再生细骨料及其混凝土的微观结构特征.pdf

第 3 5卷 第 2期 2 0 1 3年 4月 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 J o u r n a l o f Ci v i l ．Ar c h i t e c t u r a l En v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g Vo 1 ． 3 5 No ． 2 Ap r ．201 3 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 4 4 7 6 4 ． 2 0 1 3 ． 0 2 ． 0 2 2 再生细骨料及其混凝土的微观结构特征 耿 健 ， 孙 家瑛 ， 莫立伟 ， 张 国良 1 ． 浙江 大学宁波理工 学院 绿 色建材与废弃物 资源化研 究 中心， 浙江 宁波 3 1 5 1 0 0 ； 2 ． 宁波大学 建筑 工程与环境 学院 ， 浙江 宁波 3 1 5 2 1 1 摘 要 采 用扫描 电镜 、 能谱 分析 、 X射 线衍 射 、 显微硬 度 和 氮吸 附 等微 观 测试 方 法研 究 了再 生细 骨 料及 其 混凝 土 的微观 结构 特征 。研 究结果表 明 再 生 细骨料 是一 种 组 成复 杂 的 、 具有 一 定 水化 活 性 的和 高渗透 性 的人造 骨料 ， 其 主要 矿物 相 为 S i O 、 C a C O 。以及 少量 的 C S 。再 生 细骨料 混凝 土 内部 水 泥石 孔 隙较 多 ， 结 构 密 实性 较差 ， 同 时其 与 再 生 细 骨料 间存在 较 为 明显 的界 面过 渡 区， 该界 面过 渡 区宽度 较 大 ， 且 界 面过 渡 区两侧 的 骨料 和 水 泥石 的显微 硬度 均 较 低 。再 生 细骨 料 的 多孔 结 构 ， 以 及再 生 细骨料 混 凝 土 内部 水 泥石 和界 面过 渡 区微 观 结构 缺 陷 是 导致 其 大 孔 增 多的主要 原 因 ， 大孔 的增 多会 对 混凝 土抗 渗性 产 生不利 影 响 。 关键 词 再 生细 骨料 ； 再生 细 骨料 混 凝 土 ； 水 化产 物形 貌 ； 界 面过 渡 区 ； 微 观 结构 中 图分类 号 TU5 2 8 文献标 志 码 A 文章 编号 1 6 7 4 4 7 6 4 2 0 1 3 0 2 0 1 3 5 0 6 M i c r o - s t r u c t u r e Ch a r a c t e r i s t i c s o f Re c y c l e d F i n e Ag g r e g a t e a n d I t s Co n c r e t e Ge n g J i an ， Su n J i ay i n g ， Mo Li we i ， Zh an g Gu o l i a n g ， 1 ．Re s e a r c h Ce n t e r o f Gr e e n Bui l di ng M a t e r i a l s a n d W as t e Re s ou r c e s Re u s e，Ni n gb o I ns t i t ut e o f Tec hno l ogy， Z h e j i a n g Un i v e r s i t y，Ni n g b o 3 1 5 1 0 0，Z h e j i a n g，P． R． Ch i n a ； 2 ． De p a r t me n t o f Ci v i l En g i n e e r i n g，Ni n g b o Un i v e r s i t y ，Ni n g b o 3 1 5 2 1 1 ，Z h e j i a n g ，P ． R． C h i n a Ab s t r a c t The c h a r a c t e r i s t i c s o f r e c y c l e d f i n e a gg r e ga t e RFAa nd i t s c on c r e t e RFACwe r e a na l y z e d by SEM ，EDXA ，XRD， M i c r o h a r ne s s a n d ni t r og e n a bs or p t i o n． The r e s ul t s s ho w t ha t RFA i S a n a r t i f i c i a 1 a ggr e ga t e wi t h c o m p l e x c ompo s i t i o ns， c e r t a i n hy dr a t i o n a c t i v i t y a nd hi gh p e r m e a bi l i t y． The m i ne r a l c o m p os i t i o ns of RFA i nc l ud e Si O2， Ca CO3 a nd a s ma l l q ua n t i t y of C2 S， whi c h ha s a c e r t a i n hy d r a t i o n a c t i v i t y a nd c a n f o r m hy dr a t i on p r o d uc t i o ns ．