中国测试  2024, Vol. 50 Issue (7): 17-25

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周金枝, 石赐明, 钟楚珩, 陆伟银, 吴学
ZHOU Jinzhi, SHI Ciming, ZHONG Chuheng, LU Weiyin, WU Xue
不同介质环境下改性再生混凝土冻融损伤分析及寿命预测
Freeze-thaw damage analysis and life prediction of modified recycled concrete under different medium environments
中国测试, 2024, 50(7): 17-25
CHINA MEASUREMENT & TEST, 2024, 50(7): 17-25
http://dx.doi.org/10.11857/j.issn.1674-5124.2022090061

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收稿日期: 2022-09-07
收到修改稿日期: 2022-11-03
不同介质环境下改性再生混凝土冻融损伤分析及寿命预测
周金枝1 , 石赐明1,4 , 钟楚珩1,2,3 , 陆伟银1 , 吴学1,4     
1. 湖北工业大学土木建筑与环境学院,湖北 武汉 430068;
2. 湖北工业大学 河湖健康智慧感知与生态修复教育部重点实验室,湖北 武汉 430068;
3. 中铁大桥局集团有限公司桥梁智能与绿色建造全国重点实验室,湖北 武汉 430034;
4. 中建三局集团(深圳)有限公司,广东 深圳 518000
摘要:为探究不同冻融环境下改性再生混凝土耐久性问题,该文选取5%水玻璃溶液和8%硅烷溶液分别对再生骨料浸泡进行单一改性和复合改性。对改性后的再生混凝土分别置于清水、3.5% NaCl溶液和5% Na2SO4溶液3种介质环境中进行快速冻融试验,通过再生混凝土质量损失和相对动弹性模量变化分析其劣化机理,并引入Weibull模型对再生混凝土进行损伤和寿命预测。结果表明:相同冻融环境下,再生骨料经过改性处理后的再生混凝土抗冻耐久性改善明显,且复合改性改善效果优于单一改性效果。同一试验组在不同冻融环境下的损伤程度依次为3.5% NaCl溶液>5% Na2SO4溶液>清水。引入Weibull模型能较好地反映不同环境下改性再生混凝土的冻融损伤和预测寿命,为改性再生混凝土应用于实际工程提供理论基础和参考依据。
关键词改性再生混凝土    不同介质环境    Weibull分布    冻融损伤    寿命预测    
Freeze-thaw damage analysis and life prediction of modified recycled concrete under different medium environments
ZHOU Jinzhi1 , SHI Ciming1,4 , ZHONG Chuheng1,2,3 , LU Weiyin1 , WU Xue1,4     
1. College of Civil Engineering, Architecture and Environment, Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China;
2. Key Laboratory of Intelligent Health Perception and Ecological Restoration of Rivers and Lakes, Ministry of Education,Hubei University of Technology,Wuhan 430068,China;
3. National Key Laboratory of Bridge Intelligence and Green Construction,China Railway Major Bridge Engineering Group Co., Ltd.,Wuhan 430034,China;
4. China Construction Third Bureau Group (Shenzhen ) Co., Ltd., Shenzhen 518000 , China
Abstract: In order to explore the durability of modified recycled concrete under different freeze-thaw environments, this paper selects 5% water glass solution and 8% silane solution to carry out single modification and composite modification of recycled aggregate soaking, respectively. The modified recycled concrete is placed in three medium environments of clear water, 3.5 % NaCl solution and 5 % Na2SO4 solution for rapid freeze-thaw test. The deterioration mechanism is analyzed by the mass loss and relative dynamic elastic modulus of recycled concrete, and the Weibull model is introduced to predict the damage and life of recycled concrete. The results show that under the same freeze-thaw environment, the frost resistance durability of recycled concrete after modified recycled aggregate is obviously improved, and the improvement effect of composite modification is better than that of single modification. The damage degree of the same test group in different freeze-thaw environments was 3.5% NaCl solution > 5% Na2SO4 solution > water. The Weibull model can better reflect the freeze-thaw damage and life prediction of modified recycled concrete under different environments, and provide theoretical basis and reference for the application of modified recycled concrete in practical engineering.
Key words: modified recycled concrete     different media environment     Weibull distribution     freeze-thaw damage     life prediction    
0 引 言

