袁樸，陳國(guó)慶，楊延玉

（1.常熟市梅李鎮(zhèn)建設(shè)局，江蘇 蘇州 215000；2.江蘇建研建設(shè)工程質(zhì)量安全鑒定有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

城市化建設(shè)如火如荼， 混凝土的消耗日益增大，而配制混凝土所適用的骨料越來(lái)越難開(kāi)采。 在此背景下，將廢棄的混凝土再次利用，通過(guò)破碎、篩選、分級(jí)、清洗等工藝制備再生骨料，能處理大量的建筑垃圾，降低廢棄物的污染與空間浪費(fèi)，減緩建材需求逐年上漲的壓力。

再生骨料在生產(chǎn)過(guò)程中由于工藝不夠成熟，難以將骨料還原到最初始的狀態(tài)， 與天然骨料相比有較多的缺陷，如孔隙率高、強(qiáng)度低等。 相對(duì)于常規(guī)的天然骨料，再生骨料各項(xiàng)指標(biāo)均較低。 再生骨料如不經(jīng)過(guò)處理直接使用， 所配制的混凝土?xí)嬖谳^多的內(nèi)部缺陷， 而對(duì)于再生骨料進(jìn)行改性研究，可有效改善再生骨料的缺陷，使其大范圍推廣利用存在較高的可行性。

1 再生混凝土改性研究現(xiàn)狀

1.1 物理改性法

物理改性法， 主要通過(guò)再破碎等方式去除再生骨料表面附著的水泥漿， 增加其表面粗糙度，使骨料在混凝土中有足夠的咬合力，從而彌補(bǔ)再生骨料的內(nèi)部缺陷。

1.2 纖維改性法

纖維改性法，主要為在再生混凝土摻入比例合適的混凝土專用纖維，通過(guò)纖維的各向異性與卓越的抗拉性能使混凝土中骨料能夠被束縛成一個(gè)整體， 通過(guò)纖維的拉結(jié)來(lái)減緩微裂縫的擴(kuò)散與蔓延，宏觀上體現(xiàn)為抗裂性提高。

1.3 摻加活性物質(zhì)

摻入粉煤灰、硅灰等高活性摻合料，可與混凝土中Ca(OH)2進(jìn)一步反應(yīng)，生成致密的C-S-H 凝膠，加強(qiáng)再生混凝土的咬合作用，改善混凝土中最為薄弱的過(guò)渡區(qū)； 同時(shí)礦粉等摻合料粒徑細(xì)微，可填充骨料表面的空隙，解決再生骨料孔隙率高的問(wèn)題。

2 改性再生混凝土配比優(yōu)選

2.1 原材料與儀器

所用材料主要有P·O 42.5 水泥、Ⅱ區(qū)中砂、天然碎石、 再生粗骨細(xì)料， 以及Ⅱ級(jí)F 類粉煤灰、12 mm的短纖維、聚羧酸減水劑、粒化高爐礦渣。

所用儀器主要有含氣量測(cè)定儀、 混凝土攪拌機(jī)、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、混凝土抗?jié)B儀、混凝土抗凍儀、千分表。

2.2 混凝土配制

混凝土配制如表1 所示。

表1 混凝土配制

共配制7 組再生混凝土進(jìn)行配合比優(yōu)選試驗(yàn)，其中RC 為再生骨料取代率100%的C30 混凝土，以此為基準(zhǔn)混凝土分別進(jìn)行6 組改性混凝土配制。

2.3 改性再生混凝土配比優(yōu)選

通過(guò)混凝土28 d 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)與28 d 劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)對(duì)比7 組混凝土的性能， 結(jié)果如圖1、2 所示。

圖1 混凝土28 d 抗壓強(qiáng)度

圖2 混凝土28 d 劈裂抗拉強(qiáng)度

相較基準(zhǔn)混凝土，RC+F、RC+S、RC+F+P、RC+S+P、RC+F+S+P 的抗壓強(qiáng)度分別提高1.29%、2.59%、0.65%、2.91%、4.53%，而RC+P 的抗壓強(qiáng)度降低了7.12%。相較基準(zhǔn)混凝土，RC+F、RC+S、RC+P、RC+F+P、RC+S+P、RC+F+S+P 的劈裂抗拉強(qiáng)度分別提高4.65%、3.10%、18.60%、20.16%、21.71%、25.58%。

粉煤灰可與混凝土中未完全水化的Ca（OH）2發(fā)生反應(yīng)，使其進(jìn)一步水化，生成規(guī)則的C-S-H 凝膠，將再生骨料進(jìn)行膠連，同時(shí)填補(bǔ)再生骨料表面的孔隙，降低其吸水性。玻璃微珠的填充效應(yīng)，可修復(fù)再生骨料表面缺陷，通過(guò)填充效應(yīng)優(yōu)化混凝土中膠凝材料的級(jí)配，使其更為致密，抵御更惡劣的環(huán)境。