The c ompa c t i o n r a t e o f c e m e nt pa s t e i n RFAC i s l o w be c a us e o f po r e s i n i t ． The r e i S ob vi ous i nt e r f a c i a l t r a ns i t i o n z o ne I TZ b e t we e n RFAC a nd c e me nt pa s t e，a nd i t s wi dt h i s b i gg e r t ha n t h a t i n or d i na r y c onc r e t e ． I n a d di t i o n，t he v a l u e s o f mi c r o h a r dn e s s o f t h e i nt e r r a c i a l t r a ns i t i o n z o ne o n bo t h s i de s of RFA a nd c e me n t p a s t e a r e l owe r ． The po r o us s t r uc t ur e o f t h e r e c y c l e d f i ne a gg r e ga t e s a nd d e f e c t s of I TZ a r e ma i n r e a s on s f o r bi g p o r e s i n RFAC。 wh i c h ha s b a d e f f e c t on i m p e r me a bi l i t y o f RFAC． Ke y wo r d s r e c yc l e d f i ne a gg r e ga t e； r e c yc l e d f i n e a ggr e ga t e c on c r e t e ； mor ph ol o g y o f hy dr a t e d pr o duc t s ； i nt e r f a c i a l t r a ns i t i o n z o ne m i c r o s t r uc t ur e 对 于再 生 骨料 混凝 土 ， 特别 是 再 生粗 骨料 混 凝 土微结构特征 ， 学者们借助各种 现代测试技术 已对 其 有 了 比较 清 晰 的认 识 No b u a k i 等 和 Ta m 证 明 了再 生骨 料 与新水 泥 石基 体之 问 同样 存 在一 个 界 收 稿 日期 2 o 1 2 0 7 2 0 基金项 目 宁波市创新团队项 目 2 0 1 1 B 8 1 0 0 5 作者简介 耿健 1 9 7 8 一 ， 男 ， 副教授 ， 博 士 ， 主要从事 固体废 弃物综合利用研究 ， E ma i l g e n g j i a n wh u t ． e d u ． e n 。 孙家瑛 通信作 者 ， 男 ， 教授 ， 博士生导师 ， E ma i l j a k y s 1 6 3 ． t 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 第2 期 耿健 ， 等 再 生细 骨料及 其 混凝 土 的微观 结构 特征 为 了更 准 确 的 判 定 再 生 细 骨 料 的矿 物 组 成 特 点 ， 对其 进行 XR D 分 析 ， 结 果 如 图 3所 示 。 由 图 3 可 知 ， RF A 的主 要 衍 射 峰 为 低 温 型 石 英 a S i O。 ， d 一4 ． 2 6 、 3 ． 3 4 、 1 ． 8 4 ， 这 表 明再 生 细骨 料 的主 要 矿 物相 仍 为 S i O 。 ， 与 天 然 河 砂 相 同 。此 外 ， 在 2 为 2 9 ． 5 。 ， d一3 ． O 2附近 处有 一 较 强 峰 ， 该 峰形 较 高 ， 且 峰 面相对 较 宽 ， 说 明该 成 峰 矿 物 在 再 生 细 骨 料 中含 量较高 ， 结合 S E M E D xA 的分析结果 ， 可以判定该 峰矿 物为 方解 石 C a C O。 ， d 一3 ． 8 6 、 3 ． 0 3 、 2 ． 2 8 。从 图 3还可 知 ， 在 d一2 ． 4 9 、 2 ． 0 9 处 有 2个 明显 的衍 射 峰 ， 这 与 硅 酸 二钙 的特 征 峰相 似 ， 只是 d值 偏 小 ， 结 合 S E M E D XA 结 果 ， 认 为 该 峰 矿 物 是 水 泥 熟 料 矿 物硅 酸二 钙 C S ， 但 其 含 量 较 低 。根 据 以 上 结 果 ， 可 以判定 本 文 所 研 究 的 再 生 细 骨 料 主 要 矿 物 相 为 S i o 、 Ca Co。以及 少量 的 C 2 S。 I △J i 1 J． _ J ． ．- l 枷 2 f ％1 注 S i O2 Ca C O3 Cz S 图 3再 生 细 骨 料 的 x 射 线 衍 射 图 P o o n 、 Gu a l t i e r i 、 水中和以及 田芳等人也曾通过 X R D研 究 了不 同来 源 的再 生 骨 料 矿 物组 成 特 点 ， 在 他 们 的测 试结 果 中均 发 现 了 C 。 S的存 在 口 。 ， 这 说 明尽管 再 生细 骨料 矿物 组成 与废 弃混 凝 土 品状 和 来 源 有一 定关 联 ， 但 C 。 