再生粗集料混凝土界面微观结构的发展规律.pdf

第 1 5卷第 3期 2 0 1 2年 6月 建筑材料学报 J OURNAL OF B UI L DI NG MATE RI ALS Vo1 ．1 5， NO ．3 J u n ． ， 2 0 1 2 文章编号 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 2 0 3 - 0 3 4 0 0 5 再 生粗 集料 混凝 土界面微观 结构 的发展 规律 耿 欧 ， 陈 辞 ， 顾 荣军。 ， 郑靖靖 ， 柴博士 1 ． 中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程 国家重点实验室 ， 江苏 徐州 2 2 1 1 1 6 ； 2 ． 中国矿业大学 力学与建筑工程学 院， 江苏 徐州 2 2 1 1 1 6 ； 3 ． 常州建筑科学研究院有限公司 ， 江苏 常州 2 1 3 0 0 2 摘要 分别制作相 同配合 比的再 生粗集料 混凝土和普通混凝土试件． 在养护龄期为 3 ， 7 ， 1 4 ， 2 8 d 时 ， 将再 生粗 集料 混凝 土试件 切 割 ， 取 样 ， 然后 对 其 内部 不 同界 面微 观 结 构 进 行 扫描 电镜 观 测 ； 同 时对再生粗集料混凝土和普通混凝土试件进行了抗压强度试验 ， 观察 了加 载后再生粗 集料混凝土 试件 内部裂纹 的分布情况。 结果表明 随着龄期的增长， 再生粗 集料混凝土各个界 面过渡区都有不 同程 度 的发展 ； 天然粗 集料一 新砂 浆界 面过 渡 区发展 相 对缓慢 ； 再 生粗 集料 中老砂 浆一 新 砂 浆界 面发 展较 快 ， 老砂 浆 与新砂 浆 结合较 好 ； 再 生粗 集料 中天 然粗 集料 一 老砂 浆 界 面 为 混凝 土 浇 筑前 已存 在 的界 面， 并且存在着一定数量的微裂缝． 再生粗集料混凝土 3 d抗压强度略 高于普通混凝土 ， 7 ， 1 4 ， 2 8 d抗压 强度 则与普 通 混凝 土基 本 相 当． 荷 载 作 用 下 ， 再 生 粗 集料 混 凝 土 内部 裂 纹 主要 分布 在 天 然粗 集料一 新 砂 浆界 面 以及 天 然粗 集料一 老 砂浆 界 面处． 关键 词 再 生粗 集料 混凝 土 ； 界 面微 观 结构 ； 界 面过 渡 区 ；抗 压 强度 中 图分类 号 TU5 2 8 ． 0 文 献标 志码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 7 9 6 2 9 ． 2 0 1 2 ． 0 3 ． 0 0 9 De v e l o p me nt La w o f I n t e r f a c i a l M i c r o s c o p i c S t r u c t u r e i n Re c y c l e d Co a r s e Ag g r e g a t e Co n c r e t e GENG Ou ， CHEN Ci ， GURo n g j u n。 ， ZHENG J i n g - j i n g。 ， CHAI Bo s h i 1 ． S t a t e Ke y La b o r a t o r y f o r Ge o me c h a n i c s a n d De e p Un d e r g o u n d En g i n e e r i n g ，C h i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g Te c h n o l o g y ，Xu z h o u 2 2 1 1 1 6，Ch i n a ；2 ． S c h o o l o f Me c h a n i c s a n d Ci v i l En g i n e e r i n g，Ch i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g＆ Te c h n o l o g y ，Xu z h o u 2 2 1 1 1 6，Ch i n a 3 ． Ch a n g z h o u I n s t i t u t e o f Bu i l d i n g S c i e n c e Co ．， Lt d ． ，C h a n g z h o u 2 1 3 0 0 2，Ch i n a Ab s t r a c t Re c yc l e d c oa r s e a g gr e ga t e c on c r e t e a nd o r d i na r y c on c r e t e s p e c i me ns we r e p r e pa r e d wi t h t he s a m e mi x pr o po r t i o n．