再生粗骨料混凝土的变形性能及影响分析

周文杰 佛山市顺德区有利建筑构件有限公司

1 前言

再生粗骨料的来源是由建筑施工中的废弃混凝土、砂石、砖瓦粉碎等生产出来的，通常多为粒径4.75mm多种颗粒物。混凝土的生产采用再生粗骨料必须满足GB/T 25177—2010规定。实践表明，再生粗骨料混凝土的变形性能受多种因素影响。分析影响再生粗骨料混凝土变形性能的相关因素，有利于避免使用中发生开裂，保证其可靠使用。

2 再生粗骨料混凝土发生变形的机理分析

2.1 混凝土发生变形的特点

混凝土的变形主要由于收缩的影响。由于收缩发生的变形包括物理方面的干缩、塑性引发的变形，还包括少部分的化学干缩、碳化变形等。有研究表明，再生粗骨料混凝土易发生收缩问题，比例可以超过80%。混凝土发生收缩虽然较为漫长的过程，但在初期会快速发展，经过一段时间会趋于稳定。如果收缩周期以10年为参量，多数收缩量会发生于第一年内。

混凝土收缩问题的发生存在多种影响因素，如水泥牌号、配料、温度等。特别是再生粗骨料混凝土，会有典型的干缩问题，与天然混凝土相比，再生粗骨料混凝土发生干缩问题更为明显（图1），四条收缩曲线对应着不同的龄期。由于添加再生粗骨料增加取代率，发生干缩会更加严重，特别由于多种类型再生粗骨料的混合使用，也会产生明显的干缩问题。

图1 再生粗骨料混凝土的各个龄期与天然骨料混凝土收缩性对比

混凝土提升再生粗骨率后，收缩率会发生明显的变化，对比天然混凝土可以发现，有明显的差距。分析关键节点的数据表明，再生混凝土如果完全取代，与天然混凝土相比收缩率会存在数倍的差距。再生混凝土生产中如果粗骨料有更高的取代率，收缩性会相对稳定，会引发热胀率、吸水膨胀率快速上升。

2.2 再生粗骨料混凝土发生变形分析

针对变形分析，在实验室将废弃混凝土试样加以充分磨碎，制成再生粗骨料混凝土研究样品，针对再生粗骨料混凝土的砂浆含量，结合吸水率特性，测试混凝土的收缩率，分析基础性能，以研究不同牌号再生粗骨料制备混凝土的性能差异。实验数据表明，混凝土的干缩率变化与持续时间存在相关性。这也表明，随着混凝土凝结时间的增加，干缩率会同步增加。在前期，混凝土的收缩变化进展明显，速度会逐步减缓，但是再生粗骨料混凝土如果取代率存在差异，收缩会趋于相对稳定，天然骨料混凝土相比，时间体现出差异，这会导致取代率发生变化。如果取代率越高，会延缓收缩，会引发稳定龄期得以延长。不同龄期混凝土收缩量的占比，也会区别于天然骨料混凝土，在不同阶段会存在明显的差异。

2.3 再生粗骨料混凝土的抗压、弹性

再生粗骨料混凝土抗压能力与取代率存在相关性。取代率的提高，导致抗压强度会发生下降。分析对比再生粗骨料与天然骨料混凝土，从物理性能可以发现再生粗骨料有着较低的密度，约低于天然骨料15%以上。再生粗骨料存在低密度的原因是由于含有大量水泥砂浆。由于这一特征的影响，因此再生粗骨料混凝土没有过高的弹性模量与密度。此外，不同于天然粗骨料，再生粗骨料由于含泥量较大。粗骨料由于含泥量较高，混凝土的性能会受到不利影响，混凝土的强度会下降，收缩性会提升。因此在混凝土拌制时，有必要采取措施控制含泥比例。

2.4 混凝土的热胀与湿胀特性

混凝土最具有典型的特征是会发生热胀冷缩，会有湿胀干缩现象，这些特性会对施工质量带来干扰。混凝土砂浆含量较高，与天然粗骨料混凝土相比，发生热胀冷缩问题更加突出。在室内湿度相对恒定的条件下，再生粗骨料混凝土在取代率提升同时，热胀率会发生明显的变革。实验表明，干燥380d龄期后，分析再生粗骨料混凝土的性能，用水浸泡此再生粗骨料混凝土，可以发现吸水后发生膨胀，吸水在4h以后，膨胀情况趋于减缓，再生粗骨料混凝土逐渐变得饱和。再生骨料混凝土取代率在较低条件下，吸水膨胀的变化趋势类似于天然混凝土，取代率若高于70%，在吸水后会急速膨胀。在环境条件相对恒定的使用条件下，如果再生粗骨料混凝土存在较高的取代率，热胀冷缩存在的作用会高于天然混凝土，因此在施工中要考虑到这方面的因素。

