建筑垃圾再生骨料性能强化研究进展

马士宾，牛宗岳，刘月钊，王 鹏

(河北工业大学土木与交通学院，天津 300401)

0 引 言

无论是发达国家还是发展中国家，人口和经济的快速增长导致其对基础设施建设的需求激增。基建量的大幅增加造成了自然资源的大量消耗[1]。此外，在工业化和城市化的进程中，大量旧设施需要更新，因此建筑垃圾愈来愈多。目前，在建筑业中存在着自然资源不断缩减和建筑废物不断增多的双重问题，而建筑废物再利用成为缓解这个问题的关键。根据全球二氧化碳排放数据库，建筑业在全球二氧化碳排放量中排名第二[2]，同时建筑业消耗约40%的能源。在不同建筑材料中，水泥和混凝土的能耗和碳排放所占比重非常大，对环境和可持续性有很大的影响[3]。在另一项研究中，Tam[4]提供了建筑废物总量(城市废物、建筑废物和其他废物)中回收比例的统计数据。在这项研究中，西班牙的建筑垃圾占比70%，英国占比超过50%，澳大利亚占比44%，丹麦占比25%～50%。此外，调查发现丹麦、荷兰、日本和德国的建筑垃圾回收率远远高于其他国家。根据环境保护署(环保署)的统计数据[5]，2015年香港产生约236×105t都市固体废物，其中建造业废物约占40.15%。因此，建筑废物的回收利用和绿色建材的使用是建筑业可持续发展的必然要求。

在建筑废物中，废混凝土的比例非常高，对废旧混凝土进行处理后可以使其成为混凝土中天然骨料的有力替代品[6]。废弃混凝土主要来源于拆除的建筑废物、破碎的混凝土路面、废弃的预制混凝土构件、混凝土搅拌站的失效混凝土以及实验室的废弃试验件。再生骨料是废弃混凝土破碎后产生的骨料，包括再生粗骨料和再生细骨料两部分。在国内外长期的工程实践中，再生骨料目前已有多项研究成果，在路基填料、生态护坡、建筑绿化以及功能性草坪等领域有着广泛应用[7-9]。然而，再生骨料相对天然骨料有强度低、吸水率高等缺点，这导致再生骨料不能完全替代天然骨料，进而限制了其诸多工程应用。产生这种性能差异的主要原因是再生骨料的表面附着了砂浆，且在骨料表面或界面过渡区存在较多的毛细孔和微裂纹，孔隙率比天然骨料更大[10]。再生骨料的孔隙率主要取决于骨料的原始结构和再生骨料的生产过程两个因素[11]。有研究发现再生骨料的物理力学性能不如天然骨料[6,10]。相对于天然骨料而言，直接使用再生骨料制作混凝土会降低其抗压强度、劈裂强度以及施工和易性[6,12-19]。因此，在生产混凝土前需要对再生骨料进行预处理以提高其性能。

本文以近15年的中英文期刊文献为主，综述了相关研究中使用的再生骨料性能强化方法，根据其强化机理从附着砂浆去除和附着砂浆加固两方面对其优点和局限性进行分析，讨论了不同处理方法对再生骨料性能的影响以及对环境的影响，此外还讨论了再生骨料的回收工艺和再生混凝土的拌合工艺。

1 再生骨料的回收工艺及性能

1.1 再生骨料的回收工艺

再生骨料的回收工艺主要包含以下步骤：首先在建筑碎片中筛选出废弃混凝土，然后对废弃混凝土进行多次破碎和筛选处理，最终获得较为理想的再生骨料。再生骨料的回收工艺如图1所示。

在废弃混凝土的一次破碎阶段和二次破碎阶段，优先使用冲击式破碎机、颚式破碎机、圆锥破碎机或采用人工锤击破碎的方式破碎再生骨料。随后通过磁选、水洗和风洗对破碎混凝土进行除杂处理，最后得到不同粒径的再生骨料。然而，这种工艺流程下回收的再生骨料为初级产物，相较于天然骨料而言性能较低，直接用于生产再生混凝土的效果不理想。部分学者对再生骨料的性能加以研究，开发了一系列方法对再生骨料进行强化处理，以获得高质量的再生骨料。