The r e c y c l e d c o a r s e a g gr e g a t e c o nc r e t e wa s s l i c e d a nd s a mpl e s we r e t a ke n a t t h e a ge o f 3， 7，1 4，2 8 d， a nd t he n t he i r i n t e r f a c i a l mi c r o s c o pi c s t r uc t ur e s we r e ob s e r v e d b y SEM ． The c o m pr e s s i ve s t r e n gt h o f r e c y c l e d c o a r s e a g gr e g a t e c on c r e t e a n d o r di n a r y c o nc r e t e s p e c i m e ns we r e t e s t e d u nde r a xi a l l o a d i n g ．Th e d i s t r i b u t i o n o f i n t e r n a l c r a c k s i n r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e c o n c r e t e wa s a l s o a n a l y z e d ． I t i s c o n c l u d e d t h a t wi t h t h e a g e i n c r e a s i n g，e a c h i n t e Ha c i a l t r a n s i t i o n z o n e I TZi n r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e c o nc r e t e ha s a c e r t a i n de g r e e o f d e v e l o pme n t ． The d e v e l o p m e n t o f I TZ b e t we e n n a t ur a l c o a r s e a g gr e g a t e a nd n e w mor t a r i s r e l a t i v e l y s l o w． The d e v e l o pme nt of I TZ be t we e n ol d an d n e w mor t a r i n r e c yc l e d c oa r s e a g gr e g a t e i s t h e b e s t ． An d t he I TZ b e t we e n na t ur a l c o a r s e a gg r e g a t e a n d o l d mor t a r i n r e c y c l e d c o a r s e a g gr e g a t e o r i gi n a l l y e xi s t s wi t h s ome c r a c ks ． Co m p r e s s i v e s t r e ng t h of r e c y c l e d c o a r s e a g g r e ga t e c o nc r e t e i s s l i g h t l y h i g h e r t h a n t h a t o f o r d i n a r y c o n c r e t e a t t h e a g e o f 3 d，a n d e q u a l a t t h e a g e o f 7 ，1 4 ，2 8 d ．Th e i n 一 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 1 一 l 1 ；修 订 日期 2 0 1 1 一 O 3 2 8 基金项 目 国家 自然科 学基金资助项 目 5 0 8 0 8 1 7 3 第一作者 耿欧 1 9 7 3 一 ， 男 ， 安徽萧县 人 ， 中国矿业 大学教 授 ， 博 士． 主要从 事钢 筋混凝 士结 构耐 久性 方 面的研 究． E - ma i l o u g e n g c u mt ． e d u ． a n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 耿 欧 ， 等 再生粗集料混凝 土界面微观结构 的发展规律 3 4 1 t e r n a l c r a c k s i n r e c y c l e d c o a r s e a g gr e g a t e c o nc r e t e a r e m a i nl y d i s t r i but e d i n t he I TZ b e t we e n n a t ur a l c o a r s e a gg r e g a t e a nd n e w m o r t a r a nd t h e I TZ b e t we e n na t u r a l c o a r s e a g gr e g a t e a n d ol d mo r t a r ． Ke y wo r d sr e c yc l e d c o a r s e a gg r e ga t e c onc r e t e；i n t e r f ac i a l mi c r o s c o pi c s t r u c t u r e；i nt e r r a c i a l t r a ns i t i o n z o ne I TZ ；c o mp r e s s i v e s t r e n g t h 随着 我 国城市 化进 程 的不 断 加 快 ， 废 弃 混 凝 土 量 也在 快速 增长 ． 