再生骨料混凝土是指将废弃的混凝土经过破碎、筛分、除杂等工序后制作成再生骨料,按照一定比例取代天然骨料配制而成的混凝土。作为一种新型、环保的绿色建筑材料,再生骨料混凝土能有效解决建筑垃圾堆积和天然砂石短缺的问题,符合可持续健康发展的理念,是未来混凝土材料的发展趋势。

由于再生骨料表面附着的旧水泥砂浆以及骨料破碎过程中产生大量微裂缝,使得再生骨料存在吸水率大和压碎指标高等缺陷问题[1-2],从而限制了再生骨料在实际工程中的应用。因此,为提高再生骨料的实用价值,国内外学者对再生骨料改性强化技术进行了大量研究。宋学峰[3]等通过聚合硫酸铝溶液和水玻璃溶液对再生骨料进行浸泡改性,研究表明,两种溶液对再生骨料各项性能均有明显提升,且水玻璃溶液的改性效果优于聚合硫酸铝溶液。许佼[4]等通过水玻璃溶液和硅烷溶液对再生骨料进行浸泡,以溶液浓度和浸泡时间为变量,得出分别以5%水玻璃溶液浸泡1 h和8%硅烷溶液浸泡24 h对再生骨料各项性能提升效果最为明显。目前,对再生骨料改性方式多采用单一改性,而由于再生骨料缺陷较大,单一改性往往达不到较为理想的效果。因此,本文采用5%水玻璃溶液和8%硅烷溶液对再生骨料进行单一改性和复合改性测试,从而探究不同改性方式对再生骨料混凝土性能变化的影响。

同时,在我国北方地区,由于土壤中含有大量Cl、SO42–等盐类离子,以及北方昼夜温差较大而形成的冻-融循环环境,使得混凝土建筑物同时遭受盐类离子侵蚀和冻-胀损伤双重作用,大大降低了混凝土类建筑物的使用寿命[5]。为了探究混凝土材料在多因素耦合作用下耐久性能,研究学者通过模拟自然环境对混凝土材料进行盐-冻试验。蒋科[6]等通过不同浓度的氯盐溶液对混凝土进行冻融循环试验,表明浓度约3%NaCl溶液对混凝土冻融破坏最为严重,且浓度为1%和10%的NaCl溶液对混凝土冻融破坏速率相近。肖前慧[7]等通过使用快冻法,将再生混凝土分别放置在3%、5%、10%的Na2SO4溶液中进行冻融循环试验,得出再生混凝土在5%硫酸钠溶液冻融循环条件下相对动弹性模量最快达到失效。考虑实际环境中土壤盐类离子浓度的不确定性,本文选用对混凝土材料损伤程度最大的盐溶液浓度(3.5%NaCl溶液和5%Na2SO4溶液),从而探究不同盐溶液对混凝土冻融损伤的影响。

综上所述,为探究改性方式对再生骨料性能变化的影响以及改性再生骨料后的再生混凝土在不同介质环境下冻融损伤劣化规律。本文采用5%水玻璃溶液、8%硅烷溶液和5%水玻璃溶液+8%硅烷溶液对再生骨料进行改性,制作出的混凝土分别置于清水、3.5%NaCl溶液和5%Na2SO4溶液中进行冻融循环试验,通过对各试验组在不同冻融环境下表观形貌、质量和相对动弹性模量变化分析其损伤劣化规律,同时引入Weibull模型对不同冻融环境下各试验组进行损伤分析和寿命预测。

1 试验概况 1.1 原材料

混凝土主要由胶凝材料、粗骨料、细骨料、外加剂和水拌合而成。胶凝材料选用华新牌P.O42.5普通硅酸盐水泥;天然粗骨料(NCA)为天然碎石,级配范围为4.75~31.5 mm;再生粗骨料(RCA)为实验室废弃混凝土,经破碎、筛分、除杂后取得,级配范围为4.75~31.5 mm,骨料级配如图1所示;细骨料为天然河沙,细度模数为2.87,属中砂;外加剂为SJ-3引气剂和GJ-1减水剂;水为实验室自来水。水玻璃溶液由优瑞耐火材料有限公司生产,固体含量约占35.8%,模数为3.30;硅烷偶联剂(KH550)由河南领佳化工有限公司生产,密度为0.945 g/cm3

