再生混凝土的试验研究发展综述

韩 秀

(北方工业大学，北京 100144)

随着现代建筑的不断发展，建筑行业对混凝土这一重要建筑材料的需求量日益增长，据统计，我国在2010年水泥产量就已高达19亿 t，水泥的大量生产标志着混凝土工程的繁荣和我国建筑业的发展，同时也带来许多负面影响，一是骨料的长时间开采和消耗造成生态环境破坏、资源面临枯竭的问题，二是城市改造过程中拆除建筑物产生大量的废弃混凝土难以处理的问题。再生混凝土将废弃的混凝土构件经过破碎、筛分出废弃骨料继而加以利用，既实现了废弃混凝土的资源回收再利用，又减少了建筑垃圾的堆积。再生混凝土技术是一种绿色解决方式，环保同时节约自然资源，因此受到国内外专家广泛关注。

1 再生混凝土材料研究

张海军[1]通过对混凝土的机械强化方式的研究，认为水泥团聚以及集料周围的搅拌低效区是影响混凝土强度的重要因素，通过振动搅拌法、双排搅拌法等方式可以改善界面区性能。从而提高混凝土强度，同时提高该混凝土强度的均匀性。杜婷[2]、胡玉珊[3]通过试验证明在混凝土中掺入火山灰质混合材料有利于改善集料界面过渡区性能，常用的矿物掺合料包括粉煤灰、矿渣粉、硅灰等。程海丽[4]试验研究得出的结果显示，将再生的骨料浸泡在浓度为5%的水玻璃中1 h，能够显著提高再生混凝土的抗压强度，同时不影响其流动性。但是当水玻璃溶液的浓度过高或者再生骨料在溶液中浸泡太长时间，则会对混凝土拌和物的流动性、抗压强度产生不利影响，甚至会在养护后期使再生混凝土的强度下降。因此强度等级为中低级的再生混凝土浸泡在水玻璃溶液中，能使它的早期抗压强度有显著的提高。陈云钢[5]完成界面强化试验，结果显示：掺加kim粉结晶型界面改性剂后再生混凝土抗压强度提高约20%，对改善混凝土收缩性能、抗渗性能、抗碳化性能等效果不明显。仝小芳[6]试验研究了再生粗骨料、粉煤灰、水胶比等各种因素对粉煤灰再生混凝土基本性能的影响，认真分析研究了再生混凝土的内部变形机理。作者用粉煤灰取代拌和物中的等量的水泥，用再生骨料取代等量的天然骨料，再生骨料来源于当地拆除的废旧混凝土构件，经过破碎筛分得到。通过参考强度等级为C30的普通混凝土的配合比，笔者配制出同等强度的粉煤灰再生混凝土。通过正交试验发现：将优质粉煤灰适量的加入到再生混凝土中，可以很好的改善它的表观质量及力学性能，同时粉煤灰的掺入会极大地影响再生混凝土的早期强度，但是28 d抗压强度与原生混凝土的28 d抗压强度大小相似，基本没有变化。

