不同再生细骨料取代率混凝土的耐久性研究

■罗 欢 ■广西经济管理干部学院，广西壮族自治区 530007

混凝土作为国家建设的必要物质基础，其消耗量逐年递增，从而也使环境遭受到不必要的损失。将废旧混凝土制备成再生骨料，从而替代传统的混凝土，可大大减少传混凝土对环境的危害。除此之外，传统的混凝土中加入一定数量的矿物能够大大提高混凝土的耐久性，对混凝土的收缩性能、抗冻性能、碳化性能和抗氯离子渗透性等性能都有一定影响。

1 再生细骨料混凝土的研究价值

我国从改革开放至今，经济增长非常快，同时，大量的基础设施建筑被投入建设，在全国范围内，每年有大量的建筑由于不同的原因被废弃，从而导致大量的建筑垃圾产生。在每年的城市项目建设过程中也会出现大量的建筑垃圾，对于这些建筑，一般的处理方法是将其直接进行丢弃，但是这些建筑垃圾中含有大量的有用资源，随意丢弃不仅会造成资源的浪费，同时，还会对当地的环境造成严重的破坏，像将建筑物的垃圾埋在农村的土地内，或者将其直接进行露天丢弃，会使建筑垃圾形成大量的碱性残渣，长此以往，会使当地的土地逐渐失去活性。

为了能够更好地保护当地环境，维持本国的可持续发展，如何有效处理城市建筑垃圾是各国面临的重要问题。因此，随着各国经济和科技不断发展，提出了建筑垃圾二次利用的课题，特别是针对具有严重危害的建筑垃圾，由于富含利用价值较高的资源，且能够通过某些方法实现二次利用。这种处理方法既减少了资源的浪费，还能保证不对环境造成破坏。与此同时，我国将建设节约型和环境友好型社会作为我国的重要发展战略之一，并首次将该战略作为我国长期发展的一项战略任务，并采取了一系列的手段。通过回收建筑材料中的混凝土，将其作为我国可持续发展的一项重要决策，通过对废弃建筑材料中的再生骨料进行回收利用，能够使建筑垃圾成为可循环可利用的再生资源。这种处理方法能够减少对天然骨料资源的利用，从而缓解其日渐减少的局面，此外通过回收利用，能够减轻因天然骨料的采集对环境的破坏，从而保护了人类的生存环境，走上一条可持续发展的道路。

2 再生细骨料混凝土研究进展

对于混凝土的回收利用，国外的研究起步较早，在我国开始进行混凝土再利用课题研究之前，就开展了多次关于混凝土在利用专题会议，并对其中的可再生骨料回收进行了相关性能的研究，并将其物理性质和力学性质等进行了详细的论述，制定了符合各国发展的政策法规，对实际工程进行了明确的规定。

早在1980 年美国制定了关于再生混凝土的相关法律政策，并在1996 年和2002 年对其中存在的一些不足进行了补充，从而保证了其国内各项生产中出现的垃圾的合理处理。根据相关数据显示，在美国的20 个州内，几乎全部的公路建设全部采用再生混凝土，而在26 个州内将再生混凝土作为建筑工程的基层材料，并且在各种法规中，对建筑垃圾中的混凝土在利用进行了明确的规定。目前，美国建筑行业中的可再生混凝土使用占到了全部建设项目中的一半左右。

而在德国，在一条双层混凝土公路中，再生混凝土的使用占据了几乎全部的底层材料。另外，随着再生细骨料混凝土的使用逐渐增多，德国对再生混凝土的质量要求提出了相关规定，要求再生细骨料混凝土需要完全符合其国家规定的天然骨料混凝土标准，从而保证公路建设的质量，防止由于再生混凝土的质量不达标，出现建筑物的二次拆建，造成更大的损失。

同国外相比，我国的经济发展落后了大约半个世纪，对于混凝土中的可再生骨料的回收工作，成本远远高于国外技术。目前，我国提出了制定中长期社会可持续发展的战略，并通过各种措施鼓励相关企业加大对建筑垃圾中混凝土的回收利用研究。我国已经有数十家高校和研究机构对再生混凝土的利用进行了长期的研究，例如武汉大学对当地桥面废弃混凝土的利用，其通过对高强度的混凝土进行常规工艺研究，从而提供高强度的可再生混凝土，该研究制作的再生混凝土强度能够达到60MPa 左右，大大提高了我国在混凝土回收利用方面的研究。另外，通过研究发现，在不计算再生粗骨料吸水的条件下，不同再生骨料取代率试件能够很好的取代传统的天然骨料混凝土，且其同普通混凝土的流动相比，差别不大。

