再生骨料缺陷對再生混凝土力學性能影響的思考

周浩

（江蘇雙龍集團有限公司 江蘇南京 211111）

通過對建筑中各種作廢的混凝土預制砌塊和構件等進行循環再利用，而形成再生骨料，再將其加入混凝土拌制中進行循環使用，極大提高了建筑資源的利用率。但是再生骨料一些固有特性或缺陷決定了再生混凝土不同于天然混凝土，所以為了更好地應用再生混凝土，有必要深再生骨料及其對混凝土的影響進行深入探討。

1 再生混凝土及其原料對其力學性能的影響

1.1 再生混凝土的基本性能

再生混凝土是將天然混凝土構成中的砂石骨料替換成再生骨料。再生混凝土的基本性能主要如下幾方面：①物理性能。鑒于再生骨料表面上所附著的砂漿密度比較小，所構成混凝土的比重比天然混凝土低，且伴隨著混凝土中再生骨料用量的增加，密度也會有所降低。有關研究表明，如果再生混凝土中全部應用再生骨料，那么其所形成的密度較于天然混凝土會降低6%左右。此外，通過在再生混凝土中摻加再生骨料，會相應地增加其內部的總細孔空隙量，增大凝膠孔與混凝土的毛細孔孔隙量，這會增加混凝土的抗壓強度，影響其耐久性。②工作性能。鑒于再生骨料表面附著有比較多的水泥砂漿，增加了其吸水率，加之再生骨料非常粗糙的表面，這勢必會降低其所拌制再生混凝土的和易性與坍落度，增強其保水性和粘聚性。有關研究表明，通過將再生骨料的替換率控制在60%及以下，那么其所形成的混凝土基本上和普通混凝土保持一致，不會對混凝土正常施工帶來影響。如果繼續增加再生骨料用量，就會降低其和易性，最高可達20%，適當在其中摻加粉煤灰和高效減水劑等使再生混凝土保持良好的工作性能。③耐久性。相較于天然混凝土，再生混凝土的耐磨性、抗酸性、抗凍融性、抗滲性以及抗酸性等均相對較差，但是其抗裂性卻比較強，這主要是由于再生混凝土具有比較低的彈性模量和比較高的拉壓比。通過在再生混凝土中摻入粉煤灰、引氣劑等，可以改善其耐久性。

1.2 再生混凝土原料對其力學性能的影響

通過上述分析可知，普通混凝土和再生混凝土的物理性能和工作性能有所差距，這主要是由于再生骨料差異性所造成的。除了再生骨料缺陷會影響其所拌制混凝土力學性能外，再生混凝土原料也會產生一些影響，具體表現在如下幾方面：①再生骨料含量。隨著再生骨料摻加量的增加，會減低再生混凝土的抗壓強度，再生骨料的摻加會減弱水泥漿和再生骨料間的粘結性，容易使再生骨料在單軸應力作用下形成應力集中。②水灰比。普通混凝土的抗壓強度和水灰比之間一般具有反比關系，即水灰比越高，相應的混凝土抗壓強度就越高。但是再生混凝土則有所不同，如果水灰比＜0.57，那么隨著水灰比的增大會增加其抗壓強度，由于水灰比對再生混凝土的強度影響小于流動性而影響了再生混凝土強度，且在增強水灰比時，會提升再生骨料的吸水率，降低水泥漿體中的水灰比，進而會增加其抗壓強度。如表1，不同配合比條件下的再生混凝土的28d抗壓強度各不相同，其中RAC（再生混凝土）以再生骨料為粗骨料，砂的細度模數為2.5，水泥選擇42.5MPa等級的普通硅酸有水機，并加入適量的硅灰，將其坍落度控制于80～150mm范圍內。H-RAC中的H代表在620℃溫度下將再生骨料持續加熱3h；NA代表天然骨料，H-NA代表使用熱處理后的天然骨料；H-RA代表經過熱處理后且將附著砂漿去除的骨料。③礦物摻合料。通過在再生混凝土中摻加一定量的粉煤灰，會降低其強度值，如果可以選擇雙摻礦渣與粉煤灰，那么效果會更好，有助于降低再生混凝土的早期強度，雙摻的最優配比為2：1（礦渣：粉煤灰）。

