来说,YJ - 4 型防冻剂不仅有掺量低的优点,最重要的是其经济效益也是可观的. 在普通混凝土中其最优掺量仅为水泥重的1 %. YJ 4 型防冻剂的技术指标如表1 所示:
1. 2 试验方案
本文旨在研究以下几个方面:1) 再生混凝土的最优及最劣防冻剂掺量;2) 掺防冻剂的再生混凝土在标准条件下养护28 d 的强度;3) 掺防冻剂的再生混凝土在负温下养护的强度发展规律;4) 掺防冻剂的再生混凝土由负温养护转入正温养护28 d 后的强度;5) 再生混凝土抗冻融循环的能力;6) 掺防冻剂的再生混凝土与未掺防冻剂的再生混凝土抗冻性能的比较.
2 实验结果及分析
2. 1 实验结果
2. 1. 1 再生混凝土的适宜防冻剂掺量
对普通混凝土来说,YJ 4 型防冻剂的掺量为水泥重的1 %时最佳, (在实际工程中应用) 而对再生混凝土来说,其掺量却是个未知数. 而对大型的工程项目来说,合理的防冻剂掺量不仅是工程质量的保证,也是经济效益的保证. 因此本文研究了设计强度等级为C30 ,这是掺有不同剂量防冻剂的再生混凝土在- 10 ℃下养护28 d 的强度情况,设计剂量同样在1 %左右浮动,这是因为再生混凝土与普通混凝土具有相同的化学成分和宏观结构,只是在微观结构上两者存在这是差异. 实验结果如表2 所示:
从表2 结果可以看出,防冻剂掺量影响再生混凝土的强度,当掺量为1 % ,再生混凝土的强度为最高,而当掺量为1. 2 %时,强度为最低. 强度并不是随着防冻剂掺量的增加而升高的,单纯的增加防冻剂的掺量也不能使再生混凝土的强度提高,降低防冻剂的掺量不一定会使强度降低. 在通常情况下,我们就认为1 %为再生混凝土最适宜防冻剂掺量.
2. 1. 2 掺防冻剂的再生混凝土在标准条件下养护28 d 的强度规律
未掺防冻剂的再生混凝土在标准条件下养护28 d 基本上可以达到设计强度. 而众所周知,防冻剂是在低温状态下能够提高混凝土抗冻能力,那么在正温养护状态下,防冻剂会不会使再生混凝土的强度降低? 本文将设计等级为C20、C30、C40 ,防冻剂掺量均为水泥重1 %的再生混凝土试块在标准条件下养护28 d ,得到其强度结果如表3所示.
由表3 的结果可知,防冻剂不会使再生混凝土在标准条件下养护28 d 的强度降低,甚至其强度还
要高于设计强度,这是由于防冻剂的具有较强的减水能力,使得制成的再生混凝土试块的实际水灰比低于其设计水灰比,因而其强度也高于设计强度.
2. 1. 3 掺防冻剂的再生混凝土在负温下养护的强度发展规律
在大型的结构工程中,模板的周转率对工期就显得极其重要. 规范规定,只能当混凝土的强度达到一定强度时方可以拆除模板. 在冬季施工中,因为负温下强度发展非常缓慢,所以模板的周转周期势必会加长. 为了缩短工期,唯一有效的方法就是使混凝土具有较高的早期强度. 而在提高早期强度的方法中,掺加外加剂无疑是既经济又简捷的. 所以在冬季施工中,就大量的运用了早强剂和防冻剂. 本文就研究了掺有防冻剂而一直在- 10 ℃养护的再生混凝土的强度发展情况,得到实验结果如表4 所示∶
从表4 可以看出,掺防冻剂的再生混凝土在负温下强度一直在增长,但增长速度并不十分快,也没有明显的转折点. 这说明水泥水化仍然在进行,再生混凝土强度在负温下仍持续增长. 在这里我们只是针对了一个设计强度等级的再生混凝土进行研究,作为其典型,对其它强度等级的研究也正在进行.
2. 1. 4 掺防冻剂的再生混凝土由负温养护转入正温养护28 d 后的强度
未掺防冻剂的再生混凝土由负温转入正温养护后,其质量损失并不能弥补,即转入正温养护后其
强度也不能达到设计强度. 为了摸清掺有防冻剂的再生混凝土的此项规律,将设计强度等级为C30、掺有防冻剂(水泥重1 %) 的再生混凝土在- 10℃下分别养护3、7、12 、18 、21 、28 d 后取出,继续在标准情况下养护28 d ,得到的强度如表5 所示:
由表5 可以看出,由负温转入正温养护后再生混凝土的强度仍然高于设计强度,负温养护对掺有防冻剂的再生混凝土并不能造成质量损失. 由此可见,在我国北方地区,防冻剂可以为冬季施工提供很大的帮助.
