下面文章主要對(duì)陶瓷粉混凝土進(jìn)行基本力學(xué)性能試驗(yàn)和碳化試驗(yàn)，分析摻陶瓷粉混凝土的碳化性能，之后發(fā)現(xiàn)陶瓷粉混凝土齡期強(qiáng)度高于普通混凝土和粉煤灰混凝土，但是在不考慮摻和料影響系數(shù)的情況下?lián)饺胩沾煞蹠?huì)降低混凝土的強(qiáng)度，陶瓷粉的摻入對(duì)混凝土的抗碳化性能沒(méi)有不良影響，且設(shè)計(jì)配合比時(shí)考慮摻和料影響系數(shù)，混凝土的抗碳化性能明顯得到改善，其28d碳化深度僅為普通混凝土的31.5%。

　　關(guān)鍵詞：陶瓷粉,摻和料,力學(xué)性能,抗碳化性能,影響系數(shù)

　　廢棄陶瓷為工程界新興的建筑再生材料，因其質(zhì)輕、價(jià)廉、火山活性高、富含SiO2等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于混凝土中。很多學(xué)者對(duì)陶瓷在混凝土中的應(yīng)用進(jìn)行研究，將廢棄陶瓷制品作為粗骨料、細(xì)骨料或者摻和料來(lái)配制混凝土[1-3]。已有的研究表明，破碎陶瓷作為粗骨料對(duì)再生混凝土的性能有一定影響，經(jīng)過(guò)改性處理后強(qiáng)度方可滿足要求[4]。

　　廢棄陶瓷研磨后作為陶瓷再生砂配置的混凝土，力學(xué)性能優(yōu)良，可以應(yīng)用于實(shí)際工程中。而將廢棄陶瓷球磨后作為水泥摻和料的研究卻不多。綜合所有陶瓷作為再生骨料配置再生混凝土的試驗(yàn)現(xiàn)象表明陶瓷更適宜作為細(xì)骨料進(jìn)行推廣，鑒于有學(xué)者利用陶瓷拋光磚粉制備蒸壓硅酸鹽制品，經(jīng)實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)其火山灰活性較高，且同等條件下陶瓷拋光粉中參與反應(yīng)的活性SiO2遠(yuǎn)多于粉煤灰[5]。將廢棄陶瓷球磨后作為水泥摻和料使用更能發(fā)揮其性能。

　　新型混凝土材料的試驗(yàn)研究中，多數(shù)學(xué)者都致力于強(qiáng)度的保證而忽視了混凝土耐久性的影響。而新型混凝土的微觀結(jié)構(gòu)相較于普通混凝土更為復(fù)雜，為分析新型混凝土的耐久性機(jī)理帶來(lái)了困難，已有的研究結(jié)果可比性較差，沒(méi)有整體性的讓人信服的結(jié)論[6]。混凝土的碳化是影響混凝土耐久性的重要指標(biāo)，建筑結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中外部混凝土的水化產(chǎn)物與空氣中酸性CO2氣體發(fā)生反應(yīng)，使混凝土的成分、組織以及性能發(fā)生改變，機(jī)能下降，從而失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，減少鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命[7-8]。

　　而全球氣候變暖，大氣中的CO2氣體含量越來(lái)越高的地球現(xiàn)狀，決定了抗碳化性能一直都會(huì)是混凝土耐久性研究的主導(dǎo)方向[9-10]。筆者早期水泥膠砂試驗(yàn)結(jié)果表明，陶瓷粉的最優(yōu)摻量為25%，水泥膠砂的齡期強(qiáng)度增長(zhǎng)曲線與粉煤灰相似。在此基礎(chǔ)上，本文沿用25%的最優(yōu)摻量，對(duì)陶瓷粉混凝土的基本力學(xué)性能及碳化性能進(jìn)行研究，為合理開(kāi)發(fā)推廣陶瓷粉混凝土提供理論依據(jù)。

