再生骨料混凝土及纳米改性研究综述 张恒

发表时间:2019/7/19   来源:《新材料.新装饰》2019年3月上   作者:张恒 杨永竹 包淑贤 倪雅静 胡英飞 段龙
[导读] 本文对再生骨料混凝土基本力学性能研究进行了简要的总结和归纳,并对纳米材料(纳米SiO2、纳米CaCO3等)改性再生骨料混凝土进行了综述。纳米材料的小尺寸效应能够填充再生骨料和混凝土内部孔隙、裂缝,从而提高其密实度,达到提高强度的目的。纳米材料也有较强的火山灰效应,能促
(河北建筑工程学院,河北 张家口 075000)
摘要:本文对再生骨料混凝土基本力学性能研究进行了简要的总结和归纳,并对纳米材料(纳米SiO2、纳米CaCO3等)改性再生骨料混凝土进行了综述。纳米材料的小尺寸效应能够填充再生骨料和混凝土内部孔隙、裂缝,从而提高其密实度,达到提高强度的目的。纳米材料也有较强的火山灰效应,能促进水泥二次水化反应,消耗水泥水化产物并生成纳米级的C-S-H凝胶,同样能够填充结构内部孔隙与裂缝。但此类纳米材料造价较高,应用前景受到限制。本文最后提出了一种与此类纳米材料性能相似且造价相对较低的粘土:纳米高岭土,有望对再生骨料混凝土性能有较大改善。
关键词:再生骨料混凝土;纳米;性能;改善

 
        引言
        几十年来,在建筑行业,环境问题一直是相关专业人士关注的热点问题。这就引起了建筑行业越来越要具有可持续发展的方法和途径[1-2]。社会的快速发展,使得一些基础性建筑设施逐渐被淘汰,如旧建筑物、路桥等。在这些混凝土结构建筑物拆除重建过程中将产生不可估量的建筑垃圾,其中大部分为水泥基固体废料[3]。而传统处理废弃混凝土的途径,势必会对环境造成一定的危害。国内外众多学者在废弃混凝土循环再利用方面做了大量研究。其主要研究工作就是把废弃混凝土经过破碎、分级、清洗等一些工序,处理成再生粗骨料,然后按一定的配比拌和成再生骨料混凝土。这对废弃混凝土的回收利用方面再增一条可行途径[4]。
        然而,不少相关研究发现,再生骨料、再生骨料混凝土都存在着天然的缺陷[4-6]。近年来,国内外众多学者对再生骨料混凝土性能天然缺陷问题上加以改善。并在改性再生骨料基本性能、增强再生骨料混凝土强度等方面的研究取得了可喜的阶段性成果。本文将对纳米改性再生骨料混凝土的相关研究成果进行梳理总结,旨在为再生骨料混凝土改性进一步研究拓展和完善提供参考。
        1 再生骨料混凝土性能研究
        再生骨料是由废弃混凝土经破碎分级、清洗得到的骨料。而在破碎过程中必然会产生孔隙、裂缝。且粗骨料表面会附带有砂浆,这就使得再生骨料吸水率增大。而再生骨料混凝土抗压强度随骨料替代率的提高而降低,其根本原因在于再生骨料孔隙、裂缝多、吸水率大。再生骨料混凝土的抗拉强度、抗剪强度都与再生骨料混凝土内部的旧界面的劈拉断裂紧密相关。而骨料替代率越高,混凝土内部旧界面数量越多,劈裂抗拉强度、抗剪强度大大降低[7-10]。
        2 纳米改性再生骨料混凝土性能研究
        纳米材料的粒径是在1-100nm之间,且具有体积效应、尺寸效应等,是21世纪最有发展前途的材料[6]。Richardson I G[11]的研究表明,在再生骨料混凝土中添加纳米材料能够填充再生骨料混凝土内部的微小孔隙,使结构更加密实。也能促进再生混凝土的水化反应,消耗水化产物Ca(OH)2生成的纳米级尺寸C-S-H凝胶同样能够填充混凝土内部孔隙。


