再生混凝土抗壓性能綜述研究

王小龍 楊永富 張宇嘉 韋金城

（1.山東路橋集團(tuán)有限公司 山東濟(jì)南 250000；2.山東省交通科學(xué)研究院 山東濟(jì)南 250000）

經(jīng)過破碎處理、去除雜質(zhì)、清洗并分級等過程的廢棄混凝土，重新混合組配制成的再生混凝土骨料又稱再生骨料。再生混凝土是再生骨料替換天然骨料制成的混凝土［1］。

混凝土的眾多力學(xué)性能中，抗壓性能對于混凝土的應(yīng)用至關(guān)重要［2］。再生骨料替換砂天然骨料易導(dǎo)致混凝土抗壓性能發(fā)生顯著變化［3-4］。本文以有關(guān)再生混凝土抗壓性能的研究內(nèi)容為基礎(chǔ)，總結(jié)了影響再生混凝土抗壓性能的關(guān)鍵因素，分析了再生骨料自身特性、再生骨料的取代率、再生混凝土水灰比和其他摻合料等重要影響因素如何影響再生混凝土抗壓強(qiáng)度，對進(jìn)一步研究并應(yīng)用再生混凝土具有良好的作用和意義。

1 再生混凝土抗壓強(qiáng)度特征

近些年來，學(xué)者們對再生混凝土抗壓性能的研究越來越重視并且越來越深入，然而，所獲得的試驗(yàn)結(jié)果存在一定的差異［2］。一般認(rèn)為，再生骨料及粉體具有孔隙率大、吸水性高、容易產(chǎn)生很多微小裂紋等特點(diǎn)，而這些特點(diǎn)在大多數(shù)情況下將使再生混凝土的抗壓性能變差。比如，肖建莊等［3］研究得出不同強(qiáng)度混凝土制備出的再生骨料會使再生混凝土的抗壓性能大大降低；秦善勇等［4］發(fā)現(xiàn)隨著再生細(xì)骨料摻入（尤其是細(xì)骨料摻入了大于30%后），被摻入細(xì)骨料的再生混凝土抗壓性能會明顯變差。但也有其他學(xué)者發(fā)現(xiàn)再生混凝土的抗壓性能在一定條件下會比普通混凝土好。比如，施養(yǎng)杭等［5］通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)不同粗骨料來源的再生混凝土抗壓強(qiáng)度在其取代率為50%時(shí)超過普通混凝土；霍洪媛等［6］將C40 廢棄混凝土和C45 廢棄混凝土進(jìn)行破碎處理等過程后制成再生骨料，發(fā)現(xiàn)其使用不會顯著地影響再生混凝土的基本力學(xué)性能。

眾所周知，混凝土抗壓強(qiáng)度受骨料自身性質(zhì)、水灰比和摻合料的添加等因素的共同影響。因此，為明晰上述差異的原因，需要對相關(guān)關(guān)鍵因素進(jìn)行分析。

2 再生混凝土抗壓強(qiáng)度影響因素及規(guī)律

2.1 再生骨料自身性質(zhì)

郝敬力［7］通過試驗(yàn)得出，在再生混凝土發(fā)生破壞的過程之中，有一部分再生混凝土中的再生粗骨料發(fā)生了劈裂的現(xiàn)象，說明在再生混凝土發(fā)生破壞的過程之中，再生粗骨料會影響其強(qiáng)度。因此，再生骨料本身的性質(zhì)會對再生混凝土抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生直接的影響，再生骨料本身的強(qiáng)度越大，則再生混凝土的抗壓強(qiáng)度越大。崔鵬［8］以C20 和C50 為母體混凝土制備再生混凝土骨料，制備再生骨料取代率為50%的再生混凝土并測試其抗壓強(qiáng)度，得出RCA-50 再生混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯高于RCA-20再生混凝土的抗壓強(qiáng)度。

此外，壓碎指標(biāo)、粒徑大小、吸水性等再生骨料本身的其他性質(zhì)也會影響其抗壓性能。黃朕宇［9］指出，當(dāng)再生骨料的壓碎指標(biāo)太低時(shí)，再生混凝土的強(qiáng)度也會較低；再生骨料粒徑較大時(shí)，再生骨料的吸水性較小，會影響再生混凝土的抗壓性能。黃朕宇通過試驗(yàn)得出，再生骨料粒徑較低時(shí)，制成的再生混凝土的抗壓性能較差；而再生骨料粒徑較高時(shí)，制成的再生混凝土的抗壓性能較好。

