再生混凝土耐久性研究進展

曾孟晗

（廣東省基礎(chǔ)工程集團有限公司）

1 單因素作用下再生混凝土耐久性

目前國內(nèi)外有大量學者研究了抗碳化、抗凍、收縮、抗硫酸鹽侵蝕以及抗氯離子滲透性能等單因素作用下再生混凝土耐久性能的影響機理。

1.1 抗碳化性能

再生混凝土抗碳化性能比普通混凝土差的原因主要是再生粗骨料和界面過渡區(qū)的存在[1]。研究表明，再生混凝土的抗碳化性能會隨著再生骨料取代率的增加而減弱，摻入纖維、加入減水劑等方式會提高抗碳化能力，并且碳化深度隨水灰比和再生骨料摻量的提高而增大[2-4]。孫家瑛等[5]研究發(fā)現(xiàn)摻入礦渣和鋼渣后，再生混凝土的碳化深度顯著降低，這主要是由于摻合料的填充效應(yīng)和火山灰效應(yīng)降低了再生混凝土硬化漿體的孔隙率，改善了其孔隙特性。俞學飛等[6]研究發(fā)現(xiàn)摻入納米C-S-H 可提高再生混凝土的抗碳化性能。CO2在養(yǎng)護再生混凝土方面具有優(yōu)勢，而相對于水膠比的影響，由于再生骨料性能的不確定性，使得再生骨料的品質(zhì)和摻量成為影響碳化最主要的影響因素[7]。當水膠比較小時，其對碳化深度的影響并不明顯[8]，但隨著水膠比增大，再生混凝土碳化深度增長速度也會加快，且當水膠比大于0.5 后，碳化深度的增長速度更快[9]。

1.2 抗凍性能

再生混凝土骨料的缺陷致使再生混凝土的抗凍性能較差[10,11]。再生混凝土抗凍性隨粗細骨料取代率升高而變差[12]，再生粗骨料摻量在50%以下時，再生混凝土抗凍性能與普通混凝土相似[13]，但當再生粗骨料替代率大于50%后，其對混凝土抗凍耐久性壽命影響較小[14]。

王軒等[15]研究發(fā)現(xiàn)相同凍融循環(huán)次數(shù)下，再生混凝土強度等級越高，抗凍性能越好，并且指出再生混凝土表面雜質(zhì)導致其新吸收水泥漿減少，加之原本混凝土內(nèi)吸水膨脹，與普通混凝土相比，凍融循環(huán)過程中孔隙及裂紋增多，加劇凍脹破壞，導致表面水泥漿脫落，最后試件破壞。

國內(nèi)學者對纖維改善再生混凝土抗凍性進行了大量的研究，結(jié)果表明，在再生混凝土中摻入纖維素纖維、鋼纖維和玄武巖纖維等方式均可改善其抗凍性能，并且均存在其最佳摻量[16-18]，俞學飛等[19]研究發(fā)現(xiàn)摻入納米C-S-H 可提高再生混凝土的抗凍性能。

1.3 收縮

過多的自收縮和干縮制約了再生混凝土在實際工程的發(fā)展和應(yīng)用[20]，崔正龍等[21]研究表明在標準養(yǎng)護條件下，隨干燥齡期的增加，再生混凝土的干燥收縮長度變化率也隨之增大。肖建莊等[22]的研究表明，隨著附著在再生骨料表面的砂漿量增加、再生骨料取代率增加、水膠比增大時，再生混凝土的干縮變形也逐漸增加。但Silva 等[20]認為再生混凝土的干燥收縮基本不受再生骨料影響，而是與骨料表面粘附砂漿的性能和量有關(guān)[23,24]。

葉禾[25]的研究結(jié)果表明，再生混凝土比普通混凝土在各齡期收縮率高出約40%，這主要由于再生混凝土的孔隙率較高而導致其吸水率大，失水時的干縮也大。再生粗骨料取代率增大時，混凝土干縮亦會更大，但只有當其摻量高于30%～50% 時，才會注意到它的影響[26,27]。

1.4 抗硫酸鹽侵蝕

再生混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能主要受再生骨料的摻量影響[28]，陳冠等[29]采用正交試驗法對再生骨料混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能進行了研究，結(jié)果表明水灰比對再生混凝土抗硫酸鹽侵蝕影響最大，其次是砂率。

閆宏生[30]認為可以通過降低水灰比、摻加粉煤灰的方式增強混凝土抗硫酸鹽侵蝕能力。可在再生混凝土中摻入纖維提高其抗硫酸鹽腐蝕性能[31]，但存在一定的最佳摻量。喬宏霞等[32]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在硫酸鹽干濕循環(huán)條件下，再生混凝土的相對動彈性模量降幅隨著再生骨料代率的增加而逐漸顯著，并且發(fā)現(xiàn)粉煤灰和硅灰的摻入均可改善其抗硫酸鹽侵蝕性，但均分別存在最佳摻量20%和8%。耿歐等[33]研究表明，氯鹽可有效抑制再生混凝土的硫酸鈉侵蝕作用，且氯鹽質(zhì)量分數(shù)為5%時抑制效果最佳，而對于硫酸鎂溶液的侵蝕作用，氯鹽的抑制效果較弱。