图 1 骨料级配

1.2 试验方案和配合比设计

本试验采用再生骨料取代率为30%,以再生骨料改性条件为变量因素。将未经过改性的再生骨料制作成的再生混凝土定义为基准组(RAC),将再生骨料分别置于5%水玻璃溶液浸泡1 h、8%硅烷溶液浸泡24 h和5%水玻璃溶液浸泡1 h+8%硅烷溶液浸泡24 h制作成的再生混凝土定义为试验组(WRAC、GRAC、WGRAC),具体配合比均为水泥321 kg/m3,天然粗骨料838 kg/m3,再生粗骨料359 kg/m3,河砂635 kg/m3,粉煤灰68 kg/m3,矿粉68 kg/m3,外加剂2.7 kg/m3,水160 kg/m3。快速冻融循环试验以清水、3.5% NaCl溶液和5% Na2SO4溶液为冻融介质,根据规范GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》,分别将试块(100 mm×100 mm×400 mm)放入不同介质环境进行冻融循环,每50次循环后,检测质量损失和动弹性模量变化。

2 骨料性能分析

图2(a)(b)(c)分别表示骨料表观密度、压碎指标和吸水率指标的变化图。再生骨料表观密度是表征骨料密实度的指标,如图2(a)所示,相比于未改性再生骨料RCA,经过单一改性的再生骨料WRCA和GRCA分别提高2.05%和4.59%,而经过复合改性后的再生骨料WGRCA表观密度则提高6.73%。再生骨料压碎指标是骨料强度性能的体现,如图2(b)所示,经过改性处理后的再生骨料压碎指标下降明显,单一改性再生骨料WRCA和GRCA分别下降36.6%和37.68%,复合改性处理后再生骨料WGRCA压碎指标下降了43.2%。再生骨料吸水率是衡量骨料内部孔隙特征的重要指标,如图2(c)所示,经过单一改性的再生骨料WRCA和GRCA的吸水率分别下降了42.7%和45.1%,经过复合改性的再生骨料吸水率下降了52.7%。表明再生骨料经过水玻璃溶液和硅烷溶液处理能较好地改善骨料内部孔隙,使内部结构更加密实,从而提升骨料整体性能。总体而言,经过改性处理的再生骨料各项性能均存在明显改善,且复合改性改善效果大于单一改性改善效果,但与天然骨料NCA相比仍有较大差距。

图 2 各类骨料性能指标变化图

3 试验结果分析 3.1 表观形貌

图3表示基准组RAC在不同介质环境下冻融损伤形貌。由图可知,在相同冻融环境下,再生混凝土损伤劣化是一个渐变的过程。未冻融时,再生混凝土表面平整密实,冻融循环150次时,表面砂浆存在明显脱落现象,冻融循环250次时,再生混凝土表面砂浆脱落严重,并伴随着裂缝的出现。表明在冻融环境下,再生混凝土损伤起初发生在表层,随着冻融循环的进行,混凝土表面砂浆逐渐脱落并产生裂缝,介质溶液通过裂缝渗入混凝土内部,加速了混凝土的损伤。对比图3(b)(c)(d)和图3(e)(f)(g),在相同冻融循环次数下,再生混凝土在不同介质环境下的冻融剥蚀现象剧烈程度依次为3.5%NaCl溶液>5%Na2SO4溶液>清水。

