摘要：通過建筑廢渣混凝土的抗氯離子滲透試驗分析不同再生骨料和礦物摻合料對混凝土氯離子擴散系數的影響，表明摻入礦物摻合料的建筑廢渣混凝土的抗氯離子能力不弱于普通混凝土，滿足建筑廢渣混凝土用于海洋工程的耐久性要求。
關鍵詞：建筑廢渣混凝土；再生骨料；摻合料；抗氧離子滲透性
海工鋼筋混凝土結構長期受到海洋壞境的腐蝕，特別是氯離子侵蝕，造成結構的侵蝕破壞。將建筑垃圾中大量存在的硬質無機成分循環制成再生骨料，配制建筑廢渣混凝土，眾多學者的研究試驗
[1-7]證明了其可行性，為研究建筑廢渣混凝土的工程性質及其應用提供了有價值的成果。
將建筑廢渣混凝土應用于海洋工程，需要根據各項試驗成果進行綜合分析比較建筑廢渣混凝土在海洋環境下的強度和耐久性能等。文章主要針對研究不同配合比、不同再生骨料取代率、不同礦物摻合料對建筑廢渣混凝土的抗氯離子滲透性能的影響，為實現建筑垃圾的減量化和環境化，為海洋工程的新型環保建材應用提供了參考依據。
1 不同配合比的建筑廢渣混凝土的氯離子滲透性能試驗分析
與天然骨料相比，再生骨料表面包裹著水泥砂漿，棱角狀較多，且經二次破碎后產生的大量微細裂縫等種種因素導致再生骨料孔隙率較大，吸水率明顯較高，導致不同配合比的建筑廢渣混凝土與普通混凝土在抗氯離子滲透性能方面存在較大的差異。文章主要考慮再生骨料和礦物摻合料對建筑廢渣混凝土抗氯離子滲透性能的影響。結合海工混凝土的抗滲要求，擬采用抗滲性較高的礦渣混凝土和粉煤灰混凝土，比較混凝土在不同再生骨料、不同骨料取代率及不同摻合料3個變量水平下的氯離子擴散系數，研究不同再生骨料和摻合料對建筑廢渣混凝土抗氯離子滲透性能的影響。
采用文獻
[2-3]的試驗結果，試驗中的水泥采用三菱水泥廠生產的PⅡ52.5硅酸鹽水泥；普通礦渣采用青島產S95級礦渣；粉煤灰采用青島四方電廠生產的Ⅱ級灰；硅灰采用河南鞏義生產的微硅粉；超細礦渣采用濟南鋼鐵廠生產的粒徑6μm的超細礦渣；再生骨料是經整形篩分
[2-3]的高品質再生骨料；選用的天然骨料符合JGJ 52—1992/1993的要求；粗、細骨料的基本性質
[4]見表1。采用RCM法(非穩態氯離子快速遷移試驗方法)測量氯離子滲透深度，計算氯離子擴散系數。
試驗以再生粗骨料混凝土和再生細骨料混凝土分別作為M系列和N系列；礦渣混凝土試驗組設有A、B、C 3組，粉煤灰混凝土試驗組設有D、E、F 3組；A、D組作為基準組，分別摻入8％超細礦渣的B、E組和摻入8％硅灰的C、F組作為對比組；分別測量各組在再生骨料取代率0％、40％，70％，100％4個水平的氯離子擴散系數。
2 再生骨料和摻合料對建筑廢渣混凝土抗氯離子滲透性能的影響分析
2.1 混合材料對建筑廢渣混凝土抗氯離子滲透性能的影響
從圖1可以明顯看出，D、E、F 3組(水泥和粉煤灰作為基本膠凝材料，粉煤灰質量比占50％)氯離子擴散系數明顯較A、B、C 3組(水泥和普通礦渣作為基本膠凝材料，普通礦渣質量比占50％)大，幅度達50％。說明相對于普通礦渣，粉煤灰對提高混凝土抗氯離子能力作用明顯較弱。
試驗研究證明，摻入粉煤灰可明顯改善建筑廢渣混凝土的抗滲性。粉煤灰的活性成分與水泥水化產物氫氧化鈣反應，生成較穩定的水化硅酸鈣，這種水化物不僅有助于提高混凝土后期強度，而且由于水化物在反應過程中體積膨脹，大大改善混凝土內部孔結構，提高混凝土的密實度，增加阻水作用，從而使混凝土的抗氯離子滲透性能得到改善
[5]；相對而言，普通礦渣火山灰活性高于粉煤灰，還具有一定的膠凝性，比粉煤灰更能提高混凝土的抗氯離子滲透性能
[3]。
2.2 再生骨料對建筑廢渣混凝土抗氯離子滲透性能的影響
理論上，再生骨料表面不可避免地包裹著舊水泥砂漿，加上經過機械破碎過程骨料內部產生的二次微細裂縫等因素都會影響再生骨料的內部孔結構，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，相對于普通混凝土，再生骨料取代率越大，建筑廢渣混凝土的氯離子擴散系數越高。
從圖1可以看出，M系列基本符合該規律，變化幅度不大。結合表2可以看出，隨著再生骨料取代率的增大，AM組的氯離子擴散系數基本沒有變化；BM、CM組的氯離子擴散系數隨著再生骨料取代率的增大略微上升；DM在0％～70％間氯離子擴散系數隨著取代率的增大而增大，但當取代率大于70％時，反而略有下降；EM組在0％和70％處氯離子擴散系數取得有極大值，在40％和100％處反而取得極小值，但幅度不大；FM組的氯離子擴散系數略有下降；相對而言，N系列變化規律不統一，甚至有個別組列的擴散系數隨著骨料取代率的增大反而減小，即抗氯離子能力增大，如CN、EN。