S是 其 共 性 矿 物组 成 。分 析 原 因 ， C 。 S硅酸 二 钙 是 硅 酸 盐 水 泥 和 硫 酸 盐 水 泥熟 料 的重要 组成 矿物 ， 其 水化 速度 很慢 ， 在 混 凝 土 内部 往 往 能够存 在 较 长 的 时 间 ， 故 易 存 于 再 生 骨 料 中。 同 时 ， 与再 生粗 骨料 相 比， 再 生 细骨料 中的 旧水 泥 组 分 更 多 ， 因此 C S更 易存 在 于再 生 细 骨 料 中。C 。 S由 于水 化速 度 较慢 ， 因 此 其水 化 反 应 过 程 将 持 续 较 长 的时间 ， 故它 的 存 在 将对 再 生 细 骨 料 的性 能 产 生 一 定 的影 响 ， 进 而影 响再 生细 骨料 混凝 土 的性 能 。C S 的水 化反 应持 续 时 间较 长 ， 它 对 再 生 细 骨 料 以及 混 凝土 的影 响将 是 长 期 性 的 ， 而 目前 关 于 此 方 面 的研 究 内容较 少 ， 故还 难 以对其 影 响效果 做 出明确 判 断 ， 还需 对相 关 内容进 行更 为深 入 的 、 长 久 的 、 系统 性 的 研 究 。 由表 3中 RF A 的孔 径分 布 特征 可知 ， 再生 细 骨 料 的孔 径 变化 范 围较 大 ， 其 含 有 一 定 数 量 的 凝 胶 孔 和毛 细孔 ， 同时其少 害 孔 级 2 0 ～5 0 n m 、 有 害 孔 级 5 0 ～2 0 0 n m 的数 量 分 别 为 3 6 ． 3 、 3 6 ． 5 ， 占总 孔 隙率 的 7 3 ． 8 ， 这 表 明再 生 细 骨 料是 一 种 具 有 高 渗 透性 的人 造 骨料 ， 这 将 对 混凝 土 的 性 能产 生 明 显 的影 响 。 表 3再 生 细 骨 料 的 孑 L 结 构 特 征 2 ． 2再 生细 骨料 混凝 土 的微观 结构 特征 2 ． 2 ． 1 微 观 形 貌 特 征L S 0和 L S 1 4在 2 8 d养 护 龄 期 时 的微 观 形貌 S E M 测 试 结 果 如 图 4和 图 5所 示 ， 由其 可 知 ， I S 0的 内部 微 观 结 构 较 为 致 密 ， 除 少 量 孑 L 隙外 ， 未 见 明显 的缺 陷 ， 水 化 产 物 以 C S H 凝 胶 为主 ， 呈 层 状分 布 ， 同时其 有 明 显 的六 角形 片 状 C a OH 。晶体 存 在 。观 察 L S 1 4的微 观 形 貌 可 知 ， L S 1 4内部 存 在有 明显 的孔 洞 ， 说 明其 微 观 结构 的致 密 性要 逊于 I S 0 。I 1 4中的 CS H 凝 胶 形 貌 与 L S 0相似 ， 也 呈现板 层 状 ， 但 是 在凝 胶 内部和 表 面 均 存 在着 一些 尺寸 较大 3 0～ 8 0 m 的颗 粒 状 物质 ， 由于实验 未 掺入 任 何 矿 物 掺 合 料 ， 同时 结 合 图 1再 生 细骨 料 和 图 4中 L S 0的微 观 形 貌 S E M 测 试 结 果 ， 可判定 这 些 颗粒 状 物 质 应 为 再 生 细 骨 料 中 的 旧 水 泥 浆体 颗粒 。对 这些 旧水 泥 浆体 颗 粒 的表 面形 貌 进一 步放 大 5 0 0 0 可 以发 现 ， 在 孔 洞 间 存在 有 针 棒状 的 AF t 晶体 ， 此 外 在 部 分 旧水 泥 浆 体颗 粒 表 面 也有 针刺 状 物 质 形 成 ， 但 是 其 长 度 1 ～ 3／ x m 和 细 度均 明显 要小 于 AF t 晶体 3 ～5 m ， 根据 D a i mo n d 等l 1 的研 究 结 果 ， 这些 物 质 应 当 为 I 型 C S H凝 胶 ， 由于 I 型 CS H 凝 胶仅 存 在水 泥早 期水 化 颗 粒 中， 这说 明再生 细骨料 中的部分 旧水泥浆体参与 了水化 反应 ， 显 然该 反应 与 C 。 S的存 在有 关 再 生 细 骨料 中 旧水 泥 浆 体 对 水 泥 水 化 的影 响 将 另 附 文 讨 论 。分析 原 因 ， 再 生 细 骨料 是 一 种 高 吸水 性 材 料 ， 这 一方 面 源于 骨 料 本 身存 在 的裂 缝 和孔 隙 ， 另 一 方 面则源 于其 含有 的旧水 泥浆 体 或 附 着 ， 或 以颗 粒 形 式存 在 。在混 凝 土 拌 合 初 期 ， 再 生 细骨 料 将 吸水 ， 从 而使 混凝 土 的 和 易性 变 差 ， 在 一定 程 度 将 影 响 混 凝 土 内部微 观结 构 的密实 性 。 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 第 2 期 耿健 ， 等 再 生 细骨料 及 其 混凝 土的微 观 结构 特征 1 3 9 多孔 结构 有关 ， 同 时再 生 细 骨 料 混 凝 土 不 密 实 微 观 结 构 也是 导致 其 大 孔 增 多 的 主 要 原 因 ， 显 然 大 孑 L 的 增 多会 对 混凝 土 抗 渗 性 产 生 不 利 影 响 。因 此 ， 提 升 再 生 细骨 料混凝 土 抗渗 性关 键在 于 再 生细 骨料 性 能 的改善 。针对 此 问题 ， 刘 星 伟 等 。 。 通 过物 理 方 式 对 再 生细 骨料 进 行 颗粒 整 形 ， 从 而使 骨 料性 能得 到 了 明显 的改善 ， 混凝土的抗 渗 碳化 性 能有 明显 的提升 。 