再生骨料缺陷对再生混凝土力学性能影响的思考

周浩

（江苏双龙集团有限公司 江苏南京 211111）

通过对建筑中各种作废的混凝土预制砌块和构件等进行循环再利用，而形成再生骨料，再将其加入混凝土拌制中进行循环使用，极大提高了建筑资源的利用率。但是再生骨料一些固有特性或缺陷决定了再生混凝土不同于天然混凝土，所以为了更好地应用再生混凝土，有必要深再生骨料及其对混凝土的影响进行深入探讨。

1 再生混凝土及其原料对其力学性能的影响

1.1 再生混凝土的基本性能

再生混凝土是将天然混凝土构成中的砂石骨料替换成再生骨料。再生混凝土的基本性能主要如下几方面：①物理性能。鉴于再生骨料表面上所附着的砂浆密度比较小，所构成混凝土的比重比天然混凝土低，且伴随着混凝土中再生骨料用量的增加，密度也会有所降低。有关研究表明，如果再生混凝土中全部应用再生骨料，那么其所形成的密度较于天然混凝土会降低6%左右。此外，通过在再生混凝土中掺加再生骨料，会相应地增加其内部的总细孔空隙量，增大凝胶孔与混凝土的毛细孔孔隙量，这会增加混凝土的抗压强度，影响其耐久性。②工作性能。鉴于再生骨料表面附着有比较多的水泥砂浆，增加了其吸水率，加之再生骨料非常粗糙的表面，这势必会降低其所拌制再生混凝土的和易性与坍落度，增强其保水性和粘聚性。有关研究表明，通过将再生骨料的替换率控制在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，不会对混凝土正常施工带来影响。如果继续增加再生骨料用量，就会降低其和易性，最高可达20%，适当在其中掺加粉煤灰和高效减水剂等使再生混凝土保持良好的工作性能。③耐久性。相较于天然混凝土，再生混凝土的耐磨性、抗酸性、抗冻融性、抗渗性以及抗酸性等均相对较差，但是其抗裂性却比较强，这主要是由于再生混凝土具有比较低的弹性模量和比较高的拉压比。通过在再生混凝土中掺入粉煤灰、引气剂等，可以改善其耐久性。

1.2 再生混凝土原料对其力学性能的影响

通过上述分析可知，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，这主要是由于再生骨料差异性所造成的。除了再生骨料缺陷会影响其所拌制混凝土力学性能外，再生混凝土原料也会产生一些影响，具体表现在如下几方面：①再生骨料含量。随着再生骨料掺加量的增加，会减低再生混凝土的抗压强度，再生骨料的掺加会减弱水泥浆和再生骨料间的粘结性，容易使再生骨料在单轴应力作用下形成应力集中。②水灰比。普通混凝土的抗压强度和水灰比之间一般具有反比关系，即水灰比越高，相应的混凝土抗压强度就越高。但是再生混凝土则有所不同，如果水灰比＜0.57，那么随着水灰比的增大会增加其抗压强度，由于水灰比对再生混凝土的强度影响小于流动性而影响了再生混凝土强度，且在增强水灰比时，会提升再生骨料的吸水率，降低水泥浆体中的水灰比，进而会增加其抗压强度。如表1，不同配合比条件下的再生混凝土的28d抗压强度各不相同，其中RAC（再生混凝土）以再生骨料为粗骨料，砂的细度模数为2.5，水泥选择42.5MPa等级的普通硅酸有水机，并加入适量的硅灰，将其坍落度控制于80～150mm范围内。H-RAC中的H代表在620℃温度下将再生骨料持续加热3h；NA代表天然骨料，H-NA代表使用热处理后的天然骨料；H-RA代表经过热处理后且将附着砂浆去除的骨料。③矿物掺合料。通过在再生混凝土中掺加一定量的粉煤灰，会降低其强度值，如果可以选择双掺矿渣与粉煤灰，那么效果会更好，有助于降低再生混凝土的早期强度，双掺的最优配比为2：1（矿渣：粉煤灰）。