綜上所述，再生骨料取代率對建筑廢渣混凝土抗氯離子滲透性能影響不大，再生細骨料混凝土的抗氯離子滲透性能甚至有所提高。這與該試驗采用的是經過整形篩分的再生骨料關系密切。經過整形篩分的再生骨料各項性能明顯改善，使得密實度顯著提高，加上再生細骨料中還可能混有大量尚未來得及水化的水泥石和水泥礦物，這些都提高了建筑廢渣混凝土的抗滲能力。另外，再生骨料表面包裹的舊水泥砂漿使得建筑廢渣混凝土的吸水率降低，提高了混凝土的有效水灰比，減少了混凝土的泌水通道，致使建筑廢渣混凝土的抗氯離子能力有所提高；但是再生骨料表面的水泥砂漿同時帶來了大量的孔隙結構，降低了混凝土的抗氯離子性能。多種因素同時相互作用影響建筑廢渣混凝土的抗氯離子滲透性能。
2.3 礦物摻合料對建筑廢渣混凝土抗氯離子滲透性能的影響
理論上，作為混凝土的礦物摻合料，超細礦渣和硅灰都能在一定程度上提高混凝土的抗滲性能
[8]。從表2可以看出，M、N系列基本滿足該規律。摻入8％的超細礦渣的B、E組混凝土的氯離子擴散系數明顯比沒摻超細礦渣的A、D組的要小得多，最大變化幅度達51％，且E組的氯離子擴散系數明顯高于B組；摻入8％的硅灰的C組的氯離子擴散系數較A組降低了約50％；用8％的硅灰取代等量的粉煤灰的F組的擴散系數較D組降低至少70％。
由圖2可以看出，以水泥和普通礦渣作為基本膠凝材料(B、C組)的時候，超細礦渣和硅灰對氯離子的滲透深度影響相差不大；在以水泥和粉煤灰作為基本膠凝材料(E、F組)的時候，硅灰對改善建筑廢渣混凝土抗氯離子性能的影響較超細礦渣的作用明顯較大，最大幅度達61％。結合圖1和2，可以看出，超細礦渣對提高B組系列(以水泥和普通礦渣作為基本膠凝材料)的混凝土的抗氯離子性能要高于E組系列(以水泥和粉煤灰作為基本膠凝材料)的混凝土；相對而言，硅灰幾乎不受此影響。所以，可認為在水泥和粉煤灰作為基本膠凝材料時，硅灰對提高建筑廢渣混凝土的抗氯離子性能作用要優于超細礦渣。
上述現象的原因可能在于：
1) 由于超細礦渣和硅灰顆粒均較細，摻入混凝土后，部分顆粒迅速水化，與水泥的水化產物產生膠體；尚未來得及水化的顆粒直接填充于混凝土孔隙中，有效地改善了建筑廢渣混凝土內部孔結構，降低其孔隙率，有利于提高混凝土的抗氯離子性能；
2) BM、EM與BN、EN的差異性主要是因為普通礦渣的火山灰活性要比粉煤灰高，且具有一定膠凝性，更利于混凝土抗滲性能的提高；
3) 以水泥和粉煤灰作為膠凝材料的混凝土孔隙液的堿含量比以水泥和普通礦渣的要低，不利于礦物摻合料火山灰活性的發揮。
3 建筑廢渣混凝土的海工應用需注意的問題
海洋環境對混凝土的侵蝕交織著物理作用和化學作用，化學作用主要包括海洋腐蝕環境的氯鹽、硫酸鹽和鎂鹽等對混凝土的侵蝕；物理作用包括反復干濕作用的鹽結晶壓力、海浪對混凝土的沖擊等。這對海工混凝土的力學性能和耐久性提出了要求。
建筑垃圾經過清洗、破碎、分選形成再生骨料的過程中，不可避免地產生大量微細裂縫，加上再生骨料表層殘留的舊水泥砂漿，都影響著建筑廢渣混凝土的力學性能和耐久性。試驗研究證明
[10-13]，與配合比相同的普通混凝土相比，全部采用再生骨料的建筑廢渣混凝土的抗壓強度降低5％一32％，抗拉強度和抗彎強度都有不同程度的降低。但再生骨料表面上的水泥砂漿以及微裂縫有可能使界面結合得到加強，使得建筑廢渣混凝土性能的劣化得到一定程度的補償。
Otsiki
[14]和肖開濤
[15]等眾多學者試驗證明，建筑廢渣混凝土的大部分耐久性指標較普通混凝土低，但通過降低水灰比，選用顆粒整形的高品質再生骨料，選用礦渣水泥或粉煤灰水泥，摻入超細礦渣或硅灰等礦物摻合料能有效改善建筑廢渣混凝土抗滲性等耐久性。上述試驗結果同樣證明了這一點。同時，大量試驗
[3-16]證明，摻有粉煤灰等摻合料除了可以有效改善建筑廢渣混凝土內部孔隙結構，提高混凝土抗氯離子性能，還能提高混凝土的強度進而獲得良好的工作性能，使混凝土滿足海洋工程的工程要求。
4 結論
建筑廢渣混凝土的應用，從根本上解決了建筑垃圾的處理問題，實現了建筑垃圾的循環利用。建筑廢渣混凝土用于海洋工程具有3個重要的戰略意義：
1) 實現了建筑垃圾的綠色利用；
2) 滿足海工混凝土日益增大的需求，為開發新型海工混凝土提供了方向；
3) 綠色利用粉煤灰等工業廢渣，同時滿足大型海工結構的抗裂性要求。
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編輯：金哲