此外 ， 寇世聪 、 张李黎 、 施 惠生 、 张剑波 的研究 结 果表明减小混凝土拌 合物 的水 灰 比以及 掺入矿物 掺合 料 同样可以改善再生 骨料混凝土 的抗渗性 。 表 4再 生 细 骨 料 混 凝 土 的 孔 结 构 特 征 3 结 论 1 再生 细骨 料 是 一 种 组 成 复 杂 的 、 具 有 一定 水 化 活性 的和 高渗 透 性 的人 造 骨 料 ， 其 主要 矿 物相 为 S i O 、 C a C O。以及 少 量 的 C S ， 其 具 有 一 定 水 化 活 性 ， 能形 成少 量 的水化 产物 。 2 再 生细 骨 料 混凝 土 内 部 水 泥 石 孔 隙 较 多 ， 结 构密 实性 较差 ， 同时其 与再 生细 骨 料粘 结 较弱 ， 存 在 较 为 明显 的界 面过 渡 区 。与普通 混 凝 土水 泥 石 与骨 料 的 界面过 渡 区相 比， 该 界 面过 渡 区宽 度较 大 ， 且 界 面过 渡 区两侧 的 骨 料 和 水 泥 石 的显 微 硬 度 均 较 低 。 上 述缺 陷 的存 在 ， 是 导 致 再 生 细 骨 料 混凝 土 宏 观 性 能 劣化 的一 个 主要原 因。 3 再生 细 骨料 的多 孔 结 构 ， 以及 再 生 细 骨 料 混 凝土 内部水 泥石 和界 面过 渡 区微 观结 构 缺 陷是 导 致 其大 孑 L 增多 的 主要 原 因 ， 大孔 的增 多 会 对 混凝 土抗 渗性 产 生不利 影 响 。 参考 文 献 [1 ]O t s u k i N， Mi y a z a t o S ． I n f l u e n c e o f r e c y c l e d a g g r e g a t e o n i nt e r f a c i a l t r a n s i t i o n z o ne， s t r e ng t h， c hl o r i de pe ne t r a t i on a n d c a r b o n a t i o n [ J ] ．Ma t e r i a l i n C i v i l E n g i n e e r i n g ， 2 0 03， 1 5 5 4 43 451 ． [2] T a m V W Y ． C a r b o n a t i o n a r o u n d n e a r a g g r e g a t e r e g i o n s o f o l d h a r d e n e d c o n c r e t e c e me n t p a s t e 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程 第 3 5 卷 t he me c ha ni c a l pr op e r t i e s o f hi gh pe r f o r ma n c e 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 E J ] ． J o u r n a l o f t h e C h i n e s e C e r a mi c So c i e t y， 20l 1， 1 3 7 1 1 ． [ 1 3 ] 胡琼 ， 陈伟伟 ， 邹 超英． 再生 混凝 土粘 结性 能 试验研 究 [ J ] ． 哈尔滨工业 大学学报 ， 2 0 1 0 ， 4 2 1 2 1 8 4 9 1 8 5 4 ． Hu Q， Ch e n W W ， Z o u C Y．Ex p e r i me n t a l s t u d y o n b o n d i n g p r o p e r t i e s o f r e c y c l e d c o n c r e t e[ J ] ． J o u r n a l o f Ha r b i n I n s t i t u t e o f Te c hn ol o gy，2 01 0，4 21 21 8 49 1 85 4 ． [ 1 4 ]P o o n c， Qi a o X C， C h a n D ． T h e c a u s e a n d i n f u e n c e o f s e l f c e m e n t i n g p r o pe r t i e s o f f i ne r e c yc l e d c o nc r e t e a g g r e g a t e s o n t h e p r o p e r t i e s o f u n b o u n d s u b b a s e[ J ] ． W a s t e M a na g e me nt ， 20 06， 2 6 5 1 1 66 ～ l1 7 2． [ 1 5 ]Gu a l t i e r i A F， B o c c a l e t t i M． R e c y c l i n g o f t h e p r o d u c t o f t h e r ma l i ne r t i z a t i on of c e me nt a s be s t os f or t he p r o d u c t i o n o f c o n c r e t e[ J ] ． C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g M a t e r i a l s， 20 l1， 25 8 35 61 - 3 56 9． [ 1 6 ]S h u i Z ， Xu a n D， Wa n H， e t a 1 ． R e h y d r a t i o n r e a c t i v i t y o f r e c y c l e d mor t a r f r o m c o nc r e t e wa s t e e x pe r i e nc e d t o t h e r ma l t r e a t me n t [ J] ．