关键词：建筑废渣混凝土；再生骨料；掺合料；抗氧离子渗透性
　　
　　海工钢筋混凝土结构长期受到海洋坏境的腐蚀，特别是氯离子侵蚀，造成结构的侵蚀破坏。将建筑垃圾中大量存在的硬质无机成分循环制成再生骨料，配制建筑废渣混凝土，众多学者的研究试验^[1-7]证明了其可行性，为研究建筑废渣混凝土的工程性质及其应用提供了有价值的成果。
　　
　　将建筑废渣混凝土应用于海洋工程，需要根据各项试验成果进行综合分析比较建筑废渣混凝土在海洋环境下的强度和耐久性能等。文章主要针对研究不同配合比、不同再生骨料取代率、不同矿物掺合料对建筑废渣混凝土的抗氯离子渗透性能的影响，为实现建筑垃圾的减量化和环境化，为海洋工程的新型环保建材应用提供了参考依据。
　　
　　1 不同配合比的建筑废渣混凝土的氯离子渗透性能试验分析
　　
　　与天然骨料相比，再生骨料表面包裹着水泥砂浆，棱角状较多，且经二次破碎后产生的大量微细裂缝等种种因素导致再生骨料孔隙率较大，吸水率明显较高，导致不同配合比的建筑废渣混凝土与普通混凝土在抗氯离子渗透性能方面存在较大的差异。文章主要考虑再生骨料和矿物掺合料对建筑废渣混凝土抗氯离子渗透性能的影响。结合海工混凝土的抗渗要求，拟采用抗渗性较高的矿渣混凝土和粉煤灰混凝土，比较混凝土在不同再生骨料、不同骨料取代率及不同掺合料3个变量水平下的氯离子扩散系数，研究不同再生骨料和掺合料对建筑废渣混凝土抗氯离子渗透性能的影响。
　　
　　采用文献^[2-3]的试验结果，试验中的水泥采用三菱水泥厂生产的PⅡ52.5硅酸盐水泥；普通矿渣采用青岛产S95级矿渣；粉煤灰采用青岛四方电厂生产的Ⅱ级灰；硅灰采用河南巩义生产的微硅粉；超细矿渣采用济南钢铁厂生产的粒径6μm的超细矿渣；再生骨料是经整形筛分^[2-3]的高品质再生骨料；选用的天然骨料符合JGJ 52—1992/1993的要求；粗、细骨料的基本性质^[4]见表1。采用RCM法(非稳态氯离子快速迁移试验方法)测量氯离子渗透深度，计算氯离子扩散系数。
　　

　　试验以再生粗骨料混凝土和再生细骨料混凝土分别作为M系列和N系列；矿渣混凝土试验组设有A、B、C 3组，粉煤灰混凝土试验组设有D、E、F 3组；A、D组作为基准组，分别掺入8％超细矿渣的B、E组和掺入8％硅灰的C、F组作为对比组；分别测量各组在再生骨料取代率0％、40％，70％，100％4个水平的氯离子扩散系数。

　　
　　2 再生骨料和掺合料对建筑废渣混凝土抗氯离子渗透性能的影响分析
　　
　　2.1 混合材料对建筑废渣混凝土抗氯离子渗透性能的影响
　　
　　从图1可以明显看出，D、E、F 3组(水泥和粉煤灰作为基本胶凝材料，粉煤灰质量比占50％)氯离子扩散系数明显较A、B、C 3组(水泥和普通矿渣作为基本胶凝材料，普通矿渣质量比占50％)大，幅度达50％。说明相对于普通矿渣，粉煤灰对提高混凝土抗氯离子能力作用明显较弱。