2.2 再生骨料取代率的影響

再生骨料取代率也會影響再生混凝土抗壓性能。學(xué)者們作了大量有關(guān)試驗(yàn)，通過改變再生骨料的取代率來記錄其抗壓強(qiáng)度的變化情況，發(fā)現(xiàn)其抗壓強(qiáng)度與再生骨料的取代率之間沒有固定的變化規(guī)律［10］。

再生骨料因取代率低而吸收水分時(shí)，水灰比會下降，此時(shí)，再生混凝土的抗壓性能較好。因此，在這種情況下，再生骨料取代率越高，再生混凝土抗壓性能越好。柯國軍［11］等人通過控制其他變量，改變再生骨料的取代率在0%～60%范圍內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)研究，也得出相似結(jié)論。

而再生骨料取代率較大時(shí)，部分再生骨料在再生混凝土在受壓過程中會產(chǎn)生裂縫并不斷延伸擴(kuò)展，影響再生混凝土的密實(shí)度，造成其抗壓性能較差。吳翔宇［12］的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)改變再生骨料的取代率在0%～100%范圍內(nèi)進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)當(dāng)再生混凝土中再生粗骨料的取代率低于60%時(shí)，再生骨料取代率越高，再生混凝土抗壓性能越好，且有時(shí)比普通混凝土要好，出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因是再生混凝土可能產(chǎn)生了比較好的級配，提高了再生混凝土的抗壓性能［2］。而當(dāng)再生骨料的取代率大于60%時(shí)，再生骨料取代率越高，再生混凝土抗壓性能越差，出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因是再生骨料本身的性質(zhì)并不良好。

肖倍等人［13］用水灰比不一樣的再生混凝土進(jìn)行抗壓性能測試，通過改變每組再生骨料取代率，記錄觀察再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的變化情況，得出再生混凝土抗壓強(qiáng)度隨再生骨料取代率增加的變化情況沒有固定規(guī)律，在不同再生骨料取代率范圍內(nèi)，再生混凝土抗壓強(qiáng)度的變化情況也不相同。

2.3 水灰比的影響

水灰比也會影響再生混凝土抗壓性能。當(dāng)再生混凝土的水灰比處于較高數(shù)值時(shí)，再生混凝土水灰比增加時(shí)，水泥漿體強(qiáng)度會降低，從而導(dǎo)致再生混凝土抗壓性能較差。柯國軍等人［14］用再生骨料全部取代原骨料，改變每組的水灰比，測定標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d的抗壓強(qiáng)度值，通過試驗(yàn)得出，水灰比越小，其抗壓性能越好。再生混凝土不同水灰比時(shí)的抗壓強(qiáng)度值變化如表1 所示。肖倍等人［16］用75%的再生骨料制成混凝土，通過改變水灰比測再生混凝土的抗壓強(qiáng)度，也得到與上述相同的結(jié)論。

表1 再生混凝土不同水灰比抗壓強(qiáng)度值

而水灰比較小時(shí)，水泥漿體強(qiáng)度也比較高，導(dǎo)致再生混凝土抗壓強(qiáng)度較高，故此時(shí)再生混凝土抗壓強(qiáng)度隨著水灰比的提高而增加。Gupta［14］通過試驗(yàn)得出水灰比較小時(shí)，其抗壓性能比普通混凝土差；水灰比較大時(shí)，其抗壓性能比普通混凝土好。再生混凝土的抗壓強(qiáng)度與水灰比并不嚴(yán)格呈線性關(guān)系，其抗壓強(qiáng)度隨著其水灰比的增加，呈先增加、后減小的變化，即存在某個(gè)最佳水灰比使再生混凝土的抗壓強(qiáng)度最大。

2.4 摻合料的添加的影響

混凝土摻合料指在攪拌混凝土過程中額外添加的物質(zhì)，摻合料加入到混凝土后，可以與混凝土中鈣質(zhì)材料發(fā)生反應(yīng)、凝結(jié)硬化后產(chǎn)生強(qiáng)度或生成具有膠凝能力的水化產(chǎn)物，故摻合料的添加也會對再生混凝土的抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生影響。