C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g M a t e r i a l s， 2 0 08， 2 2 8 1 7 23 1 7 29 ． [ 1 7 ]田芳 ， 叶青 ， 章天刚． 废弃混凝土磨细粉作水泥混合材 的 试验研究[ J ] ． 河北工程大学学报 自然科学版 ， 2 O l O ， 2 7 4 2 3 2 5． Ti a n F，Ye Q，Z h a n g T G．Re s e a r c h o n c o mp o u n d pe r f or ma nc e o f wa s t e c onc r e t e pu l v e r i z e d a d mi x t ur e [ J ] ． J o u r n a l o f He b e i Un i v e r s i t y o f E n g i n e e r i n g Na t u r a l Sc i e nc e Edi t i on， 2 O1 0， 27 4 2 3 2 5． [ 1 8 2 Di a mo n d S ， L a c h o ws k i E E ． O n t h e mo r p h o l o g y o f t y p e I I I c s H g e l [ J ] ． C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， l 9 8 0 ， 1 0 5 7 0 3 7 05 ． [ 1 9 ]陈惠苏 ， 孙伟 ， S t r o e v e n P i e t ． 水泥基 复合材料集料 与浆 体界面研究综述 二 界面微观结构 的形成劣化机理 及其影响因L J ] ． 硅酸盐学报 ， 2 0 0 4 ， 3 2 1 7 0 7 9 ． Che n H S， Sun W ， St r oe v e n P．I nt e r f a c i a l t r a n s i t i o n z o ne be t we e n a ggr e g a t e a nd pa s t e i n c e me nt i t i ou s c o mp os i t e s Ⅱ me c h a n i s m o f f o r ma t i o n a n d d e g r a d a t i o n o f i nt e r f a c i al t r a n s i t i o n z o ne mi c r os t r uc t u r e。 a n d i t s i n f l u e n c e f a c t o r s[ J ] ． J o u r n a l o f t h e C h i n e s e C e r a mi c So c i e t y， 20 04， 3 2 1 7 0 7 9． [ 2 o 2 刘 星伟 ， 李秋 义 ， 李艳 美 ， 等． 再生 细骨料混凝土碳 化性 能 的试 验研 究 [ J ] ． 青 岛 理工 大 学 学报 ， 2 0 0 9 ， 3 0 4 l 5 9 一 l 61 ． Li u X W ， L i Q Y， Li Y M， e t a 1 ． Th e e x p e r i me n t a l s t u d y on t he c a r bo na t i o n o f t he r e c y c l e d f i ne a ggr e g a t e c o n c r e t e [J] ． J o u r n a l o f Qi n g d a o T e c h n o l o g i c a l Un i v e r s i t y， 20 09， 3 0 4 l 5 9 - l 61 ． [ 2 1 ]K o u S ， P o o n C， A g r e l a F ． C o mp a r i s o n s o f n a t u r a l a n d r e c yc l e d a ggr e g a t e c o nc r e t e s pr e pa r e d wi t h t he a dd i t i o n o f d i f f e r e n t mi n e r a l a d mi x t u r e s [ J ] ．C e me n t a n d Co nc r e t e Compo s i t e s， 20 11， 33 8 78 8 7 9 5． [ 2 2 ]张李黎 ， 柳炳康 ， 胡波． 再 生混凝土抗渗性试 验研 究[ J ] ． 合肥工业大学学报 自然