不同再生細骨料取代率混凝土的耐久性研究

■羅 歡 ■廣西經濟管理干部學院，廣西壯族自治區 530007

混凝土作為國家建設的必要物質基礎，其消耗量逐年遞增，從而也使環境遭受到不必要的損失。將廢舊混凝土制備成再生骨料，從而替代傳統的混凝土，可大大減少傳混凝土對環境的危害。除此之外，傳統的混凝土中加入一定數量的礦物能夠大大提高混凝土的耐久性，對混凝土的收縮性能、抗凍性能、碳化性能和抗氯離子滲透性等性能都有一定影響。

1 再生細骨料混凝土的研究價值

我國從改革開放至今，經濟增長非常快，同時，大量的基礎設施建筑被投入建設，在全國范圍內，每年有大量的建筑由于不同的原因被廢棄，從而導致大量的建筑垃圾產生。在每年的城市項目建設過程中也會出現大量的建筑垃圾，對于這些建筑，一般的處理方法是將其直接進行丟棄，但是這些建筑垃圾中含有大量的有用資源，隨意丟棄不僅會造成資源的浪費，同時，還會對當地的環境造成嚴重的破壞，像將建筑物的垃圾埋在農村的土地內，或者將其直接進行露天丟棄，會使建筑垃圾形成大量的堿性殘渣，長此以往，會使當地的土地逐漸失去活性。

為了能夠更好地保護當地環境，維持本國的可持續發展，如何有效處理城市建筑垃圾是各國面臨的重要問題。因此，隨著各國經濟和科技不斷發展，提出了建筑垃圾二次利用的課題，特別是針對具有嚴重危害的建筑垃圾，由于富含利用價值較高的資源，且能夠通過某些方法實現二次利用。這種處理方法既減少了資源的浪費，還能保證不對環境造成破壞。與此同時，我國將建設節約型和環境友好型社會作為我國的重要發展戰略之一，并首次將該戰略作為我國長期發展的一項戰略任務，并采取了一系列的手段。通過回收建筑材料中的混凝土，將其作為我國可持續發展的一項重要決策，通過對廢棄建筑材料中的再生骨料進行回收利用，能夠使建筑垃圾成為可循環可利用的再生資源。這種處理方法能夠減少對天然骨料資源的利用，從而緩解其日漸減少的局面，此外通過回收利用，能夠減輕因天然骨料的采集對環境的破壞，從而保護了人類的生存環境，走上一條可持續發展的道路。

2 再生細骨料混凝土研究進展

對于混凝土的回收利用，國外的研究起步較早，在我國開始進行混凝土再利用課題研究之前，就開展了多次關于混凝土在利用專題會議，并對其中的可再生骨料回收進行了相關性能的研究，并將其物理性質和力學性質等進行了詳細的論述，制定了符合各國發展的政策法規，對實際工程進行了明確的規定。

早在1980 年美國制定了關于再生混凝土的相關法律政策，并在1996 年和2002 年對其中存在的一些不足進行了補充，從而保證了其國內各項生產中出現的垃圾的合理處理。根據相關數據顯示，在美國的20 個州內，幾乎全部的公路建設全部采用再生混凝土，而在26 個州內將再生混凝土作為建筑工程的基層材料，并且在各種法規中，對建筑垃圾中的混凝土在利用進行了明確的規定。目前，美國建筑行業中的可再生混凝土使用占到了全部建設項目中的一半左右。

而在德國，在一條雙層混凝土公路中，再生混凝土的使用占據了幾乎全部的底層材料。另外，隨著再生細骨料混凝土的使用逐漸增多，德國對再生混凝土的質量要求提出了相關規定，要求再生細骨料混凝土需要完全符合其國家規定的天然骨料混凝土標準，從而保證公路建設的質量，防止由于再生混凝土的質量不達標，出現建筑物的二次拆建，造成更大的損失。

同國外相比，我國的經濟發展落后了大約半個世紀，對于混凝土中的可再生骨料的回收工作，成本遠遠高于國外技術。目前，我國提出了制定中長期社會可持續發展的戰略，并通過各種措施鼓勵相關企業加大對建筑垃圾中混凝土的回收利用研究。我國已經有數十家高校和研究機構對再生混凝土的利用進行了長期的研究，例如武漢大學對當地橋面廢棄混凝土的利用，其通過對高強度的混凝土進行常規工藝研究，從而提供高強度的可再生混凝土，該研究制作的再生混凝土強度能夠達到60MPa 左右，大大提高了我國在混凝土回收利用方面的研究。另外，通過研究發現，在不計算再生粗骨料吸水的條件下，不同再生骨料取代率試件能夠很好的取代傳統的天然骨料混凝土，且其同普通混凝土的流動相比，差別不大。