2 再生混凝土的基本力学性能研究

肖建庄[7-9]通过一系列试验，观察再生混凝土立方体受压破坏形态与棱柱体破坏形态，分析发现，界面处的应力集中程度决定着微小裂缝出现时刻的早晚，微细观结构的抗力薄弱程度决定着微小裂缝发展的快慢，二者皆影响着抗压强度的大小。再生粗骨料与水泥浆之间的界面不仅多而且很复杂，大部分的界面会变得更加薄弱，但也有部分可能增强，导致再生混凝土力学性质变异性增大。再生混凝土的轴心受拉破坏、弯折破坏形态均与普通的混凝土相似。袁飚[10]、易成[11]试验发现，再生混凝土出现劈裂破坏时的表现形式，与天然骨料混凝土不太相同，它除了出现再生粗骨料与新水泥砂浆接触面的粘结破坏，更多的体现为再生粗骨料自身的破碎破坏。张学兵[12]也通过实验得到结论为，水胶比较高的再生混凝土，其抗拉强度的大小主要与砂浆的强度有关，水胶比较低的再生混凝土，影响其抗拉强度的因素除了砂浆的强度，还包括再生粗骨料的强度。宋灿[13]使用电子显微镜观察再生混凝土破碎后的内部情况，扫描给出了材料界面过渡区的照片，从微观结构的角度去研究再生粗骨料与新砂浆接触面上的损伤情况，在浇筑再生骨料混凝土的过程中，由于再生粗集料的吸水性会使再生混凝土的和易性降低，如果不能均匀振捣，将会在再生粗集料与新砂浆界面形成大量的微缺陷。抗压强度作为混凝土各力学性能指标中最基础、最重要的一项，一直也是再生混凝土研究中的重点，大部分研究者都会将其抗压强度与普通混凝土做对比，研究证明，一般情况下再生混凝土的抗压强度比普通混凝土低，但也有部分的专家研究得到再生混凝土的强度比普通混凝土强度高。Mandal等人[14]通过试验研究发现，各种龄期的再生混凝土，其抗压强度值均比普通混凝土的低，并且分析出现这种结果的原因主要是：再生混凝土内部新旧材料间的接触界面，即天然骨料与旧砂浆以及再生骨料与新水泥砂浆之间，由于材料新旧程度不同导致界面比较薄弱，粘结力较小。日本的Imamoto等人[15]通过一定技术手段对再生骨料进行处理后发现，当再生混凝土应用于混凝土结构时，其效果与普通混凝土的差异并不大。Hansen[16]等有些学者的试验结果显示，再生混凝土的抗压强度值并没有低于普通混凝土，反而比普通混凝土高出2%～20%，这与许多研究者得出的结论恰好相反。表明再生混凝土的抗压强度可能高于普通混凝土。Gupta[17]的试验将再生混凝土与普通混凝土养护相同的时间后比较两者的抗压强度大小，得到的结论为：水胶比高时再生混凝土高于普通混凝土，反之则低于普通混凝土。但是试验并没有显示其抗压强度是严格的随着混凝土拌和物的水胶比增大而变小的。试验发现，W/C=0.6时的再生混凝土，抗压强度达到最大值，而W/C=0.55时的再生混凝土，却是抗压强度最小的时刻。李佳彬等人[18,19]通过制作600多块不同种类的再生混凝土试件进行对比试验，分别研究不同因素对再生混凝土立方体抗压强度的影响。首先分析再生骨料取代率的影响，发现不管取代率是多少，再生混凝土与普通混凝土的抗压强度的对比以养护龄期90 d为临界点，90 d之前再生混凝土强度增长明显快于普通混凝土，90 d之后则呈现相反规律，即普通混凝土强度增长较快。再生粗骨料的取代率对抗压强度影响很大，总体而言，抗压强度随再生粗骨料取代率的增大而减小。另外，水灰比的大小也是决定再生混凝土抗压强度值的关键指标，具体体现为抗压强度与水灰比成反比，随水灰比增加而降低。试验数据还得到，不同再生骨料取代率的再生混凝土，它的抗压强度变异系数值均与普通混凝土之间差距并不大，这说明取代率对抗压强度差异系数并没有很大影响。柯国军、张亚梅等人[20,21]的研究结果则得出，当两种混凝土的设计配合比相同时，再生混凝土的抗压强度要高于普通混凝土，分析原因认为有两方面：1)再生粗骨料与新水泥砂浆间会发生某些化学反应，导致二者之间有比较好的相融性；2)再生粗骨料的表面有许多破坏痕迹，比较粗糙，能够在接触界面处有很强的咬合作用。邓旭华[22]试验研究得到，水灰比与其再生混凝土的抗压强度大小密切有关，并给出水灰比为0.57的一个相对界限，即水灰比大于和小于这个界限时，二者之间的相关性是完全相反的。M．C．Limbachiya等人[23]通过试验研究了高强混凝土的早期强度变化规律，发现当再生骨料的取代率不大于30%时，取代率对再生混凝土几乎没有多少影响，这种情况下配置出来的高强再生混凝土的耐久性以及它的工程性质与天然骨料混凝土是相同的。李旭平[24,25]进行了一系列的再生混凝土试验研究，包括抗压、单轴抗拉、劈裂抗拉、抗折、中心抗拔以及高温等试验。对这些基本力学性能进行系统的分析得出以下结论：再生混凝土的材质比普通混凝土更脆，塑性更差。再生混凝土的σ—ε曲线的总体走势与普通混凝土一致，但是应变量的峰值明显小于普通混凝土，同时，混凝土的抗压强度增大，其峰值应变会有一定增加。当两种混凝土的抗压强度相同时，再生混凝土的弹性模量E比普通混凝土的小，是因为再生骨料本身的弹性模量就低于天然骨料。但是比较两种混凝土的泊松比ν的大小时，会发现二者差距并不大。高温后对再生混凝土试块进行抗压试验结果表明，低于400 ℃时，随温度升高，抗压强度有所增加，高于400 ℃时，随温度升高，抗压强度有明显降低。

3 结语

再生混凝土符合我国可持续发展的战略，是未来建筑材料的发展趋势，因此对再生混凝土进行更深入的研究刻不容缓，虽然目前许多国内外学者已经进行了大量的试验研究并有了一些成果，但是未来想要更好的将再生混凝土应用工程实际，还有许多问题需要研究。

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