图 3 不同介质环境下再生混凝土冻融损伤形貌变化

3.2 质量损失分析

图4为各试验组分别在清水、3.5% NaCl溶液和5% Na2SO4溶液中的冻融质量损失变化图。由图可知,各试验组在不同冻融环境下的质量损失均呈先缓慢上升,后加速上升的趋势。主要原因是冻融初期,再生混凝土初始损伤较小,试样表面仅有轻微剥蚀现象,同时,介质溶液通过渗透作用浸入再生混凝土,再生混凝土质量上升,趋势变缓,随着冻融循环次数的增加,再生混凝土表面逐渐生成裂缝并剥落,介质溶液通过裂缝逐渐渗入混凝土内部,在冻-融交替作用和介质溶液的侵蚀作用下,再生混凝土内部裂缝逐渐扩展和连通,混凝土内部结构松散[8],加速了混凝土表面脱落,质量损失呈加速上升趋势。由图4(a),在清水冻融环境下,各试验组前50次质量损失以一定速度呈上升趋势,从50次到100次质量损失趋于平缓,在100次冻融循环后开始加速,但整体质量损失相对较小。由图4(b),在3.5% NaCl溶液冻融环境中,各试验组质量损失变化呈逐渐增大的趋势,且质量损失较大。由图4(c),在5% Na2SO4溶液冻融环境中,各试验组在200次前质量变化趋势基本相同,在200次后质量呈不同程度加速上升。从总体上看,各试验组在不同冻融环境中的质量损失率排序依次为3.5% NaCl溶液>5% Na2SO4溶液>清水。

图 4 不同冻融环境质量损失变化图

同一种介质环境中,RAC基准组损失量均为最大值,说明经过改性处理的再生混凝土耐久性均得到不同程度提升。随着冻融循环的进行,各试验组再生混凝土的质量损失率排序依次为RAC>WRAC>GRAC>WGRAC,且WRAC和GRAC变化趋势基本相同,表明再生骨料在水玻璃溶液和硅烷溶液改性强化效果差异不大,再生骨料经过两种溶液复合改性强化效果大于单一改性强化效果。

3.3 相对动弹性模量分析

图5表示各试验组分别在清水、3.5% NaCl溶液和5% Na2SO4溶液中的相对动弹性模量变化图。由图5(a)可知,在清水冻融环境,各试验组相对动弹性模量呈现出先缓慢下降,后加速下降的趋势,且在冻融循环200次后下降幅度加大。原因是冻融前期,混凝土内部相对比较密实,水只能通过毛细孔浸入混凝土内部,混凝土内部水饱和度不高,冻胀压力产生的内部损伤较小[9],随着冻融循环的进行,混凝土内部水在冰-水两相之间交替变化,再生混凝土表面逐渐生成裂缝并剥落,外部水不断进入混凝土内部,使混凝土内部产生裂缝,内部裂缝不断扩展和延伸,混凝土内部加速破坏,此时混凝土相对动弹性模量呈加速下降趋势。由图5(b)可知,在3.5% NaCl溶液冻融环境中,各试验组在150次就下降明显,且下降的幅度较清水环境大。在氯盐溶液中,混凝土由于毛细孔压和渗透压的作用,混凝土内部水饱和度较高,使得内部溶液产生的冻胀压对混凝土内部损伤较高;同时,Ca(OH)2在氯盐溶液中溶解度较高,导致混凝土内部Ca(OH)2损失量较多,为了填补Ca(OH)2损失量,混凝土内部部分水化C-S-H凝胶分解,使得混凝土内部结构松散不均,加速了混凝土的破坏[10]。由图5(c)所示,在5% Na2SO4溶液冻融环境中,各试验组在前50次缓慢下降,50次到200次加速下降,200次之后呈不同趋势快速下降。冻融初期,盐溶液通过毛细孔和渗透作用浸入混凝土内部,降低了混凝土内部冰点,同时溶液中的SO42–与混凝土内部物质生成钙矾石等晶体,填充混凝土内部孔隙,从而减缓混凝土内部损伤,随着冻融循环的进行,溶液逐渐向内部扩展,内部水饱和度增大,混凝土冻胀压力增大,加速了混凝土内部损伤。当溶液过多渗入混凝土内部,混凝土同时受结晶压和冻胀压的双重作用[11],混凝土内部损伤逐渐加大,混凝土相对动弹性模量呈快速下降趋势。总体而言,各试验组在不同冻融环境下的相对动弹性模量变化量为3.5% NaCl溶液>5% Na2SO4溶液>清水。