据初 步 统计 ， 目前 我 国每 年废 弃 混 凝土量约在 4 0 0 0 万 t 以上I 1 ] ． 如此大量的废弃混凝 土引发了一系列的环保问题 ， 而另一方面 ， 新建混凝 土 工程 所必 需 的砂 、 石 等 天然 原 料 又 需 要 从 环 境 中 重新 获 取． 因此 ， 废 弃 混凝 土 的 回收 再利 用对 保 护 自 然环境、 节约能源 、 促进建筑业可持续发展都有十分 重要 的 意义 ] ． 目前 国内外对 再生 粗集 料 混凝 土 的研究 逐 渐增 多 ， 但 对 再生 粗集 料 混凝 土 界 面 结 构 微 观 特 征 及耐 久性 等 方面 的研 究 仍 有 不 少欠 缺． 再 生 粗集 料具 有 孔隙率大、 吸水率高、 强度低等特点_ 5 ] ． 再生粗集料 与水泥浆体之间的界面状态将直接关系到新拌混凝 土 的微 观结构 和 耐久性 能 L 7 ] ． 普通混凝 土一般 被看 成 三相[ 1 。 。 天然粗 集料 相 、 砂 浆 相 以及 天 然粗集 料一 砂 浆 界 面 图 1 a 中界 面 1 过 渡 区 相． 从 强 度 方 面 看 ， 天 然粗 集 料 的强 度 最高 ， 其 次 是 砂浆 ， 而 天然 粗 集 料一 砂 浆 界 面过 渡 区 的强度 最 弱 ， 因此 天然粗 集料 一 砂浆 界 面过 渡 区是 影 响混凝 土 强度 和耐 久性 能 的 主要 因素口 ． 界 面 过 渡 区的形成主要是在混凝 土拌和过程 中， 粗集料表面 首 先形 成几 微 米厚 的水 膜 ， 此 处 普 通 硅 酸 盐 水 泥 形 成水化产物 钙矾石和氢氧化钙 晶核 ， 然后晶体长 大 ， 形成 了呈 网格 结 构 的较 为 疏松 的界 面过 渡 区． 之 后 ， C a ， A1 ， S O 一 等 离 子 可 以 逐 渐 进 入 此 区域 中 ， 生 成 尺 寸 较 小 的 GS _ H 凝 胶 等 物 质 ， 这 在 一 定 程度上改善 了过渡区的密实度口 ． 与 普通 混凝 土 相 比 ， 再 生 粗 集 料 混凝 土 内 部 界 面结 构更 为 复 杂I 1 。 。 ． 再 生 粗 集 料 混凝 土 内 部界 面 可分 为 3种 天然 粗 集料一 新砂 浆 界 面 图 l b 中界 面 2 ； 再生 粗集 料 中老砂 浆一 新 砂浆 界 面 图 l b 中 界 面 3 ； 再 生 粗集 料 中天然 粗 集 料一 老 砂浆 界 面 图 1 b 中界 面 4 ． 本文通过扫描电镜观察分析不同龄期再生粗集 料混 凝 土 内 3 种 界 面 微 观 结 构 ， 从 而 为 再 生 粗集 料 混凝 土 耐久性 能 研究 奠定 理论 基础 ． a O r d i n a r y c o n c r e t e b Re c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e c o n c r e t e 图 1 混凝土 内部界 面 Fi g．1 I nt e r f ac e s i n c o nc r e t e 1试 验 纂 禀 萋 言 薹 篓 1 ． 1 原材料 经人工破碎 、 清洗 、 筛分获得． 按照 J G J 5 2 2 O 6 普 水 泥 C 采 用 4 2 ． 5 R 普 通 硅 酸盐 水 泥 ； 拌 和 水 通 混凝 土 用 砂 石 质 量 及 检 验 方 法 标 准 ， 对 粗 集 料 w 采用 自来水 ； 细集料 S 为天然 中砂 ； 天然粗集 A 的基本性能进行 了测试 ， 结果如表 1 所示． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 4 4 建筑材料学报 第 1 5卷 [2] [3] [ 4] [5] [6] [7] [8] [9] L I Yi n g ， XU S h a o h u a ． Th e s t u d y o f c o n s t r u c t i o n w a s t e [ J ] ． Co n s t r u c t i o n Te c hn o l o g y， 2 0 0 7， 3 6 S 4 8 0 4 8 3 ． i n Chi n e s e 梅迎军 ， 郑 建华． 再生 混凝土 集料研究进 展 F J ] ． 混 凝土 ， 2 0 1 0 1 8 9 9 3 ． ME I Yi n g - j u n ， Z HE NG J i a n - h u a ． P r o g r e s s o n r e c y c l e d c o n c r e t e a g g r e g a t e [ J ] ． C o n c r e t e ， 2 0 1 0 1 8 9 9 3 ． i n C h i n e s e 肖建庄 ， 孙 振平 ， 李佳 彬． 废 弃混 凝 土破 碎及 再生 工 艺研 究 [ J ] ． 建筑技术 ， 2 0 0 5 ， 3 6 2 1 4 1 1 4 4 ． XI AO J i a n z h u a n g，SUN Z h e n p i n g，LI J i a b i n．