1.5 抗氯離子滲透性

黃瑩[34]發(fā)現(xiàn)再生混凝土抗氯離子滲透性能主要受水灰比和再生骨料摻量影響，隨著水灰比和再生骨料摻量的增加，再生混凝土抗氯離子滲透能力下降。在再生混凝土中摻入纖維可提高其抗氯離子性能[35]，但摻量不宜過多。周靜海團隊[36]就廢棄纖維再生混凝土的氯離子抗?jié)B性能進行了研究，結(jié)果表明，摻入廢棄纖維后，再生混凝土的貫通裂縫出現(xiàn)的可能性降低，因此廢棄纖維的加入可有效提高其抗?jié)B性。

高嵩等[37]研究了硅灰對再生混凝土抗氯離子滲透性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)硅灰可以改善再生混凝土的ITZ結(jié)構(gòu)，減少微裂縫和ITZ 孔隙，進一步地使再生混凝土的抗氯離子滲透性能得到了增強。牟新宇等[38]考慮微觀相的影響，在N 層球夾雜理論的基礎(chǔ)上，建立了五相多尺度模型，用于對再生混凝土有效氯離子擴散系數(shù)進行預測。研究發(fā)現(xiàn)當水灰比在0.4～0.5 范圍內(nèi)，相同侵蝕時間下再生混凝土擴散系數(shù)降低程度相差不大。當水灰比為0.4 時，侵蝕時間為1500d 的有效氯離子擴散系數(shù)下降為28d 的38.7%，且隨著時間的推移，再生混凝土擴散系數(shù)前期下降較快，后期下降緩慢并趨于穩(wěn)定，并且建議附著砂漿含量控制在30%以下，從而保證再生混凝土抗氯離子侵蝕性能基本不被削弱。俞學飛等[39]在再生混凝土中摻入納米C-S-H 用于提高其抗氯離子滲透性能，另外，陳春紅等[40]的研究表明，再生混凝土性能受黏附砂漿含量影響很大，再生粗骨料的黏附砂漿含量與氯離子擴散系數(shù)呈二次拋物線關(guān)系。

2 多因素耦合作用下的耐久性能

再生混凝土在復雜環(huán)境條件下的耐久性能研究較為匱乏，肖前慧等[41]研究發(fā)現(xiàn)，在硫酸鹽侵蝕與凍融循環(huán)綜合作用下，混凝土耐久性受到嚴重影響，再生混凝土的耐久性隨著再生骨料取代率的提高而逐漸下降，另外，該團隊亦指出再生混凝土的抗凍耐久性可通過weibull 模型被精準預測，并通過該模型預測了骨料取代率分別在0%、30%、50%和100%的再生混凝土使用壽命至少分別為171 年、44 年、26 年和14 年。

解國梁等[42]研究了再生混凝土在嚴寒鹽漬環(huán)境中的損傷劣化規(guī)律，研究結(jié)果表明，隨再生骨料取代率的增加，氯鹽凍融對再生骨料混凝土的破壞效果更為明顯。王建剛等[43]分析了再生混凝土在碳化、干濕與凍融綜合作用下的耐久性能，研究發(fā)現(xiàn)再生混凝土的凍融損傷在碳化與干濕交替作用下會增加，累計碳化42d 與干濕循環(huán)42 次后，再生混凝土凍融損傷量至少增加21.9%。

田偉宇等[44]研究發(fā)現(xiàn)再生混凝土在凍融循環(huán)和硫酸鹽侵蝕綜合作用下抗壓強度變化和質(zhì)量損失主要受水灰比影響，且隨水灰比的增大其性能劣化越顯著，耦合作用下水灰比為0.35 的再生混凝土耐久性能最好，并指出二參數(shù)Weibul 模型能較好地描述再生混凝土的凍融損傷演化規(guī)律。

3 結(jié)論及展望

目前針對再生混凝土耐久性在單因素影響下的機理研究頗多，且大多研究結(jié)論基本一致：再生骨料取代率的增加導致再生混凝土的抗碳化性能逐漸減弱；再生骨料本身固有的缺陷使得再生混凝土抗凍性能低于普通混凝土；再生骨料性能基本上決定了再生混凝土的干燥收縮率；再生混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能由再生骨料取代率主導。而對于復雜環(huán)境條件下再生混凝土的耐久性能，目前的研究工作不足，這嚴重制約了再生混凝土在實際工程的廣泛應(yīng)用，有待進一步探索。