再生混凝土抗冻性能研究现状

邬丹 郑易 柳蕴 焦宝宇

【摘  要】论文在广泛查阅国内外文献的基础上，对再生混凝土抗冻性从研究方法和研究成果方面进行了分析和总结，旨在寻找提高再生混凝土抗冻性能的技术措施，以期促进再生混凝土在寒带地区的应用，并对今后的相关研究提出建议。

【Abstract】On the basis of extensively consulting domestic and foreign literature， this paper analyzes and summarizes the frost resistance of recycled concrete from the aspects of research methods and results， aiming to find technical measures to improve the frost resistance of recycled concrete， so as to promote the application of recycled concrete in cold regions， and puts forward some suggestions for future related research.

【关键词】再生混凝土;抗冻性;冻融循环

【Keywords】recycled concrete; frost resistance; freeze-thaw cycle

【中图分类号】TU528                                             【文献标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2021）07-0181-02

1 引言

随着政府提倡并日益普及的“垃圾分类”新风尚，将废旧建筑垃圾回收重新作为骨料生产的再生混凝土既可变废为宝又能降低成本，这种再生混凝土若能广泛使用则会大幅提升经济效益和社会效益[1]。与天然骨料相比，再生骨料存在孔隙率比较大、微裂纹相对多的特点，导致再生混凝土的耐久性[2]与强度都与同条件下的普通混凝土具有一定差距。我国北方地区的建筑物基本上都面临着遭受冻害的问题，抗冻性是混凝土耐久性中最重要的问题之一。

2 再生混凝土抗冻性能的试验评价方法

目前，对于混凝土抗冻性能的检测，国内外的相关部门都制定了相关的检验标准，例如，美国的ASTM C666-86和ASTM C666-86，苏联的FOCTL006标准，欧洲地区则以RILEM TC4-CDCI-77为代表[3]。我国的基础设施建设部门，如水利水电、建筑工程等行业制定的测量混凝土抗冻性的相关规范主要有快冻法和慢冻法这2种方法。国内主要依据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》的相关规定进行混凝土的抗冻性试验。慢冻法是对混凝土立方体试件进行气冻水融试验，以试件经受的最大冻融循环次数来表示混凝土的抗冻性能的好坏。快冻法是将混凝土棱柱体试件进行水冻水融的冻融循环试验，一次冻融循环应在2～4h完成，在多次冻融循环后，当混凝土试件的相对弹性模量下降为初始值的60%且质量损失率小于5%时，用最大的快速冻融循环次数表示混凝土的抗冻性。由于混凝土在冻融循环的环境中产生的开裂破坏是混凝土内部受到拉力才产生的开裂，所以混凝土在冻融环境中对抗拉强度比抗压强度更加敏感，而在慢冻法中却采用抗压强度来评价混凝土的抗冻性，显然是不合理的。而快冻法在测量混凝土试件抗冻性时，由于试件的降温速度要比实际施工环境中快得多，得出的试验结果往往不能直接推广到实际工况中。目前，学者的研究以快冻法为主，但是想得到能够指导实际工况的试验结果，应该寻求更加适合评价混凝土抗冻性能的试验方法。

3 再生混凝土抗冻性能的影响因素

3.1 再生粗骨料取代率及品质的影响

高翔使用快冻法分别对再生粗骨料取代率为0、12.5%、25%、37.5%、50%的再生粗骨料混凝土进行了抗冻性能测试试验。

不同再生粗骨料取代率的再生混凝土在经过最大120次冻融循环后，图1显示随着冻融循环次数的增加，再生混凝土的质量损失率越来越大，而由于再生粗骨料的空隙率较天然骨料要大得多，所以再生粗骨料的取代率越大，抗冻性能越差。由图2可知，相对弹性模量随再生骨料的增大也呈下降趋势。在经过120次最大冻融循环后，再生骨料取代率为12.5%的再生混凝土的相对弹性模量与天然骨料混凝土的相对弹性模量接近，可见在较低的再生骨料取代率下，再生混凝土的抗冻性能和天然骨料混凝土相差无几。但粗骨料取代率为50%时，再生混凝土的抗冻性能明显变差。

谢静静等使用快速冻融法对再生粗骨料取代率分别为0%、30%、40%、50%、60%、70%的再生粗骨料混凝土进行冻融循环试验，由于粗骨料中较多的微小空隙吸收了大量的游离水，所以在进行冻融循环时会弥补混凝土质量上的损失，但随着冻融循环试验次数的增加，膨胀应力不断积累，导致混凝土表皮剝落，从而使质量骤减，50次冻融试验后质量损失率增大。