图 5 不同冻融环境相对动弹性模量变化图

在同一种冻融环境中,各试验组相对动弹性下降幅度排序为RAC>WRAC>GRAC>WGRAC,且RAC组下降幅度明显高于其他组。原因是再生骨料本身各项性能较差,而经过改性水玻璃溶液和硅烷溶液处理后能整体提高骨料性能,且经过复合改性处理对骨料性能提升更加显著,从而使得再生骨料经过不同改性方式处理后的再生混凝土抗冻耐久性存在差异。

4 冻融损伤模型及寿命预测 4.1 基于Weibull分布冻融损伤模型的建立

根据损伤理论[12],混凝土冻融损伤是由混凝土内部微小裂缝不断累积和发展造成的,而相对动弹性模量能较好地反映出混凝土内部损伤,则以相对动弹性模量为指标的损伤度DN为:

$ {D_{ N }} = \frac{{{E_0} - {E_N}}}{{{E_0}}} $ (1)

式中:DN——冻融损伤程度;

E0——相对动弹性模量初始值;

EN——冻融N次的相对动弹性模量值。

再生混凝土是由多种介质组成的复合材料,使得再生混凝土内部缺陷和裂缝具有随机性。在冻融循环作用下,再生混凝土的内部损伤也存在一定的随机性和不确定性。Weibull分布结合概率论与统计学的方法[13],能较好地解决混凝土等脆性材料内部缺陷不均匀而造成损伤结果不确定性的问题,因而广泛应用于混凝土材料损伤问题的研究。为了确保结果的准确性和可行性,本文采用双参数Weibull分布函数进行冻融损伤分析。

由双参数Weibull分布函数,可得冻融循环作用下再生混凝土的概率密度函数fN为:

$ {f_{N }}{\text{ = }}\frac{\beta }{\mu }{\left( {\frac{N}{\mu }} \right)^{\beta {{ - 1}}}}\exp \left[ {{{ - }}{{\left( {\frac{N}{\mu }} \right)}^\beta }} \right] $ (2)

式中:μ——特征寿命因子;

β——形状因子;

N——冻融循环次数。

两边同时积分,则可靠性概率分布函数FN为:

$ {F_{N }} = \exp \left[ { - {{\left( {\frac{N}{\mu }} \right)}^\beta }} \right] $ (3)

当相对动弹性模量变化规律服从双参数Weibull分布时,则存在失效概率PN

$ {P_{N}} = {D_{ N }} = 1 - {F_{N}} = 1 - \exp \left[ { - {{\left( {\frac{N}{\mu }} \right)}^\beta }} \right] $ (4)
4.2 冻融损伤模型的验证

本文以相对动弹性模量服从双参数Weibull分布的假设理论构建模型,从定量角度分析混凝土材料冻融损伤和演化规律,具有较好的实用价值和借鉴意义。但由于混凝土材料的多相复杂性和缺陷随机性,使得混凝土冻融作用下内部缺陷发展具有不确定性。为了准确描述混凝土损伤情况和验证模型的可靠性,需要采用相对动弹性模量对冻融损伤模型进行可靠性分析。

由上文建立的冻融损伤模型,可得以相对动弹性模量为损伤指标的冻融损伤度D与冻融循环次数N的关系函数:

$ {{1 - }}{D_N} = \exp \left[ {{{ - }}{{\left( {\frac{N}{\mu }} \right)}^\beta }} \right] $ (5)

为了方便进行计算,两边同时进行对数变换,可得:

$ \ln \left( { - \ln \left( {1 - {D_{ N }}} \right)} \right) = \beta \ln N - \beta \ln \mu $ (6)

由公式(6)可得形如公式y=ax+b线性方程,令y=ln(–ln(1–DN))为方程纵坐标,x=lnN为方程横坐标,则方程系数可表示为a=βb=–βlnμ。通过数理统计和线性回归的方法对试验数据进行线性拟合,如果线性关系良好,则表明冻融损伤模型可靠性较高,否则冻融损伤模型可靠性较低。

