再生混凝土耐久性研究进展

曾孟晗

（广东省基础工程集团有限公司）

1 单因素作用下再生混凝土耐久性

目前国内外有大量学者研究了抗碳化、抗冻、收缩、抗硫酸盐侵蚀以及抗氯离子渗透性能等单因素作用下再生混凝土耐久性能的影响机理。

1.1 抗碳化性能

再生混凝土抗碳化性能比普通混凝土差的原因主要是再生粗骨料和界面过渡区的存在[1]。研究表明，再生混凝土的抗碳化性能会随着再生骨料取代率的增加而减弱，掺入纤维、加入减水剂等方式会提高抗碳化能力，并且碳化深度随水灰比和再生骨料掺量的提高而增大[2-4]。孙家瑛等[5]研究发现掺入矿渣和钢渣后，再生混凝土的碳化深度显著降低，这主要是由于掺合料的填充效应和火山灰效应降低了再生混凝土硬化浆体的孔隙率，改善了其孔隙特性。俞学飞等[6]研究发现掺入纳米C-S-H 可提高再生混凝土的抗碳化性能。CO2在养护再生混凝土方面具有优势，而相对于水胶比的影响，由于再生骨料性能的不确定性，使得再生骨料的品质和掺量成为影响碳化最主要的影响因素[7]。当水胶比较小时，其对碳化深度的影响并不明显[8]，但随着水胶比增大，再生混凝土碳化深度增长速度也会加快，且当水胶比大于0.5 后，碳化深度的增长速度更快[9]。

1.2 抗冻性能

再生混凝土骨料的缺陷致使再生混凝土的抗冻性能较差[10,11]。再生混凝土抗冻性随粗细骨料取代率升高而变差[12]，再生粗骨料掺量在50%以下时，再生混凝土抗冻性能与普通混凝土相似[13]，但当再生粗骨料替代率大于50%后，其对混凝土抗冻耐久性寿命影响较小[14]。

王轩等[15]研究发现相同冻融循环次数下，再生混凝土强度等级越高，抗冻性能越好，并且指出再生混凝土表面杂质导致其新吸收水泥浆减少，加之原本混凝土内吸水膨胀，与普通混凝土相比，冻融循环过程中孔隙及裂纹增多，加剧冻胀破坏，导致表面水泥浆脱落，最后试件破坏。

国内学者对纤维改善再生混凝土抗冻性进行了大量的研究，结果表明，在再生混凝土中掺入纤维素纤维、钢纤维和玄武岩纤维等方式均可改善其抗冻性能，并且均存在其最佳掺量[16-18]，俞学飞等[19]研究发现掺入纳米C-S-H 可提高再生混凝土的抗冻性能。

1.3 收缩

过多的自收缩和干缩制约了再生混凝土在实际工程的发展和应用[20]，崔正龙等[21]研究表明在标准养护条件下，随干燥龄期的增加，再生混凝土的干燥收缩长度变化率也随之增大。肖建庄等[22]的研究表明，随着附着在再生骨料表面的砂浆量增加、再生骨料取代率增加、水胶比增大时，再生混凝土的干缩变形也逐渐增加。但Silva 等[20]认为再生混凝土的干燥收缩基本不受再生骨料影响，而是与骨料表面粘附砂浆的性能和量有关[23,24]。

叶禾[25]的研究结果表明，再生混凝土比普通混凝土在各龄期收缩率高出约40%，这主要由于再生混凝土的孔隙率较高而导致其吸水率大，失水时的干缩也大。再生粗骨料取代率增大时，混凝土干缩亦会更大，但只有当其掺量高于30%～50% 时，才会注意到它的影响[26,27]。

1.4 抗硫酸盐侵蚀

再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能主要受再生骨料的掺量影响[28]，陈冠等[29]采用正交试验法对再生骨料混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能进行了研究，结果表明水灰比对再生混凝土抗硫酸盐侵蚀影响最大，其次是砂率。

闫宏生[30]认为可以通过降低水灰比、掺加粉煤灰的方式增强混凝土抗硫酸盐侵蚀能力。可在再生混凝土中掺入纤维提高其抗硫酸盐腐蚀性能[31]，但存在一定的最佳掺量。乔宏霞等[32]经研究发现，在硫酸盐干湿循环条件下，再生混凝土的相对动弹性模量降幅随着再生骨料代率的增加而逐渐显著，并且发现粉煤灰和硅灰的掺入均可改善其抗硫酸盐侵蚀性，但均分别存在最佳掺量20%和8%。耿欧等[33]研究表明，氯盐可有效抑制再生混凝土的硫酸钠侵蚀作用，且氯盐质量分数为5%时抑制效果最佳，而对于硫酸镁溶液的侵蚀作用，氯盐的抑制效果较弱。

