骨料品種對(duì)混凝土界面結(jié)構(gòu)及性能的影響獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

骨料品種對(duì)混凝土界面結(jié)構(gòu)及性能的影響獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘要：再生粗骨料的應(yīng)用既解決了建筑及市政拆除更新的垃圾處理問(wèn)題，又節(jié)約了自然資源，是一種可持續(xù)發(fā)展的綠色建材制品。但再生粗骨料的原材料來(lái)源受廢棄混凝土原始強(qiáng)度和使用環(huán)境、破碎工藝等因素影響較大，不同企業(yè)生產(chǎn)出的再生粗骨料土存在明顯的差異，目前國(guó)內(nèi)已有的研究成果的還不足以建立完善的技術(shù)指導(dǎo)體系。因此，再生粗骨料要真正達(dá)到大量應(yīng)用于實(shí)際工程中，無(wú)論是理論研究還是對(duì)施工技術(shù)的研究，都有諸多技術(shù)難題需要解決，尤其在對(duì)提高強(qiáng)度、耐久性能、結(jié)構(gòu)力學(xué)等方面還要進(jìn)行相關(guān)研究。

關(guān)鍵詞：骨料品種;混凝土;性能

00TU528.041

000A

引言

骨料是混凝土的主要組成材料，在混凝土中，骨料占其總體積的四分之三以上，骨料特性對(duì)混凝土的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生重要影響。骨料的化學(xué)和礦物組成以及表面結(jié)構(gòu)會(huì)影響水化產(chǎn)物特別是Ca（OH）2和鈣礬石（AFt）的成核生長(zhǎng)，從而影響界面過(guò)渡區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而導(dǎo)致界面過(guò)渡區(qū)的力學(xué)性能存在差異;另一方面骨料的形狀、表面結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)期吸水率也會(huì)影響水泥漿體的孔隙結(jié)構(gòu)。

1、試驗(yàn)

1.1、試驗(yàn)原材料

采用峨勝42.5中熱硅酸鹽水泥，宣威I級(jí)粉煤灰，北京冶建JG-3型緩凝高效減水劑及山西黃河的HJAE-A型引氣劑;5種人工骨料分別為灰?guī)r、玄武巖、砂巖、大理巖和花崗巖。

1.2、試驗(yàn)方法

把玄武巖、花崗巖、大理巖、板巖、砂巖加工成2.5～5.0mm粒級(jí)，作為8字?？估瓘?qiáng)度試驗(yàn)中混凝土“粗骨料”，將大理巖人工砂篩除大于2.5mm的顆粒后作為試驗(yàn)中混凝土“細(xì)骨料”，按照粉煤灰摻量35%，水膠比0.30，成型小尺寸混凝土8字?？估瓘?qiáng)度試件。試件成型后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至28d，采用CMT4304型30kN微機(jī)電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行8字模抗拉強(qiáng)度觀測(cè)。把各種巖性的粗骨料（灰?guī)r、玄武巖、砂巖、大理巖、花崗巖）加工成10mm×22mm×20mm規(guī)則塊狀體，成型時(shí)將飽和面干的骨料塊體置于8字模腰部，按照粉煤灰摻量35%、水膠比0.30，配制砂漿填充8字模，并與骨料塊體一同振搗密實(shí)，養(yǎng)護(hù)至28d，采用CMT4304型30kN微機(jī)電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行骨料-砂漿黏結(jié)抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。把顆粒尺寸在2.5～5mm范圍內(nèi)的不同巖性骨料，按照粉煤灰摻量35%，水膠比0.30，漿骨體積比為40%，成型40mm×40mm×40mm立方體小試塊，每組4塊，養(yǎng)護(hù)至28d，切片拋光后進(jìn)行顯微硬度測(cè)試，切片厚度為10mm。將大理巖、灰?guī)r、砂巖、玄武巖、花崗巖骨料5種骨料研磨至100μm以下。將1份水泥和4份去離子水按質(zhì)量比在500mL塑料瓶中混合，機(jī)械攪拌，得到水泥-去離子水懸濁液。將懸浮液放置4h之后，使用慢速濾紙過(guò)濾，得到的水泥溶液用塑料瓶密封保存，水泥溶液中含有鈣、鉀、鈉、鋁、硅、氫氧根離子和其他微量離子。采用250mL錐形瓶中，將25g骨料粉末分別懸浮置于150mL水泥溶液和150mL去離子水中。塞緊錐形瓶防止水分蒸發(fā)，緩緩地?fù)u動(dòng)錐形瓶混合以上懸浮液，然后在70℃的恒溫水箱中保存。到3、7、28、90d測(cè)試齡期，采用帶過(guò)濾裝置的醫(yī)用針筒抽取出5mL左右的溶液，采用ICP測(cè)試分析溶液中的金屬離子含量。

2、試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1、骨料-水泥漿體界面過(guò)渡區(qū)顯微硬度