1.2 再生骨料的性能

从建筑垃圾中得到的再生骨料与天然骨料存在着性能上的差异。和天然骨料相比，再生骨料表面粗糙，棱角较多，并且骨料表面附着旧水泥砂浆。旧水泥砂浆的存在会降低界面过渡区的强度，同时废旧混凝土在破碎过程中会产生大量微裂纹，使得再生骨料自身的强度和耐久性大大降低。范炜等[20]对再生粗骨料的颗粒级配进行试验研究，结果表明再生粗骨料粒径主要集中在4.75～16 mm之间，相对于天然粗骨料来说粗颗粒偏少，且含泥量较多。李晓芬等[21]对再生骨料和天然骨料进行物理性能试验的对比研究，通过分析骨料的表观密度、吸水率、压碎值等技术指标，表明再生骨料的各项物理性能均差于天然骨料。对再生骨料宏观性能进行比对后，部分学者还对再生骨料进行了微观分析，结果发现未处理的再生骨料表面附着旧砂浆，且旧砂浆呈松散多孔状，并伴有细微裂缝[22]。这些研究表明再生骨料性能较差的主要原因在于表面附着的旧砂浆层强度较低以及破碎过程中产生了微裂纹。

考虑到建筑垃圾再循环的可持续性，人们使用再生骨料制作再生混凝土，并对再生混凝土的性能进行研究。吴木东[23]研究了再生粗骨料替代率对再生混凝土抗压强度的影响，结果表明，当再生粗骨料替代率小于25%时，抗压强度影响不大，替代率超过30%时抗压强度迅速下降。马永志[24]对再生粗骨料和细骨料进行100%替代后，发现全再生混凝土的各项力学性能指标均降至普通混凝土的34%～42%，同时耐久性也大幅下降。这都表明再生骨料自身的结构缺陷会对混凝土性能产生不小的影响。因此，若要提高再生混凝土的性能，使之可以代替普通混凝土应用到实际工程中，首先要对再生骨料的性能予以强化，从原材料上解决问题。

2 再生骨料的性能强化方法

再生骨料和天然骨料的性能差异主要来源于两方面。一方面，再生骨料表面附着砂浆，骨料强度尤其是界面过渡区的强度比较低；另一方面，再生骨料在生产过程中会进行破碎处理，而机械破碎会使骨料本身和附着砂浆层出现微裂缝，致使强度降低[25-29]。因此再生骨料性能强化的关键在于表面的砂浆处理，通过处理附着砂浆可以改善再生骨料在新拌或硬化混凝土中的大部分缺点。本文将处理方法大致分为附着砂浆去除和附着砂浆加固两类，分别对其进行评述。

2.1 附着砂浆去除

去除附着砂浆的处理方法主要有预浸泡法、自清洗法、机械研磨法、加热研磨法、酸处理法和热化学处理法。选择处理方法的依据在于再生骨料的来源和组成，对再生骨料使用不同的处理方法会有不同的效果。

2.1.1 预浸泡法

对再生骨料预浸泡是去除附着砂浆的首要处理方法。预浸泡法是由Katz[27]提出的。在这种方法中，主要是用水清洗并浸泡再生骨料，以去除灰尘颗粒、松散的附着砂浆和其他杂质。Katz[27]还提出在水中对再生骨料进行超声波浴处理可以提升其抗压强度约7%，但这种方法有两个局限：①只能去除一小部分松散的附着砂浆或粉尘颗粒;②用于浸泡再生骨料的水所含杂质太多，受污染较重。由于预浸泡后大部分附着砂浆仍然与再生骨料共存，所以这种方法对材料耐久性的提升不大。