　　1材料與方法

　　陶瓷選用江西景德鎮(zhèn)產(chǎn)的各類廢棄陶瓷，表觀密度為2.375kg/m3。經(jīng)清洗、機(jī)械破碎后研磨成粉末，形成陶瓷摻合料。陶瓷粉比表面積為458m2/kg。80μm方孔篩篩余量<5%。混凝土共分為5組，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度值為C40。其中PC是普通混凝土，TC-1和FA-1組是在普通混凝土配合比的基礎(chǔ)上以陶瓷粉和粉煤灰按照25%的比例替代水泥，TC-2和FA-2組是考慮摻和料影響系數(shù)計(jì)算出的配合比，所有試件中陶瓷粉和粉煤灰的摻量均取25%。

　　2試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　2.1混凝土的齡期強(qiáng)度

　　試驗(yàn)加載過(guò)程中，5組混凝土試塊最終破壞形態(tài)相似。沿平行于加載方向產(chǎn)生幾條貫穿的裂縫而破壞。試塊外表面部分脫落。陶瓷粉混凝土破壞的同時(shí)偶伴有悶響聲，這是因?yàn)榛炷�土屬于脆性材料，�?qiáng)度越高脆性越突出，當(dāng)抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度不能同步成比例增長(zhǎng)，抗壓破壞時(shí)HSC共價(jià)鍵突然崩裂，會(huì)伴有巨響。

　　可以考慮摻入纖維或者高分子材料等途徑改性解決。分別測(cè)試五組混凝土試件的3d、7d、14d、28d和56d抗壓強(qiáng)度，對(duì)比分析陶瓷粉混凝土的抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)規(guī)律。TC-2的齡期強(qiáng)度最高，其28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到47.45Mpa，較普通混凝土增長(zhǎng)6.9%，比FA-2增長(zhǎng)17.5%，說(shuō)明陶瓷微粉具有較高的水化活性。

　　TC-1組混凝土的齡期強(qiáng)度最低，其前期強(qiáng)度增長(zhǎng)速度略低于其它幾組混凝土，后期增長(zhǎng)速度緩慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它幾組混凝土。粉煤灰混凝土的兩種配合比對(duì)其齡期強(qiáng)度的影響不是很大。根據(jù)其曲線的走勢(shì)可以發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)A-1后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，其56d抗壓強(qiáng)度已經(jīng)跟FA-2非常接近;這點(diǎn)與陶瓷粉混凝土正好相反。對(duì)比分析粉煤灰和陶瓷粉摻入混凝土中對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響可知，進(jìn)行陶瓷粉混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，可以參考規(guī)范中粉煤灰混凝土的設(shè)計(jì)方法，但有必要進(jìn)行修正，即適當(dāng)降低影響系數(shù)值。具體數(shù)值的確定，有待進(jìn)一步試驗(yàn)加以研究。

　　2.2陶瓷粉混凝土的抗碳化性能

　　2.2.1質(zhì)量變化

　　在進(jìn)行碳化后的第三天，其質(zhì)量有明顯增加。這是因?yàn)樵谔蓟�試�?yàn)前需對(duì)試件進(jìn)行干燥處理，在60±2℃的烘箱中烘干48小時(shí)，干燥導(dǎo)致毛細(xì)孔與環(huán)境之間濕度梯度發(fā)生變化，混凝土內(nèi)部水分減少。隨著碳化的進(jìn)行，碳化箱內(nèi)相對(duì)濕度為70±5%，試件質(zhì)量的增加主要是因?yàn)樗�分的吸收，但是這種情況只出現(xiàn)在碳化初始階段。碳化后期質(zhì)量的變化曲線較為平緩，此時(shí)的試塊處于吸水類飽和狀態(tài)，同時(shí)二氧化碳入侵，形成碳酸后與混凝土中的堿性介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成碳酸鈣填充在毛細(xì)孔中，使凝土試件吸收水分更為困難，所以碳化后期試件質(zhì)量只有微小增加。

