再生水泥混凝土界面结构区的影响因素

严天巍魏鸿

(重庆交通大学 土木与建筑学院，重庆 400074)

再生水泥混凝土界面结构区的影响因素

严天巍1魏鸿2

(重庆交通大学 土木与建筑学院，重庆 400074)

与普通水泥混凝土相比，再生水泥混凝土的材料组成和内部结构更为复杂，再生水泥混凝土内部存在天然石料、再生集料、老水泥浆体、新水泥浆体、天然集料－老水泥浆体界面、老水泥浆体－新水泥浆体界面等多种材料和界面。因此，对再生集料以及再生水泥混凝土微观形貌和ITZ结构影响的研究就显得尤为重要。 本文分析探讨了再生水泥混凝土微观结构的影响因素，并进一步提出了针对再生水泥混凝土界面过渡区的改善措施。

再生水泥混凝土 再生集料 微观结构 界面过渡区

1 再生水泥混凝土微观结构的影响因素分析

再生水泥混凝土微观结构的复杂性和组成的多样性是其与普通水泥混凝土之间的重要差别，也是导致其性能劣势的主要原因[1]。微观结构对水泥混凝土性能的重要影响是勿庸置疑的，混凝土的微观结构伴随着混凝土的整个形成和使用周期。混凝土的生产和使用是在一个开放式的环境中进行的，要受到诸如原材料、生产工艺以及使用环境等多方面因素的影响[2]。再生水泥混凝土的微观结构也要受到这些因素的影响或限制。

1.1原材料以及制备工艺方面的影响

1.1.1 水泥的影响

水泥的影响包括如下3个方面：a．水泥的类型和矿物组成；b．水泥的细度；c．水泥的粒径分布。水泥中石膏的含量影响AFt晶体在界面过渡区的形成与生长。当水泥中的含量相对较高时，生成的CH和 AFt也较多，这会影响界面过渡区的结构和孔隙率[3]。当掺入活性混合料时，由于其参与二次反应，吸收CH从而可使界面过渡区的微观结构得到改善。水泥的细度会影响到界面过渡区的堆积密度，从而影响界面过渡区的微观结构[3]。

1.1.2 集料的影响

集料的类型会影响到混凝土的力学性能。这种影响不管在多大程度上是由于集料本身的作用，也不管在多大程度上是由于集料与浆体之间的界面过渡区的作用，但从集料品种不同而引起的混凝土弹性模量的差异可以看出：集料－水泥浆之间的界面过渡区对混凝土性能产生的影响是肯定的。对于再生集料而言，由于再生集料在浆料拌和过程中吸水而在水泥水化过程中释放水分，同时细小颗粒的胶凝材料粒子在搅拌过程中可以进入集料表面较粗大的空隙中[3]。从而在一定程度上改善了集料与浆体之间界面过渡区的结构。实际上，再生集料自身的孔隙率、饱水程度以及毛细管现象等都会影响到界面过渡区的形成过程[3]。

1.1.3矿物混合材的影响

有研究表明[4]，具有活性以及具有潜在活性的混合料可以与CH反应，从而提高界面过渡区的密实度，并影响AFt和CH在界面过渡区的取向性[4]。细度比水泥高的惰性以及活性混合材可以填充水泥粒子之间的空隙，提高集料与浆体之间界面过渡区的堆积密度、减少泌水，从而在一定程度上可以提高界面过渡区以及整个水泥混凝土材料的性能。矿物混合材粒径的分布同样也会影响到浆体的稳定性问题，级配不良的矿物混合材的掺入可能会增加浆体的泌水。

1.1.4配合比以及成型工艺等因素的影响

配合比对再生水泥混凝土微观结构的影响一方面表现在水灰比大小的改变对界面过渡区厚度的影响；另一方面在于集料体积率提高或集料粒径的减少很有可能产生集料之间的相互影响，这种影响必然反映到ITZ的微观结构上来，但关于这部分内容目前研究得很少。对前者的研究结果认为[5]在材料成型过程中过度振捣将使集料下部的局部泌水增加，同时整个试件的表面泌水也会增加，这对界面过渡区以及整个水泥混凝土材料的性能是无益的。