2.1.2 自清洗法

自清洗法的主要原理是使再生骨料表面附着的砂浆层变得松散后，再对其进行水洗处理。Pepe[11]先将再生粗骨料放置在直径为300 mm、深度为500 mm的旋转滚筒中，使其在旋转过程中互相碰撞，然后对磨耗后的再生粗骨料进行水洗或浸泡。在操作过程中，添加再生粗骨料至磨耗仪体积的1/3，并以60 r·min-1左右转速旋转10～15 min。自清洗的后处理过程与预浸泡法相似，需要用水清洗再生骨料，以清除其表面的松散颗粒和灰尘。与预浸泡法相比，自清洗法虽能够去除相对更多的附着砂浆，但无法去除黏结力强的薄砂浆层。

2.1.3 机械研磨

机械研磨方法是通过外部机械对再生骨料进行研磨处理。与自清洗方法不同的是，自清洗方法主要依靠再生骨料之间的相互摩擦碰撞，而机械研磨方法更多地依靠外部机械的强制磨削作用。理论上讲，机械研磨不仅去除旧砂浆层更加有效，而且处理数量相对来说更大，因此更加适合应用到实际工程中。Dimitriou等[30]对传统的机械研磨方法进行了改良，将再生粗骨料浸泡在水中并结合机械研磨(以10 r·min-1转速旋转5 h)来去除附着砂浆。结果表明，改良后的机械研磨法可以使再生粗骨料的砂浆损失率明显提高，进而使其各项性能指标有所改善。虽然机械研磨过程可以去除大量的附着砂浆，但该方法的能源消耗问题是不少学者关注的重点。机械研磨的另一个缺点是容易使再生骨料表面产生更多的细微裂纹，这会使其力学性能和耐久性降低[31]。因此，这种处理方法有待进一步研究和改进。

2.1.4 加热研磨

加热研磨的原理在于高温加热会使再生骨料表面的砂浆层分解为CaO，这种质量损失会使砂浆层的微观形貌变得粗糙且多孔，从而变得更加易于机械研磨。加热研磨是将再生骨料放置在高温环境中以削弱附着砂浆，随后对其进行机械研磨。Bru等[32]测试了400～450 g混凝土样品，研究表明使用微波加热研磨可以生产出更高品质的再生粗骨料，但产量不多。然而，再生骨料的性能在过于高温的环境下(如500～550 ℃)会降低。其原因是骨料、水泥砂浆和界面过渡区中矿物成分都会发生相变。同时，对再生骨料完全处理后，如果骨料表面依然存在着残余的附着砂浆，那界面过渡区则会变得非常薄弱且易裂。虽然加热研磨处理的再生骨料整体品质更好，但由于该处理方法所需的能源消耗明显更高，所以该工艺不适用于再生骨料的大规模处理和加工。

2.1.5 酸处理

由于水泥的水化作用是水泥与水进行的长期化学反应，水化作用后混凝土强度和硬度增加，因此从再生骨料表面去除附着的水泥砂浆是一项非常困难的过程。然而，研究发现水泥的水化产物可以溶解在酸溶液中，不同种类的酸都可以用于去除附着砂浆[17]。大量研究表明，许多酸溶液都可以去除再生骨料表面的附着砂浆[16,33-38]。常用的酸溶液如硫酸(H2SO4)、盐酸(HCl)、磷酸(H3PO4)和醋酸(CH3COOH)都可以用于再生骨料表面的砂浆去除[17]，其化学反应机理如式(1)～(12)所示。

H2SO4溶液与再生骨料发生的化学反应为

CaO+2H2SO4→CaSO4·H2O

(1)

Fe2O3+3H2SO4→Fe2(SO4)3·3H2O

(2)

Al2O3+3H2SO4→Al2(SO4)3·3H2O

(3)

HCl溶液与再生骨料发生的化学反应为

CaO+2HCl→CaCl2·H2O

(4)

Fe2O3+6HCl→2FeCl3·3H2O

(5)

Al2O3+6HCl→2AlCl3·3H2O

(6)

