再生混凝土耐久性的深入研究

郁世君

浙江省建筑科学设计研究院建筑设计院（315010）

0 引言

混凝土是非匀质的多相复合体,其结构不可避免地存在耐久性问题。与天然骨料相比,再生混凝土骨料不仅棱角多，且表面往往包裹着一层(或部分)砂浆，使得再生混凝土内部骨料——浆体结构更为复杂，界面数量更多，因而再生混凝土的耐久性问题相对普通混凝土更是倍加突出。

1 再生混凝土的抗冻融性

因为冻融循环往往和冰盐共同作用,所以混凝土的抗冻融性间接反映了混凝土抵抗环境水侵入和抵抗冰晶压力的能力，是混凝土耐久性的一项评价指标。

混凝土的抗冻融性可以通过测量试件的抗冻耐久性指数DF(动弹性模量的变化)、重量损失率等加以反映。在所有的非破坏性试验方法中,混凝土试件的长度是影响由冻融周期引起的混凝土内部微裂缝的重要因素,而混凝土内部微裂缝为混凝土的抗冻融性能优劣的主要指标。

崔正龙[1]为再生混凝土抵抗冻融循环能力以及抵抗中性化能力方面做了基础性试验研究,试验表明再生混凝土在水灰比相对较小的情况下，抵抗冻融循环能力较好，而抗碳化能力较差。国外的有关试验研究表明，再生粗骨料—天然砂石混凝土具有比再生粗细骨料混凝土更好的力学性能和更低的孔隙率，以至有更佳的抗冻融性。

总体而言,饱和的再生混凝土的抗冻性不令人满意,并不推荐将其应用到暴露在严峻气候下的结构中。

2 再生混凝土的干缩性

再生骨料的颗粒棱角多，表面粗糙，成分中包含着相当数量的硬化水泥砂浆，砂浆体中水泥石本身孔隙率较大，且在破碎过程中其内部往往会产生大量具有一定尺寸的裂纹，因此与天然骨料相比，再生骨料的吸水率和吸水速率大得多。吸水率高则必然导致失水后混凝土干缩增大，徐变增大。因此配制再生混凝土时，应综合考虑骨料、水泥品种、配合比、养护方法和条件，以减小再生混凝土的收缩。水中和[2]等研究了6种混凝土的干缩性能，结果表明，各种混凝土的干缩都随龄期的增长而增加。但在各个龄期，混凝土的干缩率依骨料类型不同而不同。再生骨料含量较低的混凝土的干缩在28 d龄期就基本完成，而再生骨料含量高于50%以上时，混凝土干缩持续的时间比较长，但大部分干缩在14 d内已经完成。在56 d以后，干缩速率十分缓慢，干缩的增量十分有限。崔正龙[2]在试验中以100%再生骨料替代天然碎石和砂粒制备再生混凝土试件,在恒温(20±2)℃,恒湿相对湿度（60±5）%的试验室内使混凝土试件自由干燥收缩180 d。试验结果表明，再生混凝土试件与普通混凝土试件相比，干燥收缩率大，特别是早期干燥,几乎达到了普通混凝土试件的2倍以上。对上述试验结果分析可知，干缩性能的显著差别与再生骨料掺入量的差别有很大关系。

3 再生混凝土的抗渗性

混凝土的耐久性,与水和其它有害液体、气体向其内部流动的数量、范围等有关,即抗渗性能高的混凝土,其耐久性能优越。因此,要研究高性能混凝土,就不能不关注混凝土的抗渗性能。

决定混凝土渗透性的因素可分为两类:第一类包括混凝土拌和料的组分、拌和物配合比以及工艺参数，即拌和料的制备、成型和养护等;第二类是混凝土随时间而发生的变化，即在外部环境、结构应力、流体性能和渗透条件等因素作用下，混凝土内部发生的物理和化学变化。

