再生混凝土界面开裂特性及性能提升方法

吴卫

摘 要：本文首先分析了再生混凝土的界面开裂特性，其次分析了再生混凝土的性能提升方法，包括酸溶液浸渍、火山灰材料预涂、碳化等方法，最后对再生混凝土相关研究现状进行了总结。

关键词：再生混凝土;界面开裂特性;性能提升方法

1 引言

再生骨料混凝土是指将废弃的混凝土块经过破碎、清洗、分级后，按一定比例与级配混合，部分或全部代替砂石等天然集料（主要是粗集料），再加入水泥、水等配制而成的混凝土。近年来，再生骨料混凝土因其自身的特性、环境保护和资源节约等优点，在资源化利用方面具有一定的优势。它们的有效利用有助于建筑业的可持续发展。根据组成的不同，再生骨料一般可分为四类：再生混凝土骨料、再生砖骨料、混合再生骨料和建筑拆除再生骨料。与天然骨料相比，再生混凝土骨料具有相对较低的密度、较高的吸水率和压碎值。由于再生骨料混凝土的力学性能和耐久性能较差，限制了再生骨料混凝土的应用。

2 再生混凝土界面开裂特性

再生骨料混凝土的失效是界面过渡区失效和再生骨料内部开裂共同作用的结果，而天然骨料混凝土的失效是裂纹沿界面过渡区扩展的结果。由于再生骨料存在微裂纹，当它被浇筑到新的水泥浆体中时，旧的界面过渡区与新的界面过渡区融合，从而形成水泥基体与再生骨料的弱结合，进而导致再生骨料混凝土的失效。Li^[1]等人利用数字图像技术研究了单轴压缩下再生骨料混凝土细观结构中裂纹的发展。他们发现裂纹向加载方向发展。首先，再生骨料周围产生微裂纹，裂纹宽度增大。裂缝从界面过渡区逐渐发展到水泥砂浆，最终导致再生骨料混凝土开裂。基于裂纹在低强度界面处萌生和扩展的思想，当新界面强度低于旧界面强度时，新界面区出现第一个可观察到的裂纹。然而，当新的界面层的强度高于旧界面层时，旧界面层出现了第一个微裂纹。当新界面的显微硬度较高时，其强度取决于旧界面的质量。当旧界面硬度较高时，其强度取决于新界面的质量。

3 再生混凝土性能提升方法

再生骨料一般由基體骨料、粘结砂浆和界面过渡区组成。再生骨料的内在变异在很大程度上取决于粘结砂浆的质量和数量。再生骨料上的粘结砂浆含量可在25%到70%之间变化，具体取决于混凝土来源、强度等级、破碎过程、粒度分布和试验方法。目前已开发出几种能显著改善再生骨料质量的预处理方法。迄今为止，大多数再生骨料预处理方法主要包括去除或强化粘结砂浆。酸预浸、热处理、机械研磨和微波去除是从再生骨料中去除粘结砂浆的常用方法。

通过酸与附着砂浆中的水化产物的反应，将再生骨料预浸泡在酸溶液中除去附着砂浆，可以减小旧界面裂缝的宽度、长度和附着砂浆的孔径，提高新界面的密实度，提高再生骨料的质量。HCl和H₂SO₄可用于强酸，CH₃COOH可用于弱酸。然而，CH₃COOH废液中的Ca²⁺可以储存CO₂，减少碳排放^[2]。

将再生骨料浸入或预涂火山灰浆可在再生骨料表面形成涂层。粉煤灰、高炉渣、偏高岭土等火山灰材料能与Ca（OH）₂反应生成C-S-H，有效地降低再生骨料的孔隙率，使界面过渡区致密，从而改善再生骨料混凝土的力学性能。火山灰材料是工业副产品，其使用有利于固废处理问题^[3]。

另外，与早期的常规混合方法相比，Ca（OH）₂由于水分不足而水化不完全。再生骨料中仍有许多裂缝和孔隙，且界面过渡区很弱。改进后的混合方法可以在再生骨料表面形成一层低水灰比的水泥涂层，有效地减少再生骨料的裂缝和气孔，改善界面过渡区，从而提高再生骨料的力学性能和耐久性能^[4]。

在混凝土移除和回收过程中，可能会发生自然碳化。回收1吨混凝土可吸收11千克二氧化碳。混凝土碳化每年可减少近3%的二氧化碳排放，对环境有利。在自然条件下，混凝土碳化是一个非常缓慢的过程，其速率取决于许多因素，如混凝土配合比设计、环境条件、混凝土构件几何形状等。因此，在自然条件下，通常采用加速条件来测量混凝土碳化速率和预测碳化速率^[5]。

4 结语

通过去除再生骨料的附着砂浆，可以改善再生骨料的微观结构，回收质量好的再生骨料。HCl溶液预浸再生骨料可用于无腐蚀性钢筋混凝土的生产，但应考虑HCl的浓度及其产生的废液对环境的影响。粉煤灰、高炉渣等火山灰材料填充再生骨料表面，与Ca（OH）₂反应生成C-S-H，在再生骨料表面包覆火山灰材料，可降低再生骨料的孔隙率，提高界面过渡区。火山灰材料作为工业副产品很容易获得，而且是环境友好的。与常规混合方法相比，不同的改良混合方法，预混再生骨料在再生骨料表面形成低水灰比的水泥涂层或火山灰涂层，能较好地填充再生骨料的孔隙和致密的界面过渡区。再生骨料通常在加速碳化条件下碳化。CO₂与Ca（OH）₂和C-S-H反应生成碳酸钙，降低再生骨料的孔隙率，提高界面过渡区。碳化再生骨料被推荐用于钢筋混凝土，碳化吸收CO₂，有利于保护环境。