1.2 环境因素的作用

环境因素的作用破坏或降低了再生水泥混凝土的微观结构性能，作用结果则体现在再生水泥混凝土宏观力学性能和耐久性的损失上面。使用过程中对再生水泥混凝土材料微观结构产生影响的环境因素大致包括以下几个方面：

1.2.1荷载的作用

有研究者[6]采用Wood’s合金的研究方法对水泥混凝土内部裂纹随荷载产生的变化进行了研究。结果发现：在加载以前，界面过渡区就存在微裂纹，在单轴压缩荷载达极限荷载的30%左右以前，界面裂纹一直保持稳定。当荷载达极限荷载的70%～90%时，裂纹穿过基体与其它界面裂纹搭接，并形成连续裂纹。

1.2.2冻融破坏

由于界面过渡区的多孔性，当水分侵入到界面过渡区后，冻融循环作用在对水泥浆基体部分造成损伤的同时，也会对界面过渡区的微观结构造成损伤。然而，目前界面过渡区对混凝土抗冻性能影响方面的研究做得还很少[7]。

由以上分析可以看出：实际上，整个界面过渡区的微观结构是从材料制备到使用过程中经上述各种因素共同作用的结果；只是在某些条件下，一些因素占主导地位，而其他因素占次要地位而已。

2再生水泥混凝土界面结构区的改善措施

根据前面对再生水泥混凝土微观结构界面影响因素的分析结果，再结合普通水泥混凝土界面区结构的改善措施，提出可以从以下方面对再生水泥混凝土界面过渡区结构进行改善：

2.1 掺入活性矿物掺合料

理论上，通过机械活化和酸液活化方法都可以对再生集料表面的状态加以改善(粗糙化)[8]，而用界面剂、有机耦合剂或环氧树脂等事先涂抹在集料表面则可以增强集料与水泥浆体(砂浆)之间的粘结强度。文献[9]将水泥和四种不同外掺超细矿物质与水按比例调成浆液，分别对再生集料进行浸泡、干燥等处理，试验期望能直接填充再生集料的孔隙[10]。

2.2 改善集料表面状态

同质地均匀的天然集料相比，再生集料表面凹凸不平，容易与水泥浆体之间建立较高的物理粘结强度；再生集料由于较高的表面活性，容易与水泥浆体反应形成较高的化学粘结强度。文献[11]认为，采用高强的再生集料可以配制出强度相对较高的再生水泥混凝土。文献[12]认为采用硅灰水泥浆液和无机铝盐复合防水剂浆液可以强化再生集料，改善其表面状态。

References)

[1]陆凯安·我国建筑垃圾的现状与综合利用·施工技术·1999 (5 )：35－37

[2]吴贤国，郭敬松，李惠强等·建筑废料的再生利用研究·建筑技术与应用·2004〔1〕：21－23

[3]陈惠苏 等·水泥基复合材料集料与浆体界面研究综述(二):界面微观结构的形成、劣化机理及其影响因素·硅酸盐学报·2004

[4]甄正.灌注砂浆的配制及其对预填骨料混凝土的影响.硕士学位论文[D].汕头大学.2011

[5]魏鸿·硕士学位论文[D]·重庆交通大学·2006

[6]张亚梅，秦鸿根，孙伟·再生混凝土配合比设计初探[J]·混凝土与水泥制品·No，1，2002∶7—9

[7]陈永刚，曹贝贝·再生混凝土国外发展动态·广东建设信息·2005年3月．第3期∶57－58

[8]张超，丁纪中·废弃水泥混凝土再生集料在半刚性基层中的应用·长安大学学报（自然科学版）·2002年．22（5）：1－4

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