不同骨料在混凝土中的界面顯微硬度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1可見(jiàn)，在距骨料界面100μm范圍內(nèi)，界面過(guò)渡區(qū)顯微硬度由高到低依次為灰?guī)r>砂巖>花崗巖>玄武巖>大理巖。鈣礬石的簇團(tuán)生長(zhǎng)以及Ca（OH）2晶體的擇優(yōu)生長(zhǎng)，使玄武巖和大理巖骨料界面過(guò)渡區(qū)增大，C/S明顯高于其他界面區(qū)，顯微強(qiáng)度明顯低于其他三種骨料?；?guī)r和砂巖界面區(qū)鈣礬石的簇團(tuán)生長(zhǎng)以及Ca（OH）2晶體的擇優(yōu)生長(zhǎng)情況較少，C/S相對(duì)較低，顯微強(qiáng)度較高。界面過(guò)渡區(qū)寬度由高到低依次為大理巖>玄武巖>花崗巖>砂巖>灰?guī)r，界面過(guò)渡區(qū)的寬度與粗骨料的吸水率相關(guān)。

2.2、骨料-水泥漿化學(xué)反應(yīng)

花崗巖在水中1dCa2+溶出較高，但少于砂巖、大理巖和灰?guī)r，后逐漸減少，SO32-溶出量大幅增加，7d后幅度較大，Na+、K+濃度隨齡期溶出量增加，56～90d劇增?；◢弾r在水泥中的Ca2+持續(xù)降低，28d加速降低，SO32-濃度持續(xù)增加。大理巖在水中1dCa2+溶出高，后逐漸減少，SO32-溶出量逐漸增加，大于砂巖，Na+隨齡期溶出量增加，早期溶出量小于砂巖、花崗巖，和玄武巖，與灰?guī)r類似，大理巖在水中K+少量溶出，溶出量少于砂巖、花崗巖和玄武巖，56d劇增。大理巖在水泥溶液中的Ca2+濃度持續(xù)下降，在水泥中的SO32-濃度隨齡期持續(xù)增加，增加明顯。

玄武巖與花崗巖類似，在水中1d時(shí)Ca2+溶出高，但少于砂巖、大理巖和灰?guī)r，后逐漸減少，SO32-溶出量逐漸增加，Na+隨齡期溶出量增加，早期溶出量與其他4種骨料相比增高，在水中的K+少量溶出，溶出量隨齡期變化較小，有減小趨勢(shì)。玄武巖在水泥中的Ca2+濃度隨齡期降低，后期保持恒定，表明與其他骨料相比玄武巖吸收水泥溶液中Ca2+的能力較弱。SO32-濃度持續(xù)增加，與花崗巖類似。研究的所有骨料都具有明顯的化學(xué)活性，但化學(xué)活性隨著骨料品種和浸泡骨料的溶液品種而變化。在水泥溶液和去離子水中，骨料化學(xué)反應(yīng)活性在7d內(nèi)增加。整體來(lái)看，砂巖和灰?guī)r是本研究骨料中活性最強(qiáng)的，骨料不僅吸附大量離子，也釋放離子，表明骨料表面發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。玄武砂、花崗巖以及大理巖在水泥溶液和水中都呈現(xiàn)出較低的化學(xué)活性。水泥溶液中的OH-離子濃度并不會(huì)受灰?guī)r骨料的影響。

整體來(lái)看，砂巖和灰?guī)r是本研究骨料中活性最強(qiáng)的，骨料不僅吸附大量離子，也釋放離子，表明骨料表面發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。玄武砂、花崗巖以及大理巖在水泥溶液和水中都呈現(xiàn)出較低的化學(xué)活性。水泥溶液中的OH-離子濃度并不會(huì)受灰?guī)r骨料的影響。結(jié)果顯示骨料比傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為的更具活性，可以預(yù)測(cè)骨料與水泥溶液之間會(huì)發(fā)生各種不同的化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)可能會(huì)對(duì)混凝土界面過(guò)渡區(qū)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。雖然砂巖的化學(xué)反應(yīng)最為強(qiáng)烈，界面過(guò)渡區(qū)最薄，界面性質(zhì)最好。但抗拉較高，黏結(jié)性能較高，表明界面過(guò)渡區(qū)更多與抗拉強(qiáng)度以及界面黏結(jié)性質(zhì)有關(guān)。

結(jié)論

（1）骨料與砂漿黏結(jié)強(qiáng)度與混凝土抗拉強(qiáng)度結(jié)果一致。界面性質(zhì)較好的砂巖和灰?guī)r混凝土中，骨料與漿體的結(jié)合情況良好，因而抗拉強(qiáng)度和黏接強(qiáng)度較高，而界面性質(zhì)較差的玄武巖和花崗巖混凝土，抗拉強(qiáng)度和黏接強(qiáng)度偏低。因此，混凝土抗拉強(qiáng)度和骨料與砂漿的黏接強(qiáng)度更多與混凝土的界面特征相關(guān)。（2）界面過(guò)渡區(qū)顯微硬度由高到低依次為灰?guī)r>砂巖>花崗巖>玄武巖>大理巖。界面過(guò)渡區(qū)顯微硬度與鈣硅比呈