　　2.2.2動(dòng)彈性模量變化

　　對(duì)于每一個(gè)混凝土試塊，都存在一個(gè)固有的諧振頻率。在其它參數(shù)一定的情況下，試塊的諧振頻率只和密度有關(guān)，因此混凝土試塊的固有振動(dòng)頻率可以反映其強(qiáng)度。混凝土的動(dòng)彈性模量就是根據(jù)其質(zhì)量和諧振頻率計(jì)算所得，所以動(dòng)彈性模量在一定程度上可以反應(yīng)混凝土內(nèi)部密實(shí)度，分析動(dòng)彈性模量的變化曲線可以看出，碳化前期，普通混凝土和陶瓷粉混凝土的動(dòng)彈性模量略有增加然后才開(kāi)始降低，當(dāng)其碳化至28d后又開(kāi)始回升。

　　在進(jìn)行碳化的初期，混凝土試件的齡期強(qiáng)度仍在增長(zhǎng)，由于水化反應(yīng)的繼續(xù)發(fā)展以及碳化作用使得混凝土更加致密，所以其動(dòng)彈性模量均有一定程度的增長(zhǎng)。隨著碳化的進(jìn)行，混凝土基體以及孔溶液在與CO2持續(xù)反應(yīng)中堿度逐漸下降，導(dǎo)致混凝土收縮，宏觀表現(xiàn)為其動(dòng)彈性模量的降低。三組混凝土在碳化試驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程中動(dòng)彈性模量的變化規(guī)律一致;碳化至28d動(dòng)彈性模量再次升高，根據(jù)動(dòng)彈性模量的測(cè)定原理可知，應(yīng)為混凝土表面進(jìn)入完全碳化階段，生成的化合物使其表面一定深度的混凝土更加密實(shí)，試驗(yàn)測(cè)得其動(dòng)彈性模量增大。

　　2.2.3碳化深度

　　TC-2的碳化深度最小，抗碳化性能最強(qiáng)，TC-1和PC混凝土的碳化深度相差不多，碳化初期PC的碳化深度較高，隨著碳化時(shí)間的增加，TC-2的碳化深度增大。直至28d時(shí)，TC-2和PC的碳化深度僅相差0.3mm。兩者的抗碳化性能相似。可以看出TC-2組混凝土具有良好的抗碳化性能，其28d碳化深度僅為3.6mm。而同樣進(jìn)行碳化試驗(yàn)的普通混凝土試塊碳化深度已達(dá)11.4mm。

　　究其原因，摻入陶瓷粉有微集料效應(yīng)和火山灰效應(yīng)，使得陶瓷粉混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密，二氧化碳?xì)怏w難以侵入混凝土的內(nèi)部，僅在表面發(fā)生較緩慢的碳化反應(yīng);隨著碳化反應(yīng)的進(jìn)行生成的碳酸鈣填充在毛細(xì)孔中，進(jìn)一步阻礙了二氧化碳?xì)怏w向混凝土內(nèi)部的擴(kuò)散，隨著碳化時(shí)間的增長(zhǎng)，混凝土碳化速度越來(lái)越慢。有相關(guān)研究也得出相同的結(jié)論[11]認(rèn)為廢陶瓷破碎產(chǎn)生的石粉填充于混凝土的空隙，提高混凝土微結(jié)構(gòu)的密實(shí)度，從而提高了混凝土強(qiáng)度與耐久性能。另外也有學(xué)者對(duì)陶瓷的火山灰活性進(jìn)行測(cè)試，得出結(jié)論為其火山灰活性高于粉煤灰[3,5]。

　　3結(jié)論

　　(1)陶瓷粉作為摻和料可以有效提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。同等條件下的陶瓷粉混凝土的基本力學(xué)性能要優(yōu)于粉煤灰混凝土。進(jìn)行陶瓷粉混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，可以參考規(guī)范中粉煤灰混凝土設(shè)計(jì)方法。

　　(2)陶瓷粉能夠有效提高混凝土的抗碳化性能，在碳化過(guò)程中陶瓷粉混凝土的碳化深度增長(zhǎng)緩慢。碳化后期甚至出現(xiàn)零增長(zhǎng)的現(xiàn)象。

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