醋酸改性再生骨料废液对水泥基材料水化及耐久性影响的研究

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在我国城镇化建设速度不断加快的过程中,旧建筑被拆除产生了大量的建筑垃圾,对自然环境也带来了巨大危害。目前,建筑垃圾主要通过分选、破碎、筛分将其加工为再生骨料以替代混凝土中的砂石骨料。由于再生骨料性质特殊,使用前常用物理或化学方法进行强化处理。与物理方法相比,化学方法以其低能耗和良好的适用性而被使用。而化学方法中的酸液浸泡不仅操作简便快捷和安全环保,处理效果也较为显著。因此,本文采用稀醋酸浸泡处理再生骨料,研究不同稀醋酸浸泡制度对再生骨料物理力学性能及微观形貌的影响,优化处理工艺;同时,将处理过程中产生的废液作为水泥基材料的拌合水,探究了拌合水对水泥砂浆水化硬化过程、孔结构演变及耐久性的影响,以实现酸液浸泡法处理再生骨料使用全过程的环境友好性;采用电化学方法进一步研究了浸泡液作拌合水对砂浆中钢筋锈蚀的影响,主要研究内容及成果如下:(1)为了研究使用稀醋酸浸泡再生骨料对其强化处理的效果,分别针对稀醋酸浸泡浓度和浸泡时长,设计了0.1mol/L、0.2mol/L和0.3mol/L的浸泡浓度和12h、24h和36h的浸泡时长,交叉形成9种稀醋酸浸泡制度,同时设置自来水组别为对照组。经浸泡强化处理后,对再生骨料的宏观形貌、微观形貌、骨料失重率、吸水率、表观密度和压碎指标等基本物理性能进行测定,并测试浸泡废液澄清液的pH值和主要元素。结果表明:经稀醋酸浸泡处理后的再生骨料,其基本性能有了一定程度改善,表观密度增加,吸水率和压碎指标降低;浸泡时长增加对骨料的强化效果一般,浸泡浓度增加对骨料品质的提升效果更明显。浸泡废液中主要含有Ca、Si、S、Na、Mg等元素,溶液pH值为5.39-6.97,属弱酸性液体;同样的,浸泡时长增加对浸泡废液的pH值和元素含量影响不大,浸泡浓度过高会导致浸泡废液酸性太强,不利于其后续使用。综合考虑再生骨料和浸泡废液的品质,选取0.1mol/L为最佳浸泡浓度,12h为合适浸泡时长。(2)将不同组别浸泡废液作为水泥基材料的拌合水,研究了拌合水对水泥基材料力学和耐久等性能的影响。结果表明:浸泡废液作为水泥浆体的拌合水会降低其水化放热速率和累积放热量,延缓水泥水化;同时,随醋酸浓度和浸泡时长的增加,延缓作用均表现出先增强后减弱的规律;浸泡废液作拌合水使大部分组别砂浆早期强度有所降低,28d强度均有一定程度提高,延长浸泡时间对砂浆有较好的增强作用;浸泡废液作拌合水对水泥水化产物的物相组成无较大影响;与强度结果相对应,浸泡废液作拌合水会增大早期硬化浆体孔隙率,28d时孔隙率均小于对照组,且对孔隙的细化效果也表现出随醋酸浓度及浸泡时长增加而先增强后减弱的规律;使用浸泡废液作拌合水会造成硬化浆体碳化程度加深,但低浓度和短时间浸泡获得的浸泡废液都能有效减小浆体自收缩。总体而言,浸泡废液作为水泥基材料的拌合水时,通过延缓其早期水化,保证水泥水化持续均匀地进行,使孔结构得到细化,从而起到增强和减缩的效果;但由于浸泡废液作拌合水时生成更多的CH,从而降低其抗碳化性能。(3)基于目前建筑中主要应用的钢筋混凝土结构,进一步研究浸泡废液作拌合水对砂浆中钢筋锈蚀的影响,制备了带筋砂浆试件,使用电加速的方法对砂浆中的钢筋进行加速锈蚀,并结合电化学分析钢筋的锈蚀行为。结果表明:使用浸泡废液作为拌合水制备的浆体,其7d龄期孔溶液pH值均高于12.0,不影响钢筋钝化膜的正常形成,但会对钝化膜质量有一定影响,且会弱化钝化膜与基体之间的粘结;就电化学参数而言,在标定时刻,随着浸泡时长增加,每个浓度下的试件均表现出腐蚀电位和极化电阻下降,腐蚀电流密度上升的规律;电加速进行到30d时,表现出的规律为:浸泡液pH值越低,越不利于钢筋耐锈蚀性能;随着电加速进行,试件抗腐蚀性能下降。
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