S t u d i e s o n c r u s h i n g a n d r e g e n e r a t i n g t e c h n o l o g y o f wa s t e c o n c r e t e [ J ] ． Ar c h i t e c t ur e Te c h no l o gy。 2 0 05， 3 6 2 1 41 1 4 4 ． i n Ch i n e s e SALOM ON M L， PAU L O H ．Du r a b i l i t y o f r e c y c l e d a g g r e g a t e s c o n c r e t e A s a f e w a y t o s u s t a i n a b l e d e v e l o p me n t [ J ] ． Ce me n t a n d Co n c r e t e Re s e a r c h。 2 0 0 4， 3 4 1 1 1 9 7 5 1 9 8 O ． 周栋梁 ， 周伟玲 ， 林玮． 关 于再生混凝 土强度计 算公式 的试验 研究[ 刀． 混凝 土， 2 0 0 9 1 2 8 - 1 0 ． ZH OU Do n g l i a n g， ZHOU W e i l i n g， LI N W e i ．Ex p e r i m e n t a l s t u d y o n f o r mu l a f o r c a l c u l a t i n g t h e s t r e n g t h o f r e c y c l e d c o n c r e t e [ J ] ． C o n c r e t e ， 2 0 0 9 1 2 8 - 1 0 ． i n C h i n e s e KATZ A． Pr o p e r t i e s o f c o nc r e t e m a d e wi t h r e c y c l e d a g gr e g a t e f r o m p a r t i a l l y h y d r a t e d o l d c o n c r e t e [ J ] ． C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 0 3， 3 3 5 7 0 3 7 1 1 ． 魏应乐． 再生混 凝土 的耐久性 及控 制措施 研究 [ J ] ． 混 凝土 ， 2 0 1 0 1 8 1 - 8 5 ． W EI Yi n g l e ． S t u dy o n d ur a bil i t y a nd q u a l i t y c o nt r o l f o r r e c y c l e d c o n c r e t e [ J ] ． C o n c r e t e ， 2 0 1 0 1 8 1 8 5 ． i n C h i n e s e 万惠文 ， 徐金龙 ， 水中和． 再生混凝土 I TZ结 构与性 质的研究 口] ． 武汉理工大学学报 。 2 0 0 4 ， 2 6 1 1 2 9 3 2 ． W AN Hu i we n， XU J i n l o n g， S HUI Zh o n g h e ．S t u d y o n t h e s t r uc t u r e a n d p r o p e r t i e s o f i n t e r f a c i a l t r a n s i t i o n z o n e I TZo f t h e r e g e n e r a t e d c o n c r e t e [ J ] ． J o u r n a l o f Wu h a n Un i v e r s i t y o f Te c h no l o g y， 2 0 04， 2 6 1 1 2 9 3 2 ． i n Ch i n e s e 董淑慧 ， 张宝 生 ， 葛 勇． 轻骨料 一 水泥石 界面 区微 观结 构特 征 [ J ] ． 建筑材料学报 ， 2 0 0 9 ， 1 2 6 7 3 7 7 4 0 ． DONG S h u hu i ， ZHANG Ba o s he n g． GE Yo n g ．M ic r o s t r u c t u r e c ha r a c t e r i s t i c s o f i n t e r r a c i a l t r a ns i t i o n z o n eI TZ b e 一 [ 1 O ] [ 1 1 ] [ 1 2 3 [ 1 3 ] [ 1 4 ] [ 1 5 ] [ 1 6 ] t we e n l i g h t we i g h t a g g r e g a t e a n d c e me n t p a s t e [ J ] ． J o u r n a l o f Bu i l d i n g Ma t e r i a l s ，2 0 0 9， 1 2 6 7 3 7 7 4 0 ． i n Chi n e s e 魏国强 ， 詹炳根， 孙 道胜 ． 混凝 土集料一 浆体界面过渡 区微 观结 构表征技术综述 [ J ] ． 