1.5 抗氯离子渗透性

黄莹[34]发现再生混凝土抗氯离子渗透性能主要受水灰比和再生骨料掺量影响，随着水灰比和再生骨料掺量的增加，再生混凝土抗氯离子渗透能力下降。在再生混凝土中掺入纤维可提高其抗氯离子性能[35]，但掺量不宜过多。周静海团队[36]就废弃纤维再生混凝土的氯离子抗渗性能进行了研究，结果表明，掺入废弃纤维后，再生混凝土的贯通裂缝出现的可能性降低，因此废弃纤维的加入可有效提高其抗渗性。

高嵩等[37]研究了硅灰对再生混凝土抗氯离子渗透性能的影响，研究发现硅灰可以改善再生混凝土的ITZ结构，减少微裂缝和ITZ 孔隙，进一步地使再生混凝土的抗氯离子渗透性能得到了增强。牟新宇等[38]考虑微观相的影响，在N 层球夹杂理论的基础上，建立了五相多尺度模型，用于对再生混凝土有效氯离子扩散系数进行预测。研究发现当水灰比在0.4～0.5 范围内，相同侵蚀时间下再生混凝土扩散系数降低程度相差不大。当水灰比为0.4 时，侵蚀时间为1500d 的有效氯离子扩散系数下降为28d 的38.7%，且随着时间的推移，再生混凝土扩散系数前期下降较快，后期下降缓慢并趋于稳定，并且建议附着砂浆含量控制在30%以下，从而保证再生混凝土抗氯离子侵蚀性能基本不被削弱。俞学飞等[39]在再生混凝土中掺入纳米C-S-H 用于提高其抗氯离子渗透性能，另外，陈春红等[40]的研究表明，再生混凝土性能受黏附砂浆含量影响很大，再生粗骨料的黏附砂浆含量与氯离子扩散系数呈二次抛物线关系。

2 多因素耦合作用下的耐久性能

再生混凝土在复杂环境条件下的耐久性能研究较为匮乏，肖前慧等[41]研究发现，在硫酸盐侵蚀与冻融循环综合作用下，混凝土耐久性受到严重影响，再生混凝土的耐久性随着再生骨料取代率的提高而逐渐下降，另外，该团队亦指出再生混凝土的抗冻耐久性可通过weibull 模型被精准预测，并通过该模型预测了骨料取代率分别在0%、30%、50%和100%的再生混凝土使用寿命至少分别为171 年、44 年、26 年和14 年。

解国梁等[42]研究了再生混凝土在严寒盐渍环境中的损伤劣化规律，研究结果表明，随再生骨料取代率的增加，氯盐冻融对再生骨料混凝土的破坏效果更为明显。王建刚等[43]分析了再生混凝土在碳化、干湿与冻融综合作用下的耐久性能，研究发现再生混凝土的冻融损伤在碳化与干湿交替作用下会增加，累计碳化42d 与干湿循环42 次后，再生混凝土冻融损伤量至少增加21.9%。

田伟宇等[44]研究发现再生混凝土在冻融循环和硫酸盐侵蚀综合作用下抗压强度变化和质量损失主要受水灰比影响，且随水灰比的增大其性能劣化越显著，耦合作用下水灰比为0.35 的再生混凝土耐久性能最好，并指出二参数Weibul 模型能较好地描述再生混凝土的冻融损伤演化规律。

3 结论及展望

目前针对再生混凝土耐久性在单因素影响下的机理研究颇多，且大多研究结论基本一致：再生骨料取代率的增加导致再生混凝土的抗碳化性能逐渐减弱；再生骨料本身固有的缺陷使得再生混凝土抗冻性能低于普通混凝土；再生骨料性能基本上决定了再生混凝土的干燥收缩率；再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能由再生骨料取代率主导。而对于复杂环境条件下再生混凝土的耐久性能，目前的研究工作不足，这严重制约了再生混凝土在实际工程的广泛应用，有待进一步探索。