3 再生细骨料混凝土的收缩变形试验

3.1 龄期对混凝土收缩的影响

通过研究数据可以发现，除了再生细骨料的取代率达到100%的再生混凝土之外，其他取代率再生细骨料混凝土的收缩情况和普通混凝土之间没有太大的差别，但是对于90d 的混凝土，其收缩是比普通混凝土略大一些的。对于再生细骨料来说，其吸水率一般是高于天然砂的，因此，在使用再生细骨料混凝土时，其加水量大于天然骨料混凝土。在混凝土的龄期较短时，其内的一部分水分会被其内的微细粉吸收，且吸收后不容易失去，这时的收缩性不会出现较大的变化，因此，不会出现较大的差别。但是伴随着混凝土的龄期逐渐增加，这部分被吸收的水分会对再生细骨料混凝土的收缩性造成重要的影响，该部分水分不会随着混凝土的凝固而损失，从而导致再生细骨料混凝土的收缩值随着其材料的龄期增加而增加。当再生细骨料的取代率在100%以下时，其混凝土的干燥收缩率随着取代率的增加而增加，但是其平均值是小于普通混凝土的。

对于混凝土试件来说，收缩的过程中的收缩恢复现象会出现不同的变化。这种现象出现的主要原因是由于外部环境中的湿度，当外界湿度大于试件自身的湿度时，其材料不但不会失水，反而会出现吸水现象，直到其内部水分含量和外界环境相一致，这个过程中会出现试件的收缩恢复现象。在标准的养护环境中，再生细骨料混凝土内部的水分含量较多，从而使其内部的湿度不断增大。而对于天然砂浆来说，其内的水分含量是较少的，且其自身的湿度较低，从而导致其不易出现收缩恢复现象。

3.2 再生细骨料取代率对混凝土收缩的影响

通过相关数据可以发现，随着再生细骨料的取代率逐渐增加，其收缩率也在逐渐增大，在其取代率达到100%时，其收缩率达到最大值。这种收缩情况，会导致再生细骨料混凝土在形成构件时出现较大的收缩裂缝，影响建筑的质量。

4 抗冻性能研究

根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》的规定，对再生细骨料混凝土在不同冻融循环中的质量损失，并对其相对动弹模量进行计算。根据试验数据能够看出，对于不同矿物掺和料的情况，其再生细骨料混凝土的耐久性一般都会大于80%。而对于其耐久性指数，在不同矿物掺和料取代水泥时，再生细骨料会发生一定的变化，且矿渣粉的效果要远远好于粉煤灰。这种情况出现的主要原因是普通的矿渣粉的活性远远高于粉煤灰，因此，在掺和料不同时，其出现的效果完全不同。

在常温情况下，混凝土会在三相之间进行平衡转化，而当其处在负温时，其内部的的孔隙内含有的水分，将会由液态转变为固态，从而导致混凝土受到冻害，破坏其内部的结构，影响建筑的质量。

根据相关数据可以发现，对于简单破碎再生细骨料混凝土的重量损失率以及动弹模量的损失率，其都会随着细骨料取代率的增加而增加，这种现象说明对于混凝土来说，其细骨料的取代率越高，其抗冻性能越差。经过颗粒整形法处理得到的再生细骨料混凝土，其重量损失率和动弹模量损失率则对再生细骨料的取代率没有太大的反映，再生细骨料的取代率高低不同，其数值和原始数值相差不多。而当细骨料的取代率达到100%时，其重量损失率则远远低于取代率较低时的损失。而对于动弹模量损失率来说，其值基本没有变化。

5 氯离子的渗透性

对于再生细骨料的氯离子渗透性研究主要是通过德国的RCM 法，这种方法能够对再生细骨料混凝土的渗透率进行准确的测定。

从数据研究上我们可以发现，不同的再生细骨料取代率对应的渗透率存在着很大的差别。对于单掺矿物掺和料来说，其氯离子的渗透率较低，而对于复合掺和料的再生细骨料混凝土，其渗透性得到了明显的提高，其中的复合硅灰能够具有很强的抗氯离子渗透性，保证了建筑物的安全性。对于这种情况，其主要原因是由于其材料内含有大量的超细矿渣粉和硅灰，这两种材料都具有很大的比表面积，在水泥水化的过程中，其内的一部分颗粒会发生一些化学反应，从而使再生细骨料混凝土的孔隙内充满这种物质，此外，还有一部分的颗粒会移动到骨料和浆体的过渡区域，从而使这一区域内的强度增加，提高其密实度，同时也减少了过渡区内的定向排列，使其能够具有更高的强度，防止建筑建设完成后出现裂缝。

通过相关研究可以发现，在再生细骨料混凝土中添加一定数量的硅灰，能够使其过渡区的宽度减小约20 到49 微米，从而大大增强其抗氯离子渗透性。对于提高再生细骨料混凝土的抗氯离子渗透性，不同的矿物具有不同的效果，但是都会使其抗氯离子渗透性得到提高。

再生细骨料取代率对于混凝土的抗渗性影响主要体现在以下几点:首先是再生细骨料混凝土的用水量会随着其取代率的提升而增加，因此再生细骨料混凝土的电通量也随着取代率的提高而增加。另一方面是在再生细骨料中存在着一定数量的活性水泥石粉，其能够增加有效胶凝材料的使用量，且再生细骨料的吸水率较高，从而导致再生细骨料混凝土会在一定程度上降低浆体中的有效水胶比例。