礦渣微粉可與游離的Ca（OH）2繼續(xù)反應(yīng)，將再生混凝土中不利的Ca （0H）2轉(zhuǎn)化為有利的C-S-H凝膠，填充再生骨料中的缺陷，改善混凝土中薄弱的過(guò)渡區(qū)， 體現(xiàn)為再生混凝土微觀上晶體尺寸更小、數(shù)量更多，使混凝土更為致密，力學(xué)性能與耐久性能提升明顯。 同時(shí)，礦渣細(xì)微顆粒的填充效應(yīng)使混凝土的膠凝材料以更致密的方式排列，提高混凝土的保水性，使混凝土在相同用水量的情況下具備更好的流動(dòng)性。

粉煤灰、礦渣同為工業(yè)廢料，以往都需要耗費(fèi)人力物力去處理，而應(yīng)用于混凝土配制可以使用資源再利用，降低混凝土成本的同時(shí)，又能提高混凝土的各項(xiàng)性能，兼具社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

混凝土的抗壓性能優(yōu)良，但其抗彎方面有所欠缺，在混凝土水化早期易受到干縮引起的應(yīng)力作用導(dǎo)致開(kāi)裂，而摻入高延性的聚丙烯短纖維，使混凝土承重彎矩能力提高。均勻無(wú)規(guī)律散布于混凝土中的聚丙烯纖維， 可抑制混凝土早期干縮引起的開(kāi)裂，降低微裂縫出現(xiàn)的概率，提高混凝土的受拉彈性模量和混凝土的抗彎抗拉能力。 綜合考慮，選擇RC+F+S+P 為最優(yōu)配方。

3 再生混凝土性能對(duì)比

為驗(yàn)證試驗(yàn)所優(yōu)選的配方是否有效，配制強(qiáng)度等級(jí)C30 普通混凝土（簡(jiǎn)稱OC）、再生混凝土（簡(jiǎn)稱RC）、高性能再生混凝土（簡(jiǎn)稱HPRC）進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

3.1 拌合物性能對(duì)比

3.1.1 混凝土泌水率對(duì)比

混凝土在運(yùn)輸、泵送過(guò)程中容易出現(xiàn)粗骨料下沉、水分上浮的現(xiàn)象?；炷恋拿谒：^大，其中包括增加混凝土中的內(nèi)部缺陷，影響混凝土的致密性、 骨料的界面強(qiáng)度以及混凝土與鋼筋間的握裹力，從而影響混凝土的力學(xué)性能與耐久性能。 經(jīng)試驗(yàn)，3 組混凝土泌水率對(duì)比結(jié)果如圖3 所示。

圖3 混凝土泌水率對(duì)比

相比普通混凝土與再生混凝土，高性能再生混凝土泌水率降低明顯。 這是因?yàn)閾郊臃勖夯遗c礦渣，其火山灰效應(yīng)與填充效應(yīng)可以大大提高混凝土的保水性能，提高混凝土的流動(dòng)性，較少混凝土在運(yùn)輸過(guò)程中的塌落度損失，降低混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑的施工難度，提高混凝土澆筑質(zhì)量，降低蜂窩麻面出現(xiàn)的可能性。

3.1.2 混凝土含氣量對(duì)比

混凝土含氣量是指單位體積中空氣的體積百分比。 混凝土在拌和時(shí)會(huì)引入一些氣體，從而形成空隙，同時(shí)外加劑的反應(yīng)也會(huì)生成氣體。 均勻分布的細(xì)微氣泡可以提高混凝土的抗凍性、 抗鹽堿性，且對(duì)強(qiáng)度的影響極其微小。 經(jīng)試驗(yàn)，混凝土含氣量對(duì)比結(jié)果如圖4 所示。

圖4 混凝土含氣量對(duì)比

相比普通混凝土與再生混凝土，高性能再生混凝土含氣量明顯提高。 這是因?yàn)閾饺敕勖夯遗c礦渣，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大量均勻的細(xì)微氣泡，含氣量略微提高。 同時(shí)大量的氣泡阻隔了水的滲透，對(duì)于混凝土的抗?jié)B與抗凍都具有有利作用。氣泡的加入還能提高混凝土的拌合物性能，使其適于泵送。

3.2 力學(xué)性能對(duì)比

3.2.1 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度對(duì)比

混凝土軸心抗壓試驗(yàn)所用試件為棱柱體，因此更能反應(yīng)混凝土在實(shí)際應(yīng)用中的狀態(tài)。軸心抗壓強(qiáng)度越高，代表混凝土軸心受壓構(gòu)件抵御破壞的能力越強(qiáng)。 經(jīng)試驗(yàn)，混凝土軸心抗壓強(qiáng)度對(duì)比結(jié)果如圖5 所示。

