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随着我国城镇化进程以及基础设施建设的蓬勃发展,建筑垃圾的排放也逐年增长。这些建筑垃圾中,废弃混凝土是主要的组成部分。而将这部分废弃混凝土处理后作为骨料循环再利用已经成为解决该问题的重要途径,并成为国内外混凝土研究者关注的焦点。
由废弃混凝土破碎得来的再生骨料表面常伴随有原始缺陷并附着有老砂浆层,这会大大增加骨料的吸水率并且影响骨料质量。这些都会进而影响到用再生骨料拌制的再生混凝土的力学性能和耐久性能,限制再生骨料的再利用范围。国内外学者为此做了诸多研究来提高再生骨料的质量,而采用强化浆液浸渍的方法来提高骨料质量成为其中重要的途径之一,也取得了不少可喜的成果。但多数研究者所采用浸渍浆液大多为微粒较大且渗透性一般的水泥基浆体材料,如水泥浆体、硅粉溶液和水玻璃等,可以提高再生骨科表面性状以期强化新砂浆-再生骨料界面过渡区来提高再生混凝土的性能,但由于渗透能力有限,无法有效强化常常成为薄弱点的老砂浆层-老骨料界面。另外一些强化手段,如加热强化、超声波强化和微波强化等,由于强化过程和设备过于复杂而无法达到今后大规模应用的要求,限制了工业化的应用。因此,本文利用纳米材料的强渗透性和强活性,通过纳米材料浆液来浸渍再生骨科,渗透进入老砂浆-骨料界面过渡区,使得新老界面过渡区同时得到强化。
本文采用纳米碳酸钙或纳米二氧化硅溶胶单一浆体和复合纳米浆体来浸渍强化再生骨料,先研究纳米强化对再生骨料宏观性能和微观结构的影响。然后,选择两种效果较好的强化液(单一纳米碳酸钙浆体和复合纳米碳酸钙-硅溶胶浆体)来强化再生粗骨料用于拌制再生混凝土来研究纳米强化对再生混凝土力学性能和微观结构的影响:拌制C30和C50两组混凝土来研究纳米强化对不同强度等级再生混凝土性能的影响;拌制标准养护和低温(杭州冬季平均气温6.5℃)养护两组混凝土来研究纳米强化对不同养护温度条件下再生混凝土性能的影响。试验结果表明:
(1)15%纳米碳酸钙强化液的强化效果最好,再生骨料的吸水率与未处理的骨料相比从5.3%下降到2.7%,老砂浆和老骨料界面显微硬度有了一定程度的提高。孔结构分析也表明,纳米碳酸钙填充了再生骨料的部分孔隙,对于再生骨科的微观结构有一定的改善作用。
(2)纳米材料的引入将会较大程度的影响强化后再生混凝土拌合物流动性。
(3)纳米强化或者复合纳米强化技术,对不同强度等级再生混凝土的抗压强度和抗折强度的影响大不相同。抗压强度方面:纳米强化技术,尤其是复合纳米强化,对C30组混凝土强度的提高十分显著;对C50组再生混凝土而言,单一强化的效果明显,复合强化几乎未显示任何效果。抗折强度方面:纳米强化技术对两种不同强度等级再生混凝土的影响规律类似;其中,复合强化对抗折强度的提高效果要好于单一纳米碳酸钙的强化。
(4)由于不同强度等级的再生混凝土破坏机理和薄弱位置的不同,使得纳米强化对不同强度再生混凝土抗氯离子渗透、抗碳化、干燥收缩的影响规律并不完全类似于其对力学性能的影响。
(5)纳米强化尤其是复合纳米强化技术对不同养护温度下的再生混凝土抗压强度和抗折强度的影响不同。低温养护条件时,单一纳米碳酸钙强化对再生混凝土抗压强度和抗折强度的提高效果都很显著,而复合强化则未显示任何有利效果。
(6)低温养护条件下,可能会使纳米二氧化硅的活性下降,或者增强了硅溶胶的成膜效应,从而阻碍了纳米材料强化作用的发挥,使得复合纳米强化在低温养护条件下对再生混凝土耐久性能几乎没有改善作用,单一纳米碳酸钙强化效果对耐久和力学性能的改善则较为有效。
(7)结合低温养护和标准养护再生混凝土的微观分析,证明用CH的取向指数来推断再生混凝土力学性能的改善在某种程度上有一定的合理性或只能局限于特定的水化反应速度下。