6 抗碳化性能

本文针对再生细骨料混凝土的抗碳化性能研究选取了比较常见的6 种不同的胶凝材料体系，其中矿物掺和料种类与用量如表1 所示。通过实验结果对比可以发现:在不同种类的掺和料中，再生细骨料混凝土的抗碳化性能都有一定的提高，这说明其在一定程度上能够提高再生混凝土的含碱量。对于再生细骨料混凝土来说，其矿物掺和料的加入，能够对混凝土的结构进行一定的改变，使其能够将混凝土的界面结构进行转化，增强混凝土的密实程度，提高再生细骨料混凝土的抗碳化能力。

表1 再生细骨料混凝土胶凝材料组成

再生细骨料混凝土的碳化深度都会随着再生细骨料的取代率变化而呈现正比例的变化，也就是当再生细骨料的取代率增加时，其碳化深度将逐渐增加，也就是其抗碳化性能逐渐降低。通过分析可知，这种现象发生的主要原因是在混凝土中随着再生细骨料的取代率逐渐增加，其用水量逐渐增加，从而导致其内的孔隙率逐渐增加，导致碳化程度逐渐加深。除此之外，再生细骨料的颗粒在破碎的过程中，其外形会出现一定的损坏，从而导致其存在较多的裂纹，使混凝土的密实程度遭到了破坏，其密实度的下降，导致其碳化深度逐渐增加，最终使其抗碳化能力逐渐下降。为了提高混凝土的抗碳化性能，可以采用不同再生粗骨料改性方法，一般认为用PVA 聚合物对再生粗骨料进行浸泡以后，将在其表面形成絮状物，有利于改善裂缝与孔隙结构，混凝土密实度更高，抗碳化能力增强。

7 不同再生细骨料取代率混凝土性能分析

本文研究内容主要是为了解决当前存在的建筑垃圾处理问题，通过研究再生细骨料性能及优化措施，为减轻建筑垃圾对环境的污染提供新思路。政府相关部门需要根据当前我国的实际国情，制定合适的规章制度，保证再生细骨料混凝土的长期研究。另外，再生细骨料的本身性能和取代率和混凝土的性能之间存在着紧密的联系。

在前两周左右，再生混凝土收缩值和天然混凝土基本一致，而且会相对更小。随着时间的推移，当细骨料取代率增加之后，再生混凝土的收缩也出现明显提升，但是经过颗粒整形处理后的再生细骨料混凝土收缩增加的速度更加缓慢，这是因为在颗粒整形过程中，再生细骨料的粒形得到优化，棱角被去除干净，级配变得更加合理，用水量得到控制，因此后期产生的收缩会降低。

简单破碎再生细骨料混凝土的重量损失率与动弹模量损失率将随着取代率的提高而增加，这表明细骨料取代率的增加将不利于混凝土的抗冻性能，将出现劣化情况。经过颗粒整形处理的再生细骨料混凝土的重量损失率与动弹模量损失率受细骨料取代率增加的影响较小，无明显变化趋势。但是取代率为100%的细骨料的重量损失率低于其他取代率情况，动弹模量损失率几乎一致。

再生细骨料混凝土碳化深度将随着取代率的升高而增加，也就是说再生细骨料混凝土的抗碳化性能变弱。再生细骨料混凝土电通量和取代率的变化趋势相反，随着取代率的提升，电通量减少，如果增加胶凝材料将使电通量降低速率变小。

8 总结

综上我们可以发现，对于再生细骨料来说，其表观的密实度和吸水率等都会发生相应的改变，从而使其表面的孔隙增多，改变其工作性能。另外，随着再生细骨料取代率的逐渐提高，导致混凝土的脆性逐渐增加，这对建筑物的安全性具有严重的影响。不同取代率的再生细骨料混凝土性能有较大差异，和普通混凝土之间差别十分明显，在实际的建筑生产中，应当合理地确定再生细骨料取代率，使混凝土收缩性能、抗氯离子渗透性能、抗冻性能和碳化性能等符合建设要求。目前，我国的再生细骨料混凝土的研究还非常少，存在着很多的问题，需要相关人员进一步加强对这一技术的研究，为加快我国经济发展做贡献。

［1］李佳彬，肖建庄，黄健.再生粗骨料取代率对混凝土抗压强度的影响［J］.建筑材料学报.2006，9(3).297-301

［2］石宵爽，王清远，邱慈长，赵晓林.不同再生骨料取代率的再生混凝土性能试验研究(英文)四川大学学报(工程科学版)，2010.S1.

［3］崔正龙，大芳贺义喜，北迁政文，田中礼治.再生混凝土耐久性的试验研究Ⅲ再生混凝土的干燥收缩试验［J］.科学技术与工程，2006，12(3).

［4］刘数华，阎培渝.高性能再生料混凝土的性能与微结构［J］.硅酸盐学报，2007，35(4):456-460.

［5］孙家瑛，肖天翔，陆阳升等.再生细骨料对混凝土塑性收缩开裂性能影响［J］.建筑材料学报，2014，17(3):475-480.