表1 不同配合比條件下再生混凝土及28d抗壓強度值

2 再生骨料缺陷對再生混凝土力學性能的影響

2.1 附著砂漿缺陷的影響作用及機理

在對再生混凝土力學性能產生影響主要因素為附著砂漿。鑒于附著砂漿具有多孔、易碎以及脆弱等特性，其存在比較高的吸水率、比較小的密度以及比較低的強度值。為了提升再生骨料的應用質量，使用之前將其表面附著的砂漿去除掉。當前常用的再生骨料附著砂漿清除方法中，主要包括酸洗法、微波清洗法等，具體如下：①酸洗法。在環境溫度為20℃的條件下，將再生粗骨料在由磷酸、硫酸或鹽酸所構成的酸性溶液中（0.1mol/L）浸泡一段時間后，可以降低再生骨料的相應吸水率，這樣能提升其所拌制再生混凝土的抗壓強度。究其根本原因，主要是由于酸洗后的再生骨料和水泥漿液之間具有更加致密的界面過渡區，有助于提升再生混凝土的性能。②微波清洗法。主要是將再生骨料在大功率加熱條件下，持續一段時間后立刻擱置于溫度為25℃左右的水中進行冷卻，然后再借助微波加熱對其進行處理，使再生骨料和附著砂漿之間的界面部位處形成比較高的集中應力，將砂漿剝離掉，同時還可以篩分掉原有附著砂漿以及碎裂成小碎片的砂漿塊體。或者將經過微波加熱處理后的再生骨料擱置于磨損檢測設備當中進行機械研磨處理，進一步對再生骨料表面附著的砂漿進行去除。通過有效結合微波加熱與機械研磨，顯著提升再生混凝土的力學性能。在實際的使用過程中，需要結合實際的使用需求，選擇恰當的附著砂漿去除方法。

2.2 原始粗骨料石子缺陷的影響作用及機理

有關研究表明，再生骨料在生產與破碎加工處理會出現不可避免的損傷，再生骨料石子的裂縫也勢必會對其和水泥漿之間結合產生影響。相較于沒有經過破碎處理的再生骨料石子，經過多次破碎處理后的再生骨料石子表面的裂縫數目會有所增加，這勢必會減少附著砂漿和截面區所增加的裂縫數目，所以不會影響再生混凝土的力學性能。實際上，在破碎處理廢舊混凝土期間，由于破碎作用下的碰撞作用會使得再生骨料石子內部出現微裂縫，這些微裂縫不可避免地會影響再生混凝土的力學性能，所以需要盡快修復微裂縫，比如可以通過蓋面施工工藝或者適當地添加一些礦物摻合料等方式，對這些再生骨料石子表面的裂縫進行填充，增加整個粗骨料結構的致密性。

2.3 界面過渡區缺陷的影響作用及機理

相較于普通混凝土攪拌工藝，通過在再生骨料表面增設一層礦物摻合料，那么會對再生混凝土的強度與和易性極大改善，可以借助SEM掃描設備對水泥漿和再生骨料之間形成的界面過渡區掃描，可以了解所形成的再生混凝土表面存在C-S-H凝膠水化產物。在普通混凝土拌制后，混凝土界面過渡區主要存在比較多的氫氧化鈣晶體以及尺寸為30～40μm的垂直裂縫。但是考慮到再生骨料具有比較大的吸水性，容易使混凝土出現內部泌水情況，一旦后續出現蒸發后就容易使過渡區表面形成裂縫。如果可以將其中部分水泥用礦物摻合料進行替換，那么可以在所形成的再生混凝土表面裹上一層厚度為0.5μm的摻合料包裹層，極大地改善了整個ITZ的微觀結構，增加了水泥漿和再生骨料之間界面過渡區厚度的細密性和緊致性，從而可以從整體上提升再生混凝土的和易性與強度。因此，在實際的再生混凝土應用中，為了改善其力學性能，可以采用改善再生骨料和混凝土之間界面性質的方法，如適量加入一些摻合料或減水劑，降低混凝土水灰比，采用兩階段攪拌法或摻合料裹骨料工藝等，以此改善再生混凝土IT結構，降低集料和水泥漿體之間的孔隙率，增強它們之間的粘結質量，從而提升再生混凝土的整體強度。

3 結語

綜上所述，再生骨料的缺陷會對再生混凝土的力學性能產生嚴重影響，具體表現在附著砂漿缺陷、原始粗骨料石子缺陷和界面過渡區缺陷等方面。為了有效地運用再生骨料，確保再生混凝土的質量，需要先靈活運用附著砂漿去除方法去除再生骨料表面的附著砂漿，適當添加一些外摻料等改善混凝土整體性能，進而提升再生混凝土的強度等力學性能。