3 再生粗骨料混凝土发生干缩的相关影响因素

3.1 水灰的比例对于混凝土性能参数的影响

等同于天然骨料混凝土，如果再生粗骨料混凝土水灰比较高，干缩率会发生明显的改变。再生粗骨料颗粒由于外层附着砂浆，而砂浆的吸水特性较强，因此原有的膨胀性会受到干扰，导致再生粗骨料混凝土发生干缩。再生粗骨料混凝土内水含量有多个影响因素，其中最为典型的是因为拌制混凝土要掺入水，此外改良成分也会夹杂水。砂浆会影响到水含量，再生粗骨料混凝土在发生水化反应时，水分的加入量会低于天然混凝土，这会引发再生骨料混凝土存在较小的水灰比。因此再生粗骨料混凝土在拌制好初期，存在的塌落会低于天然骨料混凝土。再生粗骨料混凝土由于存在较高的抗压性能，在发生硬化后再生粗骨料混凝土会有更高承载抗压能力。

3.2 取代率的影响

再生粗骨料混凝土由于加以工艺不同，粗骨料含量不同，混凝土的性能会有一定的差异。增加取代率时，再生粗骨料混凝土会导致收缩率、收缩量都会同步得以提高，当取代率低于20%，再生粗骨料处于混凝土中，发生主要影响因素是天然骨料，不会对混凝土产生直接的影响，和天然骨料混凝土对比后可以发现，取代率低于20%再生粗骨料混凝土会对收缩率产生影响。取代率有所改变，如果提高取代率，会形成骨架结构，有利于提高负荷能力，收缩量如果发生明显的变化，特别在完全取代率条件下，再生粗骨料混凝土发生收缩幅度会高于天然粗骨料混凝土。

3.3 砂浆存在的影响

附着于再生粗骨料砂浆对变形幅度产生影响。体现出吸水膨胀率会增大，还体现出弹性规模小、强度低等特点。再生粗骨料表面会附着砂浆杂质，砂浆具有更大的缝隙与吸水性。在破碎处理中，粗骨料存在摩擦力会，这些导致砂浆颗粒间有裂纹发生。此外，混凝土杂质如果有较高的水灰比，混凝土的性能会有所改变，如果砂浆吸水率要高，砂石吸水率会发生变化。再生粗骨料混凝土在进行搅拌阶段，砂浆在吸水后会发生快速膨胀，水会产生附加作用，再生粗骨料混凝土发生水化反应，一部分水分会参与到反应，其余水分蒸发，由于水分的减少，会导致混凝土从原有的膨胀状态变为收缩，再生混粗骨料凝土干缩率得以提高。

3.4 级配存在的影响

再生粗骨料产生于破碎废旧的混凝土，砂浆的强度要低于天然碎石。再生粗骨料如果颗粒度越小，会导致砂浆碎屑占比会越高，并且吸水率也会颗粒度的减小而增加。再生粗骨料颗粒度越小，导致其比表面积越大，吸水率会越大。再生粗骨料级影响性能的影响因素是旧砂浆发生附着。因此再生粗骨料可以采用吸水率评价旧砂浆含量。当颗粒度大再生粗骨料用量增加，能减少旧砂浆的附着量，有助于提高混凝土强度，提高抗变形能力。

4 结束语

综上所述，天然混凝土具有的干缩率会随使用时间的持续而体现出逐步提高的趋势。从上面的分析可以发现。理想条件下，混凝土在前期会有明显的收缩发生，随着时间推移，在后续的进展中收缩速度会逐步减缓。不同于自然混凝土，再生混凝土由于取代率不同，会影响到收缩变形性能，收缩趋于稳定阶段存在差异。实验研究表明，再生粗骨料混凝土如果取代率升高，会导致收缩稳定时间得以延长。

应用实践表明，再生混凝土发生变形与水灰比存在相关性，还会受到配比旧砂浆的影响，也存在颗粒级配比的作用。再生粗骨料的使用要结合取代率加以选择，还要控制小粒径再生粗骨料的占比。再生粗骨料混凝土发生变形还会受到多种因素的影响，还需要业界有关人士注重积累经验，在实践中加强研究，以保证再生混凝土的使用效果。

再生粗骨料的变形性能不同于天然粗骨料混凝土。结合再生粗骨料混凝土的特点，分析干缩率存在的影响因素，有利于在施工中采取相应的控制措施，避免使用中缺陷的发生。针对再生粗骨料混凝土的使用，还需要业界人士注重积累经验，加强研究水平，从而提高使用效果。