表1 不同配合比条件下再生混凝土及28d抗压强度值

2 再生骨料缺陷对再生混凝土力学性能的影响

2.1 附着砂浆缺陷的影响作用及机理

在对再生混凝土力学性能产生影响主要因素为附着砂浆。鉴于附着砂浆具有多孔、易碎以及脆弱等特性，其存在比较高的吸水率、比较小的密度以及比较低的强度值。为了提升再生骨料的应用质量，使用之前将其表面附着的砂浆去除掉。当前常用的再生骨料附着砂浆清除方法中，主要包括酸洗法、微波清洗法等，具体如下：①酸洗法。在环境温度为20℃的条件下，将再生粗骨料在由磷酸、硫酸或盐酸所构成的酸性溶液中（0.1mol/L）浸泡一段时间后，可以降低再生骨料的相应吸水率，这样能提升其所拌制再生混凝土的抗压强度。究其根本原因，主要是由于酸洗后的再生骨料和水泥浆液之间具有更加致密的界面过渡区，有助于提升再生混凝土的性能。②微波清洗法。主要是将再生骨料在大功率加热条件下，持续一段时间后立刻搁置于温度为25℃左右的水中进行冷却，然后再借助微波加热对其进行处理，使再生骨料和附着砂浆之间的界面部位处形成比较高的集中应力，将砂浆剥离掉，同时还可以筛分掉原有附着砂浆以及碎裂成小碎片的砂浆块体。或者将经过微波加热处理后的再生骨料搁置于磨损检测设备当中进行机械研磨处理，进一步对再生骨料表面附着的砂浆进行去除。通过有效结合微波加热与机械研磨，显著提升再生混凝土的力学性能。在实际的使用过程中，需要结合实际的使用需求，选择恰当的附着砂浆去除方法。

2.2 原始粗骨料石子缺陷的影响作用及机理

有关研究表明，再生骨料在生产与破碎加工处理会出现不可避免的损伤，再生骨料石子的裂缝也势必会对其和水泥浆之间结合产生影响。相较于没有经过破碎处理的再生骨料石子，经过多次破碎处理后的再生骨料石子表面的裂缝数目会有所增加，这势必会减少附着砂浆和截面区所增加的裂缝数目，所以不会影响再生混凝土的力学性能。实际上，在破碎处理废旧混凝土期间，由于破碎作用下的碰撞作用会使得再生骨料石子内部出现微裂缝，这些微裂缝不可避免地会影响再生混凝土的力学性能，所以需要尽快修复微裂缝，比如可以通过盖面施工工艺或者适当地添加一些矿物掺合料等方式，对这些再生骨料石子表面的裂缝进行填充，增加整个粗骨料结构的致密性。

2.3 界面过渡区缺陷的影响作用及机理

相较于普通混凝土搅拌工艺，通过在再生骨料表面增设一层矿物掺合料，那么会对再生混凝土的强度与和易性极大改善，可以借助SEM扫描设备对水泥浆和再生骨料之间形成的界面过渡区扫描，可以了解所形成的再生混凝土表面存在C-S-H凝胶水化产物。在普通混凝土拌制后，混凝土界面过渡区主要存在比较多的氢氧化钙晶体以及尺寸为30～40μm的垂直裂缝。但是考虑到再生骨料具有比较大的吸水性，容易使混凝土出现内部泌水情况，一旦后续出现蒸发后就容易使过渡区表面形成裂缝。如果可以将其中部分水泥用矿物掺合料进行替换，那么可以在所形成的再生混凝土表面裹上一层厚度为0.5μm的掺合料包裹层，极大地改善了整个ITZ的微观结构，增加了水泥浆和再生骨料之间界面过渡区厚度的细密性和紧致性，从而可以从整体上提升再生混凝土的和易性与强度。因此，在实际的再生混凝土应用中，为了改善其力学性能，可以采用改善再生骨料和混凝土之间界面性质的方法，如适量加入一些掺合料或减水剂，降低混凝土水灰比，采用两阶段搅拌法或掺合料裹骨料工艺等，以此改善再生混凝土IT结构，降低集料和水泥浆体之间的孔隙率，增强它们之间的粘结质量，从而提升再生混凝土的整体强度。

3 结语

综上所述，再生骨料的缺陷会对再生混凝土的力学性能产生严重影响，具体表现在附着砂浆缺陷、原始粗骨料石子缺陷和界面过渡区缺陷等方面。为了有效地运用再生骨料，确保再生混凝土的质量，需要先灵活运用附着砂浆去除方法去除再生骨料表面的附着砂浆，适当添加一些外掺料等改善混凝土整体性能，进而提升再生混凝土的强度等力学性能。