混凝土再生集料与新拌混凝土界面强度及强化研究

宋亚明 马 峰 庞千翔

（1.中交二公局第四工程有限公司，洛阳 471000；2.武汉理工大学交通学院，武汉 430063）

0 引言

近年来随着道路改建、建筑物拆除，废弃混凝土的处理量大幅增加，浪费了大量经济、土地资源，因此废弃混凝土的回收再利用越来越受到关注。

从细观角度上来看，混凝土再生集料用于新拌混凝土的难度在于二者接触面强度性能较差。混凝土再生集料主要有三种形式，包括旧混凝土块以及表面有无旧混凝土的天然集料。因此接触面有三种形式，本文选取两种具有代表性的接触面进行研究，即新旧混凝土接触面、旧天然集料与新拌混凝土接触面。

1 新旧混凝土界面强度

新旧混凝土接触面的研究主要集中于预制混凝土部件的联结。从目前的研究资料来看，新旧混凝土接触面的强度是显著弱于新拌混凝土本身的强度。与新拌混凝土相比，新旧混凝土界面的轴心抗拉强度、劈拉强度、抗折强度、抗剪强度分别下降了16%～33%、25%～38%、47～53%、61.5%～82.87%[1-3]。综上新旧混凝土接触面的强度都较新拌混凝土有所下降，其中抗剪强度下降幅度最大。

新旧混凝土接触面强度差，主要是二者凝结的不统一性而导致的粘结强度弱，以及细观结构上的材料分布不均[4]。根据界面过渡区理论，新旧混凝土界面强度的形成主要是通过界面过渡区中的水泥水化所生成的C-S-H 凝胶的搭接、黏附作用来实现。而新旧混凝土接触面则只存在新拌混凝土的水化反应，也就是只有新拌混凝土单方面水化生成C-S-H 凝胶，也就导致了二者接触面的粘结强度不足[5]。

从受力情况来说，新旧混凝土接触面最易受到剪切破坏，作为水泥稳定碎石基层来讲，剪切是其常见的受力形式。因此新旧混凝土界面的强度需要提高。

2 回收天然集料与新混凝土界面

回收天然集料其强度性能的影响则应从两方面来进行研究。其一水泥水化反应对天然集料表面的开口孔隙的修复、封堵作用，其二，水泥水化反应过程中，化学离子对天然集料的侵蚀作用。

天然集料表面的开口孔隙是影响其强度性能的原因之一，过高的孔隙率不仅会导致吸水率的增大，导致水泥稳定碎石基层的施工和易性，在缺水地区影响工程的进展；同时也会降低天然集料本身的强度，影响其与新拌混凝土的粘结、摩阻作用。在水泥水化反应所形成的的C-S-H 凝胶的修复、封堵作用下，集料表面的开口孔隙得以消除，从而提高了集料的路用性能。

在水泥水化反应过程中，由于水的存在产生了大量的钙、铝、钠、氯离子。化学离子与集料发生化学反应，导致集料表面受到侵蚀。集料表面形成了多孔结构，降低了集料的强度与结构稳定性。

从现存的研究来看，通常认为C-S-H 凝胶对集料表面孔隙的封堵作用效果要低于化学离子对集料表面的侵蚀作用效果。也就是说废弃混凝土中回收天然集料的路用性能是有所降低的。

3 强化方法

现存的增强新旧混凝土接触面强度性能的方法有多种。包括新拌混凝土使用高强度混凝土，对旧混凝土进行凿毛、键槽、露骨处理等等。这些处理办法的效果是显而易见的，但是对于废弃混凝土再生集料的大规模应用是不经济的。

针对废弃混凝土再生集料应用的特点，本文将从化学试剂处理等方面来进行研究。化学处理方法则包括水泥浆类界面剂、环氧类界面剂以及聚合物类界面剂[6]。其中环氧类界面剂与聚合物类界面剂价格高于水泥浆类界面剂，主要用于预制混凝土构件的连接。从经济性来考虑，水泥混凝土再生集料用于水稳碎石基层施工中，再生集料的用量较大，故采用水泥浆类界面剂进行处理。

4 实验设计

在此之前，还需要对再生集料的吸水率、压碎值等路用性能进行强化。本实验将再生集料浸泡于浓度为8%的硅酸钠溶液5h，然后进行通风处晾干。处理之后再生集料的吸水率与压碎值指标如下表1 所示，再生集料级配见下表2。

表1 再生集料路用性能表

表2 再生集料级配表

新拌混凝土水泥等级选用C30；净浆界面剂的水灰比W/C=0.38，水泥强度等级为C40；粉煤灰改性砂浆界面剂的水灰比为0.38，水泥强度等级为C40,粉煤灰级别为一级，粉煤灰质量百分比为15%。

最大干密度与最佳含水量通过击实试验来确定。水泥剂量分别取4%、5%、6%、7%四种比例，配置混合料。根据实验结果，取水泥剂量为6%，最佳含水量为6%,最大干密度为2.338g/mm2。

按照以上再生集料级配以及水泥掺量分别制作3 组试件，试件尺寸为直径150mm、高150mm 的圆柱体，每组试件为9 个。其中第一组为不加界面剂的试件，第二、三组分别在再生集料表面涂刷净浆界面剂和粉煤灰改性砂浆界面剂，并测定7d 无侧限抗压强度以及饱水无侧限抗压强度。实验结果见下表3。

表3 水泥稳定混凝土再生集料强度表

5 结语

（1）从实验结果来看净浆界面剂和粉煤灰改性砂浆界面剂都可以提高水泥稳定混凝土再生集料的无侧限抗压强度。

（2）净浆界面剂的强化作用要弱于粉煤灰改性砂浆界面剂。

（3）从再生集料的用途来看，用于高速公路及一级公路水泥稳定混凝土再生集料基层的再生集料应当选择粉煤灰改性砂浆界面剂进行处理，而二级及二级以下公路，使用净浆界面剂就能完全满足强度需求。

（4）从7d 饱水无侧限抗压强度来看，水泥稳定废弃混凝土再生集料的强度性能在饱水后有所下降，但仍然满足规范要求。而且以上两种界面剂对其7d 饱水无侧限抗压强度也有所提高。