        目前,用于改性再生骨料混凝土的纳米材料主要有纳米SiO2、纳米CaCO3等。主要改性方法:①将无机纳米材料直接加到再生混凝土中;②纳米材料溶液浸泡再生骨料[12]。两种方法的目的都是通过纳米填充其内部孔隙与裂缝,起到提高强度和韧性的效果[13]。王玲玲等[14]通过添加纳米CaCO3和纳米SiO2均可在一定程度上改善再生混凝土的耐久性。钱晓倩等[15]通过引入纳米CaCO3和硅溶液,采用不同的搅拌工艺配制的纳米再生混凝土的试验结果表明,纳米颗粒对再生骨料混凝土的早期、后期强度都有相对提高,在耐久性方面也有提高。王章夫等[16]通过电镜扫描等微观测试方法发现再生骨料表面的孔隙和裂缝能被纳米SiO2、纳米CaCO3很好地填充,再生骨料界面结构、强度都得以提高。朱勇年等[17]用纳米SiO2浸泡再生骨料的方式来改性再生混凝土,结果显示经浸泡处理后的再生骨料混凝土力学性能改善明显。但唯一的缺点即纳米SiO2价格昂贵,发展前景受到限制。
        纳米材料的昂贵价格限制了它不能大量掺入来填充混凝土内部孔隙,但自身的尺寸效应能通过阻裂、参与化学反应等改善其微观结构,使得混凝土更加密实,达到强化的目的。有研究显示,掺入纳米SiO2不仅可以利用自身的小尺寸效应来填充结构内部孔隙,还能发挥较强的火山灰效应,以此提高水泥基材料的强度[18-23]。Li等[24]在水泥基材料中添加纳米SiO2和纳米Fe2O3、钱匡亮[25]在水泥基材料中添加纳米CaCO3,并对微观结构进行了研究分析,都得出了与上述类似的结论。
        3 结语
        综上所述,可知:纳米材料通过自身的小尺寸效应能够改善再生骨料及再生骨料混凝土的一些天然性能的不足。纳米材料能填充再生骨料混凝土内部微小孔隙和裂缝,强化界面过渡区,从而能够提高再生骨料混凝土的强度;纳米材料较强的火山灰效应能促进水泥的水化反应,消耗水化产物氢氧化钙并生成纳米级C-S-H凝胶体,同样更能够填充结构内部孔隙,达到提高强度的效果。
        有关再生骨料和再生骨料混凝土及其改性已有不少研究,为更好地促进废弃混凝土的应用,以下方面需要进一步研究:①由于不同地区、建筑物的不同部位、不同的使用年限所生产的再生骨料,对再生骨料混凝土强度等性能都会产生影响,而这些影响因素然对混凝土性能究竟有何关系,需要进一步探索。②再生骨料的吸水率是影响再生骨料混凝土抗压强度的重要原因,但目前有关吸水率与抗压强度之间的具体关系的研究还较少。③纳米材料造价较高,且易出现团聚现象,发展前景受到限制。而纳米粘土相对上述纳米材料,造价较低。如:纳米高岭土,虽有相关文献研究其在水泥基材料的应用,但国内在再生骨料混凝土的应用研究还较少;纳米黏土掺量和骨料替代率的关系对再生混凝土性能的影响有待于更深入的研究。
参考文献
[1]张津践.再生混凝土纳米强化技术及微观结构分析[D].杭州:浙江大学.2012.
[2]罗素蓉.纳米改性对再生混凝土双K断裂参数的影响[J].水利学报,2018,49(6):670-677.
[3]王玲玲.纳米强化技术对再生混凝土耐久性影响研究[J].混凝土,2014,297(7):48-51.
[4]钱晓倩.搅拌工艺及纳米材料对再生混凝土性能的影响[C].中国建筑材料联合会.第三届中国国际新型墙体材料发展论坛暨第二届中国建材工业利废国际大会论文集.北京:中国建材报社,2009:123-139.
 
 
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