郭文華等人［15］通過研究發(fā)現(xiàn)，硅灰的添加可以很大程度上降低水泥基材料的泌水性并提高其保水性，進(jìn)而對再生混凝土的抗壓性能造成影響。當(dāng)增加硅灰取代水泥的取代率時(shí)，其抗壓性能先變好后變差，存在某一取代率使其抗壓性能最好。

在蔣建華等人［16］的研究中，在再生混凝土中摻加粉煤灰，也會對再生混凝土的抗壓性能產(chǎn)生影響，且逐漸增加粉煤灰摻量時(shí)，再生混凝土抗壓性能先變好后變差，在某一摻量下，再生混凝土抗壓性能最好。謝勇［17］得出用石灰粉代替同量的粉煤灰時(shí)，再生混凝土的早期抗壓強(qiáng)度會提高。

除傳統(tǒng)摻合料外，當(dāng)今納米材料的發(fā)展也很迅速。我國對納米材料的研究越來越深入，其中，納米SiO2具有良好的親水性和滲透性［18］，摻入水泥基材料中，可以改善其力學(xué)性能、孔隙比、加速水化速率等［19］。在再生混凝土中摻加納米SiO2后，納米SiO2可以快速與再生骨料中的Ca（OH）2發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生凝膠物質(zhì)填充再生骨料的縫隙［20］，進(jìn)而提高再生混凝土的抗壓性能。

覃盛昆等人［21］也通過研究得出，在再生混凝土中添加納米SiO2，會對其抗壓強(qiáng)度造成影響，對早期強(qiáng)度的影響尤為明顯，隨著納米SiO2加入量的增加，再生混凝土抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后降低的變化。試驗(yàn)中，在不同再生粗骨料取代率和齡期下，抗壓強(qiáng)度最高的配合比中SiO2的摻量為3%。

2.5 纖維的摻入的影響

王嘉暉等人［22］發(fā)現(xiàn)，當(dāng)摻入0%～0.5%的鋼纖維時(shí)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度提高，提高幅度為0%～26.4%。但當(dāng)摻量比上述摻量數(shù)值高時(shí)，其抗壓強(qiáng)度也會增加，但增加的速率明顯變慢，甚至?xí)锌箟簭?qiáng)度減小的可能。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是鋼纖維的摻量太多將影響混凝土的攪拌，導(dǎo)致孔隙率變大，所以強(qiáng)度會減小。

Katkhuda等人［23］在再生混凝土的再生骨料替代率為20%時(shí)，加入了玄武巖纖維，觀察到逐漸加入0.1%～1.5%的玄武巖纖維時(shí)，再生混凝土抗壓性能逐漸變好，最優(yōu)的玄武巖纖維摻量為1%，其抗壓性能最好。Wang等人［24］通過試驗(yàn)得出，當(dāng)再生骨料替代率為100%時(shí)，提高摻入的玄武巖纖維從1kg∕m3到3kg∕m3，再生混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的增幅呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢；當(dāng)摻入的玄武巖纖維為2kg∕m3時(shí)，為最優(yōu)摻量。

Hanumesh等人［25］通過試驗(yàn)得出，隨著摻入聚丙烯纖維的體積分?jǐn)?shù)從1%提升到2%，再生骨料替代率為50%、100%的再生混凝土抗壓強(qiáng)度分別提高了20.7%～45%、15.7%～35.7%。Kumar 等人［26］研究發(fā)現(xiàn)，隨著摻入聚丙烯纖維的體積分?jǐn)?shù)從0.25%提升到1%，再生骨料替代率為25%、30%及35%的再生混凝土抗壓強(qiáng)度分別提高了57.6%～108%、40.5%～90.9% 及45.5%～102.3%。

3 結(jié)語

通過上述研究可以得出，再生混凝土的受壓破壞過程受再生粗骨料影響，再生骨料本身的性質(zhì)會直接影響再生混凝土的抗壓性能。除此之外，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度還受再生骨料取代率、水灰比、摻合料的添加、纖維的摻入的影響。再生骨料的取代率與再生混凝土抗壓強(qiáng)度之間的變化情況并不固定。再生混凝土水灰比和再生混凝土抗壓強(qiáng)度沒有嚴(yán)格的線性關(guān)系，存在某個(gè)最佳水灰比使再生混凝土的抗壓性能最好，且通過在再生混凝土中合理摻加摻合料或纖維，可以使再生混凝土的抗壓性能變好。