图6(a)(b)(c)分别表示各试验组在清水、3.5% NaCl溶液和5% Na2SO4溶液3种不同冻融环境下lnN–ln(–ln(1–DN))的线性拟合图。由图所示,各试验组在三种不同冻融环境下均表现出良好的线性,满足y=ax+b的关系式,表明各组相对动弹性模量能较好地服从双参数Weibull分布,冻融损伤模型可靠性较高。根据各试验组线性回归结果,可得出线性相关参数ab和契合度r2,从而根据β=aμ=exp(–b/β)求得双参数Weibull的特征寿命因子μ和形状因子β,具体结果如表1所示。

图 6 不同冻融环境lnN-ln(–ln(1–DN))线性拟合图

表 1 基于Weibull分布的冻融损伤模型相关参数
混凝土
类别
清水 3.5% NaCl溶液 5% Na2SO4溶液
μ β r2 μ β r2 μ β r2
RAC 709.47 1.63 0.98 616.49 1.58 0.96 608.38 1.85 0.96
GRAC 1041.28 1.51 0.97 615.89 1.82 0.98 720.87 1.74 0.98
WRAC 1066.99 1.46 0.97 606.71 1.74 0.98 745.48 1.71 0.97
WGRAC 1284.39 1.43 0.96 631.79 1.78 0.98 896.72 1.59 0.97

4.3 冻融损伤分析及寿命预测

4.3.1 基于Weibull分布分析不同介质环境对冻融损伤的影响

由于再生混凝土在盐溶液中的冻融损伤是盐溶液的侵蚀和冻融破坏复合作用的结果。为研究不同介质环境对再生混凝土冻融损伤过程的影响,本文引入再生混凝土复合损伤影响因子λ,使得:

$ \lambda \text=\frac{{D}_{N}{}_{盐}}{{D}_{N}{}_{水}} $ (7)

式中:λ——盐溶液侵蚀和冻融损伤对再生混凝土复合损伤影响因子;

DN——盐溶液冻融环境环境下的损伤度;

DN——清水冻融环境下的损伤度。

λ>1时,表明盐溶液对再生混凝土冻融损伤起促进作用,当λ<1时,表明盐溶液对再生混凝土冻融损伤起抑制作用。

根据前文对Weibull模型的建立与验证,将表1特征寿命因子μ和形状因子β分别代入式(5)中,可得各试验组在不同冻融环境下冻融循环次数N与损伤度DN的损伤演化关系式。为研究各试验组在不同盐溶液对冻融损伤的影响程度,将不同冻融环境下的损伤度DN的值代入式(7),即可得不同盐溶液对冻融损伤影响程度,影响过程如图7所示。

图 7 不同介质环境对冻融损伤的影响

对比图7(a)和图7(b)可以发现,各试验组在3.5% NaCl溶液中的λ始终大于5% Na2SO4溶液中的λ,表明各试验组在3.5% NaCl溶液中的冻融损伤程度大于5% Na2SO4溶液中的冻融损伤程度。由图7(a)可知,冻融初期,RAC的λ始终大于1,而其他试验组均存在λ<1的情况。分析原因为经过改性后的再生混凝土内部结构较为密实,氯盐溶液浸入再生混凝土内部,降低了再生混凝土内部冰点,使得再生混凝土内部冻胀压力减小[14],从而使得氯盐溶液对再生混凝土冻融破坏起抑制作用,而随着冻融循环的进行,再生混凝土内部逐渐松散,使得溶液中的Cl的侵蚀作用加速再生混凝土的损伤,而RAC的λ始终大于1原因是再生骨料性能较差,再生混凝土内部结构抗损伤性能较低,Cl浸入只会加速再生混凝土的损伤。由图7(b)可知,各试验组均存在λ<1的情况,随着冻融次数的增加,λ的值逐渐增大。分析原因为盐溶液中的SO42–浸入混凝土内部,降低了内部冰点,减轻了冻融作用产生冻胀压力,同时,当SO42–浸入再生混凝土内部,能与内部Ca(OH)2生成钙矾石晶体,从而填充内部孔隙,使得SO42–浸入能抑制冻融损伤的作用。随着冻融的进行,内部损伤加大,SO42–浸入过多,过多Ca(OH)2晶体流失和内部钙矾石的产生,使得再生混凝土受外部冻融和内部膨胀的双重压力,从而对再生混凝土的损伤起促进作用。