3 再生細骨料混凝土的收縮變形試驗

3.1 齡期對混凝土收縮的影響

通過研究數據可以發現，除了再生細骨料的取代率達到100%的再生混凝土之外，其他取代率再生細骨料混凝土的收縮情況和普通混凝土之間沒有太大的差別，但是對于90d 的混凝土，其收縮是比普通混凝土略大一些的。對于再生細骨料來說，其吸水率一般是高于天然砂的，因此，在使用再生細骨料混凝土時，其加水量大于天然骨料混凝土。在混凝土的齡期較短時，其內的一部分水分會被其內的微細粉吸收，且吸收后不容易失去，這時的收縮性不會出現較大的變化，因此，不會出現較大的差別。但是伴隨著混凝土的齡期逐漸增加，這部分被吸收的水分會對再生細骨料混凝土的收縮性造成重要的影響，該部分水分不會隨著混凝土的凝固而損失，從而導致再生細骨料混凝土的收縮值隨著其材料的齡期增加而增加。當再生細骨料的取代率在100%以下時，其混凝土的干燥收縮率隨著取代率的增加而增加，但是其平均值是小于普通混凝土的。

對于混凝土試件來說，收縮的過程中的收縮恢復現象會出現不同的變化。這種現象出現的主要原因是由于外部環境中的濕度，當外界濕度大于試件自身的濕度時，其材料不但不會失水，反而會出現吸水現象，直到其內部水分含量和外界環境相一致，這個過程中會出現試件的收縮恢復現象。在標準的養護環境中，再生細骨料混凝土內部的水分含量較多，從而使其內部的濕度不斷增大。而對于天然砂漿來說，其內的水分含量是較少的，且其自身的濕度較低，從而導致其不易出現收縮恢復現象。

3.2 再生細骨料取代率對混凝土收縮的影響

通過相關數據可以發現，隨著再生細骨料的取代率逐漸增加，其收縮率也在逐漸增大，在其取代率達到100%時，其收縮率達到最大值。這種收縮情況，會導致再生細骨料混凝土在形成構件時出現較大的收縮裂縫，影響建筑的質量。

4 抗凍性能研究

根據《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》的規定，對再生細骨料混凝土在不同凍融循環中的質量損失，并對其相對動彈模量進行計算。根據試驗數據能夠看出，對于不同礦物摻和料的情況，其再生細骨料混凝土的耐久性一般都會大于80%。而對于其耐久性指數，在不同礦物摻和料取代水泥時，再生細骨料會發生一定的變化，且礦渣粉的效果要遠遠好于粉煤灰。這種情況出現的主要原因是普通的礦渣粉的活性遠遠高于粉煤灰，因此，在摻和料不同時，其出現的效果完全不同。

在常溫情況下，混凝土會在三相之間進行平衡轉化，而當其處在負溫時，其內部的的孔隙內含有的水分，將會由液態轉變為固態，從而導致混凝土受到凍害，破壞其內部的結構，影響建筑的質量。

根據相關數據可以發現，對于簡單破碎再生細骨料混凝土的重量損失率以及動彈模量的損失率，其都會隨著細骨料取代率的增加而增加，這種現象說明對于混凝土來說，其細骨料的取代率越高，其抗凍性能越差。經過顆粒整形法處理得到的再生細骨料混凝土，其重量損失率和動彈模量損失率則對再生細骨料的取代率沒有太大的反映，再生細骨料的取代率高低不同，其數值和原始數值相差不多。而當細骨料的取代率達到100%時，其重量損失率則遠遠低于取代率較低時的損失。而對于動彈模量損失率來說，其值基本沒有變化。