H3PO4溶液与再生骨料发生的化学反应为

(7)

(8)

(9)

CH3COOH溶液与再生骨料发生的反应为

CaO+2CH3COOH→Ca(CH3COO)2·H2O

(10)

Fe2O3+6CH3COOH→2Fe(CH3COO)3·3H2O

(11)

Al2O3+6CH3COOH→2Al(CH3COO)3·3H2O

(12)

Ismail等[34]使用不同物质的量浓度的盐酸(0.1、0.5、0.8 mol·L-1)对再生粗骨料分别处理1、3、7 d，试验过程中需要定期搅拌反应容器，以加速旧骨料与酸之间的溶解反应。结果表明不同的试验最主要的区别在于砂浆损失百分比的不同，酸浓度越高，砂浆的损失量越多。例如，使用0.8 mol·L-1浓度的酸处理再生粗骨料1 d后，砂浆损失率达到最高(5.11%)。由于酸具有较强的腐蚀性，在酸处理过程中需要采取安全预防措施，以保证试验人员的安全。在进行酸处理后需要进行清洗，以去除再生骨料中的化学杂质。由于清洗过程需要大量的水，对骨料进行清洗后大部分水体受到污染，因此工厂需对受污染水体进行循环利用以保护自然环境。在目前纯净水不足以满足世界饮用水需求的情况下，采用这种化学处理方法还是存在较大的问题。

2.1.6 热化学处理

Santha Kumar等[38]对再生骨料进行热化学处理，即将热处理方法和化学处理方法相结合。首先，将再生骨料在水中浸泡24 h，然后在马沸炉中以恒定温度加热样品115～125 min。在300、400、500、600 ℃下分别对再生骨料加热以去除部分黏结力较弱的附着砂浆，同时分别加入0.1、0.4、0.7 mol·L-1的盐酸。结果表明：在300 ℃的温度下进行酸处理，去除附着砂浆效果更加明显。研究还分析比较了热处理、化学处理以及热化学处理3种方法的优劣，结果表明热化学处理方法去除附着砂浆的效果更好。虽然热化学处理方法去除附着砂浆的效果最好，但因热化学处理在消耗大量能量的同时又需要大量的水来清洗有害的化学杂质，所以同时具有热处理和酸处理2种方法的缺点。

Al-Bayati等[39]采用机械研磨、加热处理和酸处理等不同的处理方法，对来自预拌厂的特定再生骨料进行试验，以验证不同处理方法去除附着砂浆的有效性。将再生骨料分别置于250、350、500、750 ℃的环境中进行热处理，并使用浓度约为37%的HCl和浓度约为99.7%的乙酸分别对再生骨料进行酸处理。试验结果表明，在750 ℃的温度下，再生骨料附着砂浆的质量损失明显，损失率高达41.02%。采用能量色散X射线分析仪(EDAX)和扫描电镜(SEM)对骨料进行微观图像分析。图像分析表明，未经处理的再生骨料表面形貌粗糙、多孔且不均匀，而处理后的表面相对均匀，黏附砂浆较少(黏附量取决于处理方法)。虽然该研究表明了不同的处理方法均可改善再生骨料的物理性能，但并未建立其微观形貌与再生骨料性能之间的联系。

2.2 附着砂浆加固

附着砂浆加固是指将再生骨料表面的砂浆微孔和微裂缝填满。Shi等[17]提出附着砂浆加固的关键在于微裂缝是否有效填充和附着的旧砂浆层是否紧密。附着砂浆加固的首要之处在于通过填充附着砂浆的的薄弱微孔区域来提升界面过渡区的强度。附着砂浆加固的方法主要有火山灰浆液浸泡、聚合物乳液浸泡、微生物矿化、碳酸化作用、裹覆水泥浆层和水玻璃溶液浸泡。