王欣等为研究再生骨料品质对再生混凝土抗冻性的影响，先是将再生骨料按品质好坏分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ这3个等级，再选取粒径5.0～31.5mm的再生骨料制作成100mm×100mm×100mm的混凝土试件并测量了7d和28d的再生混凝土强度，得出再生骨料的添加使混凝土强度降低且骨料品质越差强度越低。之后对再生混凝土试件进行了冻融循环试验，结果表明，再生骨料质量对再生混凝土抗冻性影响显著，质量等级越差抗冻性越差。此外，对于同种再生骨料，其粗骨料取代率越高，再生混凝土抗冻性越差。

综上，再生混凝土拌合加工时，再生粗骨料的表面有许多水泥固体杂质，这些杂质会与新的水泥浆形成大量的微裂缝和空隙，使再生混凝土产生缺陷。在进行冻融循环试验时，空隙中的水结冰膨胀，再生混凝土的内部孔隙结构会因缝隙的扩大而破坏，从而使再生混凝土的抗冻性降低。所以选用合适取代率的高品质再生骨料会对再生混凝土的抗冻性有很大提高作用。

3.2 水灰比及外加剂的影响

覃银辉研究发现，掺入适量的YJ-4型防冻剂能够提高再生混凝土在冻融试验后的抗压强度，如表1所示。当防冻剂掺量为1%时，再生混凝土的抗压强度最高，掺量再大，强度有所降低。但由于再生混凝土受冻后的强度受多方面因素影响，防冻剂掺量在1%以下时其掺量对再生混凝土抗压强度的影响有待进一步研究。因此，考虑防冻剂掺量时需同时考虑其对再生混凝土强度的影响。

陈德玉、谭克锋也通过试验研究了水灰比和外加剂对再生混凝土抗冻性能的影响，当w/c低于0.28时，再生混凝土的抗凍性达到高强再生混凝土的标准。而当w/c为0.42～0.56时，需要加入外加剂来提高再生混凝土的强度。所以我们认为当w/c低于0.28时，再生混凝土的抗冻性能够满足基本的施工要求。

3.3 纤维的影响

陈爱玖、王静等采用正交分析的研究方法研究了掺入不同种纤维（聚丙烯纤维、钢纤维）对再生混凝土抗冻性能的影响。在试验过程中采用快冻法进行试验，并通过测量经过最大150次冻融循环后试件的相对弹性模量和质量损失率作为评定混凝土抗冻性的指标。经过数据分析后，得到选用铣削波纹型钢纤维时的再生混凝土的抗冻性要好于掺入聚丙烯纤维的再生混凝土。纤维能够在混凝土中形成乱向结构，进而增强混凝土内部的约束力，抵消一部分膨胀应力，减小再生混凝土在冻融循环中的变形，抑制裂缝的进一步扩展，从而提升再生混凝土的强度和抗冻性能。

4 提高再生混凝土抗冻性能的措施

基于以上国内外关于再生混凝土抗冻性能的研究成果，归纳出以下再生混凝土施工时提高其抗冻性能的措施：①优选原材料，选取质量和级配良好的再生骨料并合理控制再生骨料取代率。②控制水灰比。研究表明，当w/c在0.28左右时，即使不添加任何外加剂，再生混凝土的抗冻性能也能满足要求。③掺入引气型外加剂。④掺入性能良好的矿物掺合料。大量试验研究表明，加入陶粒、粉煤灰、硅灰等矿物掺合料可使再生混凝土的抗冻性能有很大提高。⑤加强对再生混凝土的养护。再生混凝土的抗冻性会随水泥水化的程度而变化，养护的时间越长，水泥的水化程度越高，抗冻性能越好。

5 结论及发展方向

抗冻性是再生混凝土耐久性能评价的一个重要内容，是目前我国北方地区工程中急需解决的问题。本文根据目前国内外对再生混凝土抗冻性的研究和相关资料，通过对比其试验方法和研究成果，总结得出如下结论和发展方向：①再生混凝土若想在寒区广泛使用，必须提高其抗冻耐久性，需要仔细控制的因素主要有再生骨料的质量和掺量、水灰比、外加剂和矿物掺合料等。②已有的研究多是通过将再生混凝土的抗冻性与普通混凝土的抗冻性进行对比来评价。多数学者采用质量损失率和相对弹性模量变化率来评价其抗冻性，但由于试验材料、方法和研究方式不同，得到的结果并不统一，有的结果间甚至差异很大，因此，需要将其评价标准统一化、试验方法规范化。③对于冻融环境中再生混凝土结构构件的研究目前多数是对其进行静荷载加载研究，而动荷载作用下的研究成果有待进一步探讨。

【参考文献】

【1】杨静，刘燕丽.我国城市建筑垃圾资源化现状及对策研究[J].中小企业管理与科技（中旬刊），2021（2）：95-97.

【2】严天巍.再生集料对水泥混凝土耐久性的影响及改善措施[D].重庆：重庆交通大学，2016.

【3】高翔.骨料添加对再生混凝土抗冻性能的影响[J].粉煤灰综合利用，2019（2）：39-41+45.