4.3.2 再生混凝土寿命预测

根据GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》,当相对动弹性模量下降至60%,即损伤度DN=0.4时,混凝土试块达到失效标准。将损伤度DN=0.4代入上述损伤演化关系式,即可得各试验组在不同介质环境下得冻融循环次数,如表2所示。

表 2 损伤度D=0.4时冻融循环次数(N
混凝土
类别
清水 3.5% NaCl溶液 5% Na2SO4溶液
RAC 470 402 423
WRAC 666 412 490
GRAC 673 425 503
WGRAC 802 501 587

结合李金玉[15]等学者对中国各地区年平均冻融次数的统计,西北地区、东北地区、华北地区年平均冻融次数依次为118次、120次和84次,且室内环境冻融次数与自然环境冻融次数的转化关系为12∶1。计算出不同地区改性再生混凝土的预测寿命,如表3所示。

表 3 再生混凝土寿命预测
混凝土
类别
西北地区 东北地区 华北地区
清水 3.5% NaCl 5% Na2SO4 清水 3.5% NaCl 5% Na2SO4 清水 3.5% NaCl 5% Na2SO4
RAC 47.7 40.8 43.0 46.9 40.2 42.3 67.1 57.4 60.4
WRAC 67.7 41.8 49.8 66.6 41.1 48.9 95.1 58.8 69.9
GRAC 68.4 43.2 51.1 67.3 42.5 50.2 96.1 60.7 71.8
WGRAC 81.5 50.9 59.7 80.2 50.1 58.7 114.5 71.5 83.8

表3可知,在相同冻融环境下,各试验组的预测寿命依次为WGRAC>GRAC>WRAC>RAC,且WGRAC试验组变化最明显,表明对再生骨料改性强化处理均能提高再生混凝土抗冻耐久性能,同时,对再生骨料复合强化处理对再生混凝土抗冻耐久性最优。同一试验组中,再生混凝土在不同介质环境下的预测寿命依次为清水>5% Na2SO4>3.5% NaCl,且随着骨料改性效果的提升,再生混凝土在不同介质环境下的预测寿命提升越明显。

5 结束语

1)本文采用5%水玻璃溶液和8%硅烷溶液分别对再生骨料进行单一改性和复合改性,将经过不同改性处理后的再生混凝土分别置于清水、3.5% NaCl溶液和5% Na2SO4溶液3种不同介质环境中进行冻融循环试验,通过研究各试验组在不同冻融环境下的表观形貌、质量和相对动弹性模量变化来分析其损伤劣化规律。研究表明,在同一种改性条件下,各试验组在不同介质环境下的冻融损伤程度依次为3.5% NaCl溶液>5% Na2SO4溶液>清水,而在同一冻融环境下,各试验组抗冻耐久性排序依次为WGRAC>GRAC>WRAC>RAC。

2)采用不同改性方式对再生骨料进行浸泡强化处理,通过不同改性处理后各类骨料的表观密度、压碎指标和吸水率来反映其骨料改善程度。研究发现,经过改性处理后的再生骨料各项性能均得到明显提升,且复合改性对再生骨料各项性能的改善效果明显优于单一改性效果。

3)以相对动弹性模量服从Weibull分布的假设理论进行冻融损伤模型的建立与验证,在不同冻融环境下各试验组的模型契合度r2均在0.95以上,模型精度较高,说明基于Weibull分布的冻融损伤模型能较好地预测和反映冻融条件下再生混凝土内部损伤情况,可为实际工程再生混凝土抗冻性预测提供参考。

4)文中基于Weibull分布冻融损伤模型,引入复合损伤影响因子λ,能较好地反映不同冻融次数下介质环境对冻融损伤的影响程度。然而,本实验研究的是单盐侵蚀环境对再生混凝土冻融的影响情况,而在北方实际工程当中,混凝土材料大都处于多种盐类复合侵蚀的环境,多种盐类侵蚀环境对再生混凝土冻融损伤研究尚存在不足,应进行下一步研究。

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