2.2.1 火山灰浆液浸泡

矿物掺合料是一种优秀、高效、可持续的工业副产品，主要来自于煤铁行业。矿物掺合料的种类很多，常见的矿物掺合料主要有粉煤灰、矿粉、硅灰、偏高岭土等。在纯水泥浆液中掺加矿物掺合料可以形成火山灰浆，火山灰浆可以改善再生骨料的大部分性能，尤其是耐久性。在混凝土中加入适当的矿物掺合料(如粉煤灰、硅灰、矿渣等)，可提高混凝土性能[6,12,17,19]。矿物掺合料改善骨料性能的原理是附着砂浆的孔细化和矿物掺合料与水泥水化产物(主要是Ca(OH)2)之间的二次水化。混凝土的强度主要取决于复合材料中存在的孔隙和内部裂缝[40]。界面过渡区是混凝土中最薄弱的区域，由大尺寸的晶体(主要为水泥的初始水化产物)组成，这些形状不一的晶体会在混凝土中形成微孔。

正常混凝土的界面过渡区结构如图2所示，对界面过渡区进行微观分析有助于改善再生骨料的性能。混凝土中悬浮的细颗粒不仅可以作为惰性填料填充空隙，而且有助于水化过程。蒋建华等[19]开展了粉煤灰掺量对再生骨料混凝土力学性能的影响研究，结果表明粉煤灰可以明显提高再生骨料混凝土的抗压强度，在掺量达到10%时，抗压强度最高且接近达到不掺加粉煤灰的天然骨料混凝土的强度。Li等[41]研究了火山灰粉(粉煤灰、硅灰、矿渣)对再生骨料的影响，通过掺加不同含量的火山灰来制备高强度再生骨料混凝土，结果表明粉煤灰-硅灰复掺对再生混凝土力学性能提升较好，抗压强度最高提升9.7%，这可能是因为火山灰可以更好地填充空隙。Li等[42]将有纳米二氧化硅和无纳米二氧化硅的界面过渡区作对比分析，微观结构如图3所示。图像表明，掺加纳米二氧化硅的新界面过渡区更加规则和均匀。

与附着砂浆去除技术相比，使用火山灰浆加固附着砂浆有助于得到更好品质的再生骨料。虽然火山灰细微颗粒的存在可能会降低施工和易性，但这一问题可以通过混凝土配合比优化和掺加外加剂来解决。

2.2.2 聚合物乳液浸泡

聚合物乳液是由聚合物颗粒组成的胶状分散体。处理再生骨料最常见的聚合物乳液是聚乙烯醇(PVA)乳液。这种聚合物乳液的憎水性可以降低再生骨料的吸水率。聚合物乳液可以填充附着砂浆表面的微孔和微裂纹，因自身具有胶凝性可在短时间内固化，从而显著降低再生骨料的吸水率。研究发现6%～12%含量的PVA乳液(推荐值为10%)可以提高再生骨料的物理力学性能。Kou等[43]将再生骨料放入带有真空泵的干燥器中，真空泵在大约92 kPa的压力下运行6 h。然后按照合适的PVA乳液百分比(6%～12%)配制溶液，并将溶液涂覆在再生骨料上，让其在真空泵中浸泡24 h。随后将再生骨料从真空干燥器中取出并进行试验。经观察，使用PVA乳液处理后，再生骨料的吸水率显著降低。Mansur等[44]观察到PVA乳液可以提高水泥浆体与骨料的黏结强度。研究还表明，聚乙烯醇的加入可以降低界面过渡区的有效水灰比，进而降低界面多孔过渡区厚度。魏毅朋[45]研究发现混凝土压实后再生骨料表面会形成一层薄水膜。与散装水泥膏体相比，这层水膜增加了骨料表面的有效水灰比。PVA乳液可以抑制再生骨料的吸水性能，导致再生骨料表面无法生成水膜。使用PVA乳液进行表面处理的主要目的是降低再生骨料的吸水率。虽然聚合物处理可以降低吸水率、改善和易性、填充孔隙以及起到拒水剂的作用，但这种处理方法存在一些缺点，比如使用单一聚合物乳液难以提高附着砂浆的强度，需要特殊的干燥器和特定压力的泵以及消耗大量的时间和能源。这些缺点都限制了聚合物乳液浸泡方法的广泛应用。