圖5 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度對(duì)比

相比普通混凝土與再生混凝土，高性能再生混凝土軸心抗壓強(qiáng)度明顯提高。這是因?yàn)榉勖夯遗c礦渣的摻入，火山灰效應(yīng)促進(jìn)水泥進(jìn)一步水化生成更多的C-S-H 凝膠，使集料界面區(qū)的Ca（0H）2晶粒變小，改善了混凝土微觀結(jié)構(gòu)，降低了水泥漿體的孔隙率，降低了混凝土缺陷出現(xiàn)的概率，使建筑結(jié)構(gòu)安全得到更大的提高。

3.2.2 混凝土靜力受壓彈性模量對(duì)比

彈性模量為物體在承受外力的情況下該方向應(yīng)力與應(yīng)變的比值。彈性模量反映物體抵抗外力變形的性能。 混凝土彈性模量高，意味著抗變形能力強(qiáng)， 但過(guò)高的彈性模量會(huì)使其與鋼筋變形不一致。經(jīng)試驗(yàn)，混凝土靜力受壓彈性模量對(duì)比結(jié)果如圖6所示。

圖6 混凝土靜力受壓彈性模量對(duì)比

相比普通混凝土與再生混凝土，高性能再生混凝土靜力受壓彈性模量明顯提高。這是因?yàn)榛炷领o力受壓彈性模量與軸心抗壓強(qiáng)度存在正相關(guān)關(guān)系，靜力受壓彈性模量的提高在大多數(shù)情況下有益處，可以提高混凝土的抗變形能力，提高混凝土建筑的穩(wěn)定性。

3.3 耐久性能對(duì)比

3.3.1 混凝土抗?jié)B性能對(duì)比

抗?jié)B性能為混凝土抵抗水等流體由于在壓力作用下滲透的能力。 壓力越大，流體的滲透能力越強(qiáng)。 混凝土的抗?jié)B性能亦對(duì)其抗碳化、抗氯離子滲透等性能有較大影響， 混凝土抗?jié)B等級(jí)是混凝土28 d 試件能抵御水滲透的的最大壓力，等級(jí)越高，能承受的水壓越大。

相比普通混凝土與再生混凝土，高性能再生混凝土抗?jié)B性能明顯提高。 再生骨料界面區(qū)薄弱，氣泡無(wú)法封閉，導(dǎo)致其在較高水壓下，易被水滲透。但經(jīng)過(guò)改性之后， 由于礦物摻合料中微粒的填充作用，可修復(fù)骨料表面缺陷，使界面區(qū)得到強(qiáng)化，難以被水滲透。同時(shí)聚丙烯纖維將混凝土束縛成一個(gè)整體，提高了混凝土在高水壓下的穩(wěn)定性，因此抗?jié)B等級(jí)大大加強(qiáng)。

3.3.2 混凝土抗凍性能對(duì)比

混凝土的抗凍性是指材料在含水狀態(tài)下能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)?；炷猎趦鋈谘h(huán)下內(nèi)部水分反復(fù)結(jié)冰膨脹，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大量微裂縫，導(dǎo)致其強(qiáng)度與彈性模量衰減。

相比普通混凝土與再生混凝土，高性能再生混凝土經(jīng)受凍融的能力更為卓越。 在50 次凍融循環(huán)后，普通混凝土和再生混凝土的質(zhì)量和抗壓強(qiáng)度衰減明顯。 與普通混凝土相比，高性能再生混凝土質(zhì)量損失率與抗壓強(qiáng)度損失率分別降低35.6%、31.4%。 與再生混凝土相比，高性能再生混凝土質(zhì)量損失率與抗壓強(qiáng)度損失率分別降低42.4%、35.6%。

普通再生混凝土由于再生骨料內(nèi)部缺陷較多等問(wèn)題，在多次凍融循環(huán)后，質(zhì)量與抗壓強(qiáng)度衰減嚴(yán)重，不適應(yīng)于北方低溫地區(qū)。 而經(jīng)過(guò)改性的高性能再生混凝土由于摻加粉煤灰與礦渣，引入了大量互不相通的氣泡， 使水分難以進(jìn)入混凝土內(nèi)部，同時(shí)氣孔的存在可以緩沖水結(jié)冰產(chǎn)生的壓力，減少由于結(jié)冰膨脹引起內(nèi)部微觀上的崩壞。

4 發(fā)展與展望

城市建設(shè)產(chǎn)生的建筑垃圾逐年增多，同時(shí)優(yōu)質(zhì)骨料的開(kāi)采越來(lái)越困難，利用建筑垃圾、破碎成再生骨料是一舉兩得的好方案。利用超高性能破碎機(jī)處理建筑垃圾，生產(chǎn)再生骨料，再利用各種改性技術(shù)， 生產(chǎn)能應(yīng)用于各種場(chǎng)景下的高性能混凝土，既能解決建筑垃圾的處理問(wèn)題，又能為建設(shè)工程提供源源不斷的材料，從而降低建設(shè)成本。