试述建筑垃圾复合粉体材料对混凝土抗冻性能的影响

徐国新

摘要：为了改善建筑垃圾磨细粉活性，提高再生利用率，本文将建筑垃圾复合粉体材料对混凝土抗冻性能的影响作了研究，为建筑垃圾复合粉体材料在混凝土中应用提供理论基础。

关键词：建筑垃圾复合粉体材料；力学强度；抗冻性能；盐冻腐蚀

中图分类号：U414文献标识码：A文章编号：1674-3024（2017）02-0160-01

1.实验

1.1原材料水泥

京都牌42.5级普通硅酸盐水泥，表观密度3.112 g，Cm3；粗集料：石料厂破碎碎石；细集料：普通河砂，细度模数2.48；水：普通饮用水。原材料各项性能均满足规范要求。建筑垃圾砖粉化学组成为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CAO、MgO等，其中CAO含量较少，仅为1.13%，这也可能是导致建筑垃圾砖粉活性较小的原因之一。除Si0₂结晶峰较高外，其他结晶峰较低，说明建筑垃圾砖粉有一定的玻璃态含量。用化学滴定法测定了建筑垃圾砖粉中的活性物质，结果表明，建筑垃圾砖粉中含有活性SiO₂约6%，活性Al₂O₃约2.3%，说明建筑垃圾砖粉具有一定的水化活性，但活性较小。建筑垃圾砖粉粗细颗粒分布不均匀，颗粒级配较差，这可能是导致建筑垃圾磚粉活性较低的第二个原因。

为提高建筑垃圾砖粉活性，通过多种技术途径研究开发了建筑垃圾复合粉体材料，其由25%建筑垃圾砖粉、25%粉煤灰、50%矿渣和改性剂复合而成。建筑垃圾复合粉体材料各组成材料之间可以达到优势互补效果，产生一定的超叠加效应，提高建筑垃圾复合粉体材料活性。建筑垃圾复合粉体材料中建筑垃圾砖粉掺量虽然不大，但其具有较好的物理及化学性能，活性较高，且建筑垃圾复合粉体材料中废砖的粉磨能耗仅为水泥熟料的5%，所有材料均不需要二次加热，是一种技术经济可行的新材料。

1.2实验方案

实验用C30基准混凝土配合比由课题组前期实验研究得出，在配合比的基础上，改变建筑垃圾复合粉体材料掺量（20%、30%和40%），进行混凝土试件抗压、抗弯拉及抗冻实验研究。盐冻实验选用各项性能均较好的掺30%建筑垃圾复合粉体材料的混凝土试件进行实验，研究不同盐浓度溶液对试件的盐冻腐蚀影响，盐溶液选用2.5%、3.5%和4.5%的NaCl溶液。

2.结果及分析

2.1强度实验结果

不同建筑垃圾复合粉体材料掺量的C30混凝土抗压及抗弯拉强度实验结果。当建筑垃圾复合粉体材料掺量小于30%时，混凝土7d抗压强度降低并不明显，掺量为40%时，7d抗压强度较基准混凝土降低16.3%。除掺量40%外，掺20%和30%的C30混凝土28d抗压强度及抗弯拉强度均高于基准混凝土。掺量为30%时，抗弯拉强度提高14.7%，但掺量为40%时，混凝土强度有所降低，说明建筑垃圾复合粉体材料掺量小于40%时，具有较好的强度效应。这是由于建筑垃圾复合粉体材料由建筑垃圾砖粉、粉煤灰及矿粉组成，其中建筑垃圾砖粉及粉煤灰早期活性较小，因而降低了混凝土早期活性。当掺量较小时，建筑垃圾复合粉体材料的填充效应弥补了部分强度的降低，7d抗压强度降低不明显；当掺量较大时，水泥水化产物较少，内部结构较为疏松，因而强度降低幅度较大。随着龄期的增长，由于建筑垃圾复合粉体材料的二次水化反应改善了水泥水化产物的组成和混凝土内部孔结构，因而混凝土强度高于基准混凝土。

2.2建筑垃圾复合粉体材料对C30混凝土抗冻性能的影响

不同建筑垃圾复合粉体材料掺量对C30混凝土抗冻性能的影响结果。建筑垃圾复合粉体材料提高了C30混凝土的抗冻性能，且存在最佳掺量30%，相对动弹模量在150次冻融循环后下降速率增大。这是由于建筑垃圾复合粉体材料具有较好的颗粒级配，均匀分布于水泥内部和集料表面，防止水分在集料表面聚集，并为水泥水化提供“晶核”，优化了混凝土界面结构并细化了混凝土内部孔结构；随着龄期的增长，建筑垃圾复合粉体材料的火山灰效应消耗了部分结晶度较大的CA（0H）2晶体，生成低碱度c-s-H凝胶，同时部分未水化的粉体材料还可填充于混凝土内部，因而提高了混凝土内部密实度，减少了混凝土内部的渗水通道，大大减少了混凝土内部可冻水，宏观上表现为混凝土抗冻性能的提高。考虑到冬季水泥混凝土路面普遍使用除冰盐，对掺30%建筑垃圾复合粉体材料的C30混凝土进行了不同盐溶液浓度下的盐冻耦合实验。盐冻耦合作用极大地加剧了C30混凝土的破坏。水冻融实验条件下，掺30%建筑垃圾复合粉体材料的C30混凝土可经受300次冻融循环而不破坏，质量损失仅为2.12%，相对动弹模量高达87.2%。而盐浓度为2.5%时，其能经受225次冻融循环；盐浓度为3.5%和4.5%时，冻融循环达到200次时试件就已经破坏。一方面是因为盐溶液的加入提高了混凝土的饱和度，增大了混凝土内部结冰压及渗透压。另一方面，混凝土从外至内溶液浓度不同，结冰时形成温度梯度，受冻时因分层结冰而产生应力差，导致混凝土开裂，降低了混凝土抵抗冻融破坏的能力。此外，并非盐浓度越高冻融破坏越严重，当盐浓度为3.5%时，试件破坏最为严重，其次为4.5%。

3.结束语

（1）建筑垃圾复合粉体材料在保证混凝土各项性能的前提下，可节约水泥、降低能源消耗和保护环境，是一种经济、技术可行的新材料。

（2）建筑垃圾复合粉体材料的掺入降低了C30混凝土的早期抗压强度，但其后期强度增长较快；当建筑垃圾复合粉体材料掺量小于40%时，混凝土28d抗压强度及抗弯拉强度均高于基准试件。随建筑垃圾复合粉体材料掺量的增加，其火山灰效应对混凝土强度贡献越大；掺量为20%和30%时，28d活性指数均大于1。