2.2.3 微生物矿化

将微生物矿化用于改善再生骨料的工程性能具有巨大的应用前景。这项技术主要基于碳酸盐类材料中细菌产生无机矿物质这一基本代谢活动[46]。在尿素水解过程中，通过细菌的代谢活动，尿素被转化为氨和二氧化碳。这种氨在微环境中与水反应，产生铵根离子和氢氧根离子，从而增大微环境的pH值。在高pH值环境下，二氧化碳与羟基离子形成碳酸氢盐。最后，在钙源(例如氯化钙)存在的情况下，碳酸氢盐与氢氧根离子反应生成碳酸钙沉淀。反应的整个过程用方程式(13)～(16)表示。

NH2-CO-NH2+H2O→2NH3+CO2

(13)

(14)

(15)

(16)

这种自然生物胶结工艺现已广泛用于建筑材料的修补、恢复和耐久性的提升。此外，研究还发现矿化沉积作用主要通过降低渗透性来改善混凝土的表面性能[47]。

就再生骨料而言，可以通过降低其孔隙率和吸湿性来获得更好的性能。微生物碳酸盐沉淀的基本优点是细菌体积小，可以进入水泥或粉煤灰无法进入的微孔。郝小虎等[48]证实了在再生粗骨料上使用钙化细菌的可行性，它可以在改善性能的同时降低吸水性。Qiu等[49]用微生物碳酸盐沉淀法对再生粗骨料进行了表面处理试验。研究证实，微生物能够在再生粗骨料孔隙和表面沉淀碳酸钙晶体，并降低其吸水率。

在不同的研究中，碳酸钙晶体的沉积会导致吸水率下降20%～30%[18,49]。微生物矿化的整个过程取决于细菌的类型、应用的材料和方法以及孔隙率的大小[50]。微生物通过矿化反应对骨料孔隙进行结构性愈合是降低再生骨料吸水率的主要原因。Wang等[18]用2种不同的再生骨料进行了微生物矿化处理的试验。研究表明，微生物矿化可以通过填充孔隙来有效降低再生骨料的吸水率。沉积的碳酸钙可以提高骨料表面的抗破碎性。巴氏杆菌、巨大芽孢杆菌等细菌通常被用作微生物混凝土中的裂缝修复剂，而球形芽孢杆菌被广泛用于表面处理[51]。Singh等[25]使用纳米二氧化硅和细菌(可分解尿素类和不可分解尿素类)对再生骨料进行矿化处理。通过这种处理，再生骨料的吸水率显著降低，表观相对密度显著提高。图4是钙化细菌处理前后再生骨料的微观结构。

通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)和能量色散X射线光谱仪(EDX)研究再生骨料的微观形貌，结果表明微生物矿化沉淀后可以构建相对致密的界面过渡区[25]。因此，微生物矿化处理可以实现再生骨料的微观和宏观性质的增强。微生物处理的可行性和有效性已经被一些研究者证实。然而，微生物矿化处理的试验目前仍处于实验室研究阶段，预计在不久的将来会进行现场应用[52]。在细菌培养模式、细菌生长环境和胶结剂等方面仍需要更多的研究。

2.2.4 碳酸化作用

碳酸化现象在自然界中非常普遍，尤其是在混凝土中。水泥的主要水化产物是硅酸钙水合物(C—S—H)凝胶和氢氧化钙。当大气中的二氧化碳通过微孔进入混凝土并与氢氧化钙反应形成碳酸钙时，这种现象被称为表面碳化。该过程分别使混凝土中氢氧化钙和C—S—H凝胶的固相体积增加约11%和23%[17]。对于普通的混凝土结构，碳酸化过程会引起碳化收缩，这是不可取的。然而，就再生骨料而言，附着砂浆含有较多微孔，碳酸化作用可以使孔隙收缩进而减小孔隙率[53-54]。这一过程有助于强化再生骨料的性能。该过程化学表达式为

Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O

(17)

C—S—H+CO2→CaCO3+SiO2·nH2O

(18)

水化产物不同，碳酸化速率不同[36,55]。氢氧化钙的碳酸化速率起初会高于C—S—H[56]。混凝土内部开始碳酸化后，孔隙开始持续被填充，直到所有相连的孔隙都被封闭起来。由于氢氧化钙不能与二氧化碳完全反应，所以仍有一定比例的氢氧化钙会残留在混凝土中而不能完全水化[53,56]。C—S—H的碳酸化从脱钙开始，然后夹层中的钙离子与碳酸根发生反应。

自然碳化过程受制于氢氧化钙含量、环境条件、再生骨料的表面特征、处理时间等因素[53-55]。部分学者通过施加压力来加速再生骨料的碳化进程。加速碳酸化过程的仪器包括特定体积的紧凑型钢制容器、二氧化碳储存罐和气泵[57]。碳酸化处理前，再生骨料需要保持在25 ℃±3 ℃，相对湿度50%±5%的环境中。首先用60 kPa的空气压力将该室抽为真空，将再生骨料放入该室中，以高达500 kPa的恒定压力注射二氧化碳，并保持(二氧化碳浓度为100%)7 d[57-58]。然而，由于氢氧化钙含量是碳化处理的主要因素，故不同类型的水泥和混凝土的处理方式也会不同。此外，当混凝土所含氢氧化钙含量较低时或混凝土内部孔隙分布不均匀时，这种碳酸化处理存在不确定性。

2.2.5 裹覆水泥浆层

水泥浆液可以渗透到再生骨料的孔隙和裂缝中，通过形成新的水化产物来填充和修复再生骨料。Martirena等[59]研究了再生骨料涂覆水泥浆层后的性能变化。在再生骨料表面涂覆水泥浆层(0.16～0.23 mm)后，孔隙率显著降低(降低了约55%)，从而导致骨料吸水率下降，对其再生骨料混凝土进行耐久性测试后，发现混凝土抗渗性提高。张方德[60]使再生骨料裹覆水泥浆后，利用混凝土振动台确保水泥浆能充分渗透进骨料孔隙中去，在标养室养护完成后，拌制再生骨料混凝土，进行力学性能测试。结果表明，在裹覆水泥浆层的情况下，再生骨料混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度均有所提升。可见，对再生骨料进行水泥涂层处理可显著改善混凝土的物理性能、力学性能和耐久性。涂覆水泥浆层会消耗大量水泥，同时水泥浆的流动性不足时，很难保证再生骨料孔隙和裂缝的有效填充，因此这种处理方法仍需进一步探索研究。

2.2.6 水玻璃溶液浸泡

水玻璃溶液浸泡方法类似于聚合物乳液浸泡处理，是再生骨料的无机处理方法之一。硅酸盐溶液和氟硅酸盐溶液常用于堵塞混凝土表面的毛细孔隙[61]。然而，有研究表明高浓度的水玻璃溶液会降低再生混凝土的抗冻性和耐硫酸盐侵蚀能力[62-63]。硅酸钠和氢氧化钙之间的反应[式(19)]会导致混凝土中的碱含量更高，这可能进一步引起碱-二氧化硅反应[17]。因此，使用水玻璃溶液处理再生骨料会降低其再生混凝土的耐久性。

xH2O+Na2O·nSiO2+Ca(OH)2→

CaO·nSiO2·xH2O+2NaOH

(19)

2.3 再生骨料强化方法对比分析

国内外学者在再生骨料强化领域已经进行了诸多尝试与探索，并得到一定应用和发展。无论是附着砂浆去除技术，还是附着砂浆加固技术，每种方法的工艺复杂性、强化效果以及对环境的影响均有所差别，因此根据上述研究成果对各强化方法的优缺点和应用性进行总结和分析，结果见表1、2。