影响混凝土耐久性的各种破坏过程几乎均与水有密切的关系,因此混凝土的渗水性被认为是评价混凝土耐久性的一项重要指标。抗渗水性差的混凝土，水体容易进入混凝土内部引起侵蚀、冰冻等破坏作用。

4 再生混凝土的碳化

空气中含CO2约0.04%，在相对湿度合适的条件下，CO2能与混凝土中水泥水化生成的水化物如Ca(OH)2、C-S-H凝胶等起反应,称为碳化。空气中的CO2不断向混凝土内部扩散，导致混凝土孔溶液的pH值降低，当混凝土的pH＜10时，钢筋的钝化膜被破坏，钢筋发生锈蚀，体积膨胀，混凝土开裂，与钢筋的黏结力降低，混凝土保护层剥落，钢筋面积缺损，严重影响混凝土结构耐久性。Salomon M.Levy[3]等人有关试验发现再生混凝土的抗碳化性能略差于普通混凝土，其原因同样是再生混凝土的孔隙率高于普通混凝土。

5 再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀性

由于孔隙率及渗透性较高,再生混凝土的抗硫酸盐和酸侵蚀性比普通混凝土稍差。水化作用产物，如C3AH、Ca(OH)2和C-S-H凝胶与硫酸盐反应后,将生成膨胀性盐,从而引起膨胀并导致表层开裂或软化。

关于再生混凝土抗硫酸盐侵蚀性的研究不多。早期，Nishibayashi和Yamura在这方面进行了一些初步探索,试验采用100mm×100mm×400mm的棱柱体试块，硫酸盐溶液为浓度为20%的Na2SO4和MgSO4，共进行了60次循环。试验结果表明再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀性较相同配合比的普通混凝土略差。近年来,Mandal等人又进行了这方面的研究,试验采用试块为100 mm×100mm×500mm的棱柱体。溶液包括两种，一为Na2SO4和MgSO4溶液,其浓度为 7.5%；另一为pH=2的H2SO4溶液。试验结果表明,再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀性略低于同水灰比的普通混凝土,这是由于再生混凝土的孔隙率高,抗渗性差的缘故。Dhir等[8]研究了再生粗骨料取代率分别为0、20%、30%、50%和100%的再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀性。试验结果发现,当再生骨料取代率小于30%时，再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀性与普通混凝土基本相同；随着再生骨料取代率增加,再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀性降低,但差别不大。

6 再生混凝土的抗磨损性

再生骨料的抗磨损性同样较差。从不同强度的基体混凝土中得到的再生骨料其抗磨性不相同。随着基体混凝土强度的增加，再生骨料的抗磨性提高。Hansen的试验表明，随着再生骨料尺寸的减小，其抗磨性明显降低。原因是再生骨料尺寸越小，其含有硬化砂浆颗粒的概率越大，而砂浆的抗磨性较差。

7 结论

通过本文研究可以得到以下结论:

1）对于再生骨料混凝土，由于其骨料吸水率高，吸水速度快，表观密度、堆积密度小、压碎指针大等特点，决定了再生混凝土具有抗冻融性差、抗渗透性能差、干缩率大、抗侵蚀能力弱和抗磨抗滑性差的性质。

2）新砂浆与老砂浆之间的界面过渡区存在CH晶体的富集与取向排列现象，为再生混凝土的最薄弱环节，直接影响到再生混凝土的物理力学性能及混凝土的耐久性。

3）改善再生骨料与新浆体之间的界面粘结成为提高再生混凝土强度和耐久性的必要有效措施。

[1] 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[J].科学技术与工程,2006,23,4801-4805

[2] 水中和,邱晨,赵正齐,等.再生混凝土骨料含水状态与新拌混凝土的性能[J].国外建材科技,2003,24(5):122

[3] Salomon M.Levy,Paulo Helene,Durability of recycled aggregates concrete:a safeway to sustainable development,Cement and Concrete Research 34(2004)1975–1980