　　试验研究证明，掺入粉煤灰可明显改善建筑废渣混凝土的抗渗性。粉煤灰的活性成分与水泥水化产物氢氧化钙反应，生成较稳定的水化硅酸钙，这种水化物不仅有助于提高混凝土后期强度，而且由于水化物在反应过程中体积膨胀，大大改善混凝土内部孔结构，提高混凝土的密实度，增加阻水作用，从而使混凝土的抗氯离子渗透性能得到改善^[5]；相对而言，普通矿渣火山灰活性高于粉煤灰，还具有一定的胶凝性，比粉煤灰更能提高混凝土的抗氯离子渗透性能^[3]。
　　
　　2.2 再生骨料对建筑废渣混凝土抗氯离子渗透性能的影响
　　
　　理论上，再生骨料表面不可避免地包裹着旧水泥砂浆，加上经过机械破碎过程骨料内部产生的二次微细裂缝等因素都会影响再生骨料的内部孔结构，大大提高了再生骨料的吸水率(表1)，再生骨料的吸水率是天然骨料的6倍。因此，相对于普通混凝土，再生骨料取代率越大，建筑废渣混凝土的氯离子扩散系数越高。
　　
　　从图1可以看出，M系列基本符合该规律，变化幅度不大。结合表2可以看出，随着再生骨料取代率的增大，AM组的氯离子扩散系数基本没有变化；BM、CM组的氯离子扩散系数随着再生骨料取代率的增大略微上升；DM在0％～70％间氯离子扩散系数随着取代率的增大而增大，但当取代率大于70％时，反而略有下降；EM组在0％和70％处氯离子扩散系数取得有极大值，在40％和100％处反而取得极小值，但幅度不大；FM组的氯离子扩散系数略有下降；相对而言，N系列变化规律不统一，甚至有个别组列的扩散系数随着骨料取代率的增大反而减小，即抗氯离子能力增大，如CN、EN。
　　
　　综上所述，再生骨料取代率对建筑废渣混凝土抗氯离子渗透性能影响不大，再生细骨料混凝土的抗氯离子渗透性能甚至有所提高。这与该试验采用的是经过整形筛分的再生骨料关系密切。经过整形筛分的再生骨料各项性能明显改善，使得密实度显著提高，加上再生细骨料中还可能混有大量尚未来得及水化的水泥石和水泥矿物，这些都提高了建筑废渣混凝土的抗渗能力。另外，再生骨料表面包裹的旧水泥砂浆使得建筑废渣混凝土的吸水率降低，提高了混凝土的有效水灰比，减少了混凝土的泌水通道，致使建筑废渣混凝土的抗氯离子能力有所提高；但是再生骨料表面的水泥砂浆同时带来了大量的孔隙结构，降低了混凝土的抗氯离子性能。多种因素同时相互作用影响建筑废渣混凝土的抗氯离子渗透性能。
　　
　　2.3 矿物掺合料对建筑废渣混凝土抗氯离子渗透性能的影响
　　
　　理论上，作为混凝土的矿物掺合料，超细矿渣和硅灰都能在一定程度上提高混凝土的抗渗性能^[8]。从表2可以看出，M、N系列基本满足该规律。掺入8％的超细矿渣的B、E组混凝土的氯离子扩散系数明显比没掺超细矿渣的A、D组的要小得多，最大变化幅度达51％，且E组的氯离子扩散系数明显高于B组；掺入8％的硅灰的C组的氯离子扩散系数较A组降低了约50％；用8％的硅灰取代等量的粉煤灰的F组的扩散系数较D组降低至少70％。
　　
　　由图2可以看出，以水泥和普通矿渣作为基本胶凝材料(B、C组)的时候，超细矿渣和硅灰对氯离子的渗透深度影响相差不大；在以水泥和粉煤灰作为基本胶凝材料(E、F组)的时候，硅灰对改善建筑废渣混凝土抗氯离子性能的影响较超细矿渣的作用明显较大，最大幅度达61％。结合图1和2，可以看出，超细矿渣对提高B组系列(以水泥和普通矿渣作为基本胶凝材料)的混凝土的抗氯离子性能要高于E组系列(以水泥和粉煤灰作为基本胶凝材料)的混凝土；相对而言，硅灰几乎不受此影响。所以，可认为在水泥和粉煤灰作为基本胶凝材料时，硅灰对提高建筑废渣混凝土的抗氯离子性能作用要优于超细矿渣。

　　上述现象的原因可能在于：
　　
　　1) 由于超细矿渣和硅灰颗粒均较细，掺入混凝土后，部分颗粒迅速水化，与水泥的水化产物产生胶体；尚未来得及水化的颗粒直接填充于混凝土孔隙中，有效地改善了建筑废渣混凝土内部孔结构，降低其孔隙率，有利于提高混凝土的抗氯离子性能；
　　
　　2) BM、EM与BN、EN的差异性主要是因为普通矿渣的火山灰活性要比粉煤灰高，且具有一定胶凝性，更利于混凝土抗渗性能的提高；
　　
　　3) 以水泥和粉煤灰作为胶凝材料的混凝土孔隙液的碱含量比以水泥和普通矿渣的要低，不利于矿物掺合料火山灰活性的发挥。
　　 
　　3 建筑废渣混凝土的海工应用需注意的问题
　　
　　海洋环境对混凝土的侵蚀交织着物理作用和化学作用，化学作用主要包括海洋腐蚀环境的氯盐、硫酸盐和镁盐等对混凝土的侵蚀；物理作用包括反复干湿作用的盐结晶压力、海浪对混凝土的冲击等。这对海工混凝土的力学性能和耐久性提出了要求。
　　
　　建筑垃圾经过清洗、破碎、分选形成再生骨料的过程中，不可避免地产生大量微细裂缝，加上再生骨料表层残留的旧水泥砂浆，都影响着建筑废渣混凝土的力学性能和耐久性。试验研究证明^[10-13]，与配合比相同的普通混凝土相比，全部采用再生骨料的建筑废渣混凝土的抗压强度降低5％一32％，抗拉强度和抗弯强度都有不同程度的降低。但再生骨料表面上的水泥砂浆以及微裂缝有可能使界面结合得到加强，使得建筑废渣混凝土性能的劣化得到一定程度的补偿。
　　
　　Otsiki^[14]和肖开涛^[15]等众多学者试验证明，建筑废渣混凝土的大部分耐久性指标较普通混凝土低，但通过降低水灰比，选用颗粒整形的高品质再生骨料，选用矿渣水泥或粉煤灰水泥，掺入超细矿渣或硅灰等矿物掺合料能有效改善建筑废渣混凝土抗渗性等耐久性。上述试验结果同样证明了这一点。同时，大量试验^[3-16]证明，掺有粉煤灰等掺合料除了可以有效改善建筑废渣混凝土内部孔隙结构，提高混凝土抗氯离子性能，还能提高混凝土的强度进而获得良好的工作性能，使混凝土满足海洋工程的工程要求。
　　
　　4 结论
　　
　　建筑废渣混凝土的应用，从根本上解决了建筑垃圾的处理问题，实现了建筑垃圾的循环利用。建筑废渣混凝土用于海洋工程具有3个重要的战略意义：
　　
　　1) 实现了建筑垃圾的绿色利用；
　　
　　2) 满足海工混凝土日益增大的需求，为开发新型海工混凝土提供了方向；
　　
　　3) 绿色利用粉煤灰等工业废渣，同时满足大型海工结构的抗裂性要求。
　　
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编辑：金哲