表1 附着砂浆去除技术方法总结Table 1 Summary of Removal Technology of Attached Mortar

表2 附着砂浆加固技术方法总结Table 2 Summary of Strengthening Technology of Attached Mortar

3 再生骨料混凝土拌合工艺的改进

一些研究指出，通过对拌合工艺进行改进，可以改善再生骨料混凝土的性能。改进的拌合工艺主要有两种：①两阶段搅拌工艺；②三阶段搅拌工艺。

两阶段搅拌工艺(TSMA)的重点是在混凝土搅拌过程中，将水分成两阶段加入，第一阶段加入一半水进行混合，使再生骨料表面裹上一层薄的水泥浆，水泥浆渗透到多孔的旧水泥砂浆中填充其裂缝和空隙，提高再生骨料的密实度。在第二阶段的混合过程中，加入剩余的水以完成混凝土搅拌。研究人员发现在这种拌合工艺下再生混凝土的抗压强度增加了21%。有研究表明TSMA之所以可以提高耐久性，是因为它可以改善再生骨料表面和界面过渡区。

三阶段搅拌工艺在两阶段搅拌工艺的基础上加入了矿物掺合料的搅拌，通过火山灰材料进一步强化再生骨料表面和界面过渡区。Tam等[64]在两阶段搅拌工艺基础上加入硅灰，得到TSMAS和TSMASC两种搅拌工艺。TSMAS工艺是在第一阶段将硅灰(代替2%水泥)加入再生骨料中搅拌，然后在第二阶段中加入天然骨料、细骨料、水泥和水进行充分搅拌。TSMASC工艺则是在两阶段搅拌工艺的第一阶段中加入硅灰和一定比例的水泥到再生骨料中搅拌，然后在第二阶段加入剩余的天然骨料、细骨料、剩余的水泥和水，充分搅拌后得到再生混凝土。骨料表面的火山灰浆体层可以减少内部水的渗出，因此这种搅拌工艺对改善混凝土性能的效果更加显著[65]。

传统搅拌工艺(NMA)会产生松散的界面过渡区，其中含有硅粉或硅粉和水泥凝胶的TSMA可以改善这种情况，有助于形成更为密集的界面过渡区。TSMAS和TSMASC两种搅拌工艺产生的骨料微观结构如图5所示。除钙离子和硅粉可以发生二次反应外，TSMAS和TSMASC的优势在于能够通过硅粉或硅粉和水泥凝胶填充微孔和微裂纹[64]。因此在相同的配合比下，该搅拌工艺生产的混凝土性能更好。

4 结语

(1)再生骨料的回收工艺中包括多次破碎过程，为避免废旧骨料在破碎过程中出现微裂纹而导致强度下降，应对破碎方式和破碎时间展开进一步研究，并对破碎程度加以合理控制。

(2)考虑到环境和施工的可持续性，对附着砂浆加固和附着砂浆去除两种技术的强化效果进行分析后，建议对再生骨料采用附着砂浆加固的强化技术。在附着砂浆加固的方法中，考虑到天然碳酸化的局限性，火山灰浆液浸泡是较为优越的方法。此外，微生物矿化技术也具备较好的应用前景和工程价值。由于现场应用技术的滞后，这种方法目前还处于实验室研究阶段，但在不久的将来，这种方法存在着大面积应用的可能。结合相关研究，从力学性能和耐久性的角度来看，火山灰浆液浸泡和微生物矿化可作为再生骨料强化方法的首要选择。

(3)两阶段搅拌工艺通过控制投料顺序和搅拌时间来强化再生骨料的界面过渡区，可以改善再生骨料的性能。在两阶段搅拌工艺的基础上，三阶段搅拌工艺虽能进一步强化再生骨料的性能，但生产成本也随矿物掺合料的加入而提高。因此，在实际工程中往往需要根据再生骨料混凝土的性能需求来选择合适的搅拌工艺。