安 徽建 筑工业 学 院学报 ， 2 0 0 8 ， 1 6 4 8 O 85 ． W EI Gu o q i a n g， ZHAN Bi n g g e n， S U N Da o s h e n g ． Re v i e w o n c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e I TZ’ s mi c r o s t r u c t u r e b e t we e n bu c k p a s t e a n d a g g r e g a t e i n c o n c r e t e [ J ] ． J o u r n a l o f An h u i I n s t it u t e o f Ar c hi t e c t u r e I n d u s t r y， 2 0 0 8， 1 6 4 8 0 8 5 ． i n Ch i n e s e LEEM ANN A ， M U NCH B， GAS SER P， e t a 1 ．I n f l u e nc e o f c o m p a c t i o n O n t he i n t e r f a c i a l t r a ns i t i o n z o n e a n d t h e p e r me a b i l i t y o f c o n c r e t e [ J ] ． C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 0 6 ， 3 6 8 1 4 2 5 1 4 3 3 ． TAM V W 。 GAO X F， TAM C M ． M i c r o s t r u c t u r a l a n a l y s i s o f r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e p r o d u c e d f r o m t wo s t a g e mi x i n g a p p r o a c h [ J ． C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 0 5， 3 5 6 1 1 9 5 1 2 0 3 ． POON C S， SHUI Z H ， LAM L．Ef f e c t o f m i c r 0 s t r u c t u r e o f I TZ o n c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e p r e p a r e d wi t h r e c y c l e d a g g r e g a t e s[ J ] ．C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s 。 2 00 4， 1 8 6 46 卜4 6 8 ． GUPTA S M ．St r e n gt h c h a r a c t e r i s t i c s o f c o n c r e t e ma d e i n d e mo l i t i o n wa s t e a s c o a r s e a g g r e g a t e [ C] ／ ／ P r o c e e d i n g s o f t h e I n t e r n a t i o n a l Co n f e r e n c e o n Re c e n t De v e l o p m e n t i n S t r u c t u r a l En g i n e e r i n g ．Ne w De l h i Ph o e ni x Pub Ho u s e ， 2 0 0 1 3 6 4 3 7 3 ． 陈云钢 ， 孙振平 ， 肖建庄 ． 再生集 料混凝 土界面结 构特点及 其 改善措施[ J ] ． 混凝土 ， 2 0 0 4 2 1 0 1 3 ． CHEN Yu n - g a n g， S UN Z he n p i n g， XI AO J i a n - z h u a n g ．Ch a r ～ a c t e r i s t i c s a nd s t r e n g t h e ni n g m e t h o d s o f i n t e r r a c i a l z o n e b e ～ t we e n a g g r e g a t e a n d c e me n t p a s t e i n r e c y c l e d 。a g g r e g a t e c o n - c r e t e [ J ] ． C o n c r e t e ， 2 0 0 4 2 1 0 1 3 ． i n C h i n e s e KOU S C， PO0N C S， CHAN D． I n f l u e n c e o f f l y a s h a s a c e ～ me n t a d d i t i o n o n t h e ha r d e n e d p r o p e r t i e s o f r e c y c l e d a g g r e ～ g a t e c o n c r e t e [ J ] ． Ma t e r i a l s a n d S t r u c t u r e s ， 2 0 0 8 ， 4 1 7 1 1 9 1 1 2 Ol _ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m