2. 1. 5 再生混凝土抗冻融循环的能力
混凝土的早期受冻有两种不同的类型,一种是一次冻结. 即原来为正温的混凝土,冷却至0 ℃以下后,即处于稳定的负温状态. 另一种是反复冻融,即随着气温的变化,混凝土的温度一昼夜内在正负交替变化,前者多发生在寒冷地区的冬季,后者则发生在初冬或初春或冬季不太冷的地区[4 ] . 将设计等级为C20、C30、C40 的再生混凝土试块在标准条件下养护28 d 后,使试块吸水饱和进行冻融循环,得到试验结果如表6 所示:
从以上数据可以看出,经过50 次冻融循环的再生混凝土,重量都没有任何损失,而强度会有不同程度的变化. 未掺防冻剂的再生混凝土,遭受多次冻融循环后,会有一定程度的强度损失,掺有防冻剂的再生混凝土遭受多次冻融循环后强度基本上不发生变化. 但是设计强度等级为C20 的再生混凝土显然是在寒冷地区是不适用的. 即用于抵抗冻融循环的再生混凝土最低强度设计等级应为C30.
2. 1. 6 掺防冻剂的再生混凝土与未掺防冻剂的再生混凝土抗冻性能比较
对掺有防冻剂的再生混凝土来说,受冻之前不经养护直接受冻也能使后期强度不受影响(参见表4) . 对未掺防冻剂的再生混凝土,我们用表7 来表示它在遭受到一次冻结后其强度发展规律:
从表7 可以看出,未掺防冻剂的再生混凝土如果在受冻之前没有养护,它受冻后的强度损失会非常严重,即使受冻之前经过了养护,其强度也会有不同程度的损失. 而表2表明掺防冻剂的再生混凝土即使受冻28 d后强度也会继续增长,表5 又告诉我们由负温转入正温养护后再生混凝土的强度不会遭受到任何损失.
2. 2 实验结果分析
关于混凝土的破坏机理,30 年代,Taber 提出了结晶压力假说,40 年代,T. C. Power 提出了静水压假说及渗透压假说,迄今为止,关于混凝土冻融破坏机理—破坏压力的起因也还是众说纷坛. 不过,混凝土受冻破坏是由于混凝土体内毛细孔中可结冰水结冰,引起体积膨胀,从而产生内水压力导致混凝土的内部受力破坏的,这一点是大家所接受的. 再生混凝土的破坏机理也在于此.
在对YJ 4 型防冻剂的研究中,将水与防冻剂按比例混合后放入- 10 ℃下受冻,发现水已经结冰,
由此可知,YJ 4 型防冻剂也并不是靠降低水的冰点来达到提高再生混凝土抗冻性能的目的的. 而是靠它的减水作用及引气作用来达到目的. 由引气剂引入的气泡多为球形状态,在通常情况下,由于它的相对独立性,不会被水所充满,因此绝大部分体积为空气所占据,水则主要位于毛细孔内. 当混凝土毛细孔中能够容纳的可冻水含量达到某一极限值时,结冰引起的膨胀将使毛细孔空间全部为冰所充满,含水量超过此极限值后,毛细孔则无法完全容纳结冰后水的体积,因而产生了极大的内压力. 在这个压力的作用下,孔中还没有结冰的水分将通过水泥石中的微孔向外排出,此时,空气泡便发挥了作用[5 ] . 空气易于压缩,气泡自然成了接受水分的“蓄水池”,由于气泡的“卸压”作用,转移了冻结时毛细孔内无法容纳的水分,减少了内压,使再生混凝土在同等含水量的情况下免遭破坏. 而YJ 4 型防冻剂又具有良好的减水效果,在“减水”及“卸压”的双重作用下,它提高了再生混凝土的抗冻性能.
3 结 论
通过对掺加防冻剂的再生混凝土进行抗冻性能的分析,可以发现YJ 4 型防冻剂对提高再生混凝土的抗冻性能起着很重要的作用. 在它的作用下,一直处于负温状态的再生混凝土的强度可以持续增长且质量不会遭受任何损害,一旦转入正温养护,强度甚至可以超过设计强度;一直在标准条件下养护的再生混凝土也有较高的质量,28 天强度也高于设计强度;同时,YJ 4 型也能提高再生混凝土的抗冻融循环能力. 所以,如果要将再生混凝土投入到冬季施工中去,掺加防冻剂无疑为最好的选择.
参考文献
[1 ] Olorunsogo F T , padayachee N. Performance of recycled aggregate concrete
monitored by durability indexes[J ] . Cement and concrete Research ,2002 ,32 :179 - 185.
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Xiang Zhuxing. Study on durability of concrete with antifreeze [J ] . Architectural technology ,
1982 (10) :19 - 20 ,31.
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[4 ] 项翥行. 普通混凝土的早期抗冻能力研究[J ] . 建筑技术,1992 (10) :30.
Xiang Zhuxing. Study on early frost resistance of concrete[J ] . Architectural technology , 1992(10) :30.
[5 ] 李天瑗. 混凝土抗冻性初探[D] . 湖南大学硕士研究生毕业论文. 1984.
Li Tianyuan. Preliminary study on anti - frozen performance of concrete[D] . Master’s paper of Hunan University. 1984.