5 氯離子的滲透性

對于再生細骨料的氯離子滲透性研究主要是通過德國的RCM 法，這種方法能夠對再生細骨料混凝土的滲透率進行準確的測定。

從數據研究上我們可以發現，不同的再生細骨料取代率對應的滲透率存在著很大的差別。對于單摻礦物摻和料來說，其氯離子的滲透率較低，而對于復合摻和料的再生細骨料混凝土，其滲透性得到了明顯的提高，其中的復合硅灰能夠具有很強的抗氯離子滲透性，保證了建筑物的安全性。對于這種情況，其主要原因是由于其材料內含有大量的超細礦渣粉和硅灰，這兩種材料都具有很大的比表面積，在水泥水化的過程中，其內的一部分顆粒會發生一些化學反應，從而使再生細骨料混凝土的孔隙內充滿這種物質，此外，還有一部分的顆粒會移動到骨料和漿體的過渡區域，從而使這一區域內的強度增加，提高其密實度，同時也減少了過渡區內的定向排列，使其能夠具有更高的強度，防止建筑建設完成后出現裂縫。

通過相關研究可以發現，在再生細骨料混凝土中添加一定數量的硅灰，能夠使其過渡區的寬度減小約20 到49 微米，從而大大增強其抗氯離子滲透性。對于提高再生細骨料混凝土的抗氯離子滲透性，不同的礦物具有不同的效果，但是都會使其抗氯離子滲透性得到提高。

再生細骨料取代率對于混凝土的抗滲性影響主要體現在以下幾點:首先是再生細骨料混凝土的用水量會隨著其取代率的提升而增加，因此再生細骨料混凝土的電通量也隨著取代率的提高而增加。另一方面是在再生細骨料中存在著一定數量的活性水泥石粉，其能夠增加有效膠凝材料的使用量，且再生細骨料的吸水率較高，從而導致再生細骨料混凝土會在一定程度上降低漿體中的有效水膠比例。

6 抗碳化性能

本文針對再生細骨料混凝土的抗碳化性能研究選取了比較常見的6 種不同的膠凝材料體系，其中礦物摻和料種類與用量如表1 所示。通過實驗結果對比可以發現:在不同種類的摻和料中，再生細骨料混凝土的抗碳化性能都有一定的提高，這說明其在一定程度上能夠提高再生混凝土的含堿量。對于再生細骨料混凝土來說，其礦物摻和料的加入，能夠對混凝土的結構進行一定的改變，使其能夠將混凝土的界面結構進行轉化，增強混凝土的密實程度，提高再生細骨料混凝土的抗碳化能力。

表1 再生細骨料混凝土膠凝材料組成

再生細骨料混凝土的碳化深度都會隨著再生細骨料的取代率變化而呈現正比例的變化，也就是當再生細骨料的取代率增加時，其碳化深度將逐漸增加，也就是其抗碳化性能逐漸降低。通過分析可知，這種現象發生的主要原因是在混凝土中隨著再生細骨料的取代率逐漸增加，其用水量逐漸增加，從而導致其內的孔隙率逐漸增加，導致碳化程度逐漸加深。除此之外，再生細骨料的顆粒在破碎的過程中，其外形會出現一定的損壞，從而導致其存在較多的裂紋，使混凝土的密實程度遭到了破壞，其密實度的下降，導致其碳化深度逐漸增加，最終使其抗碳化能力逐漸下降。為了提高混凝土的抗碳化性能，可以采用不同再生粗骨料改性方法，一般認為用PVA 聚合物對再生粗骨料進行浸泡以后，將在其表面形成絮狀物，有利于改善裂縫與孔隙結構，混凝土密實度更高，抗碳化能力增強。

7 不同再生細骨料取代率混凝土性能分析

本文研究內容主要是為了解決當前存在的建筑垃圾處理問題，通過研究再生細骨料性能及優化措施，為減輕建筑垃圾對環境的污染提供新思路。政府相關部門需要根據當前我國的實際國情，制定合適的規章制度，保證再生細骨料混凝土的長期研究。另外，再生細骨料的本身性能和取代率和混凝土的性能之間存在著緊密的聯系。

在前兩周左右，再生混凝土收縮值和天然混凝土基本一致，而且會相對更小。隨著時間的推移，當細骨料取代率增加之后，再生混凝土的收縮也出現明顯提升，但是經過顆粒整形處理后的再生細骨料混凝土收縮增加的速度更加緩慢，這是因為在顆粒整形過程中，再生細骨料的粒形得到優化，棱角被去除干凈，級配變得更加合理，用水量得到控制，因此后期產生的收縮會降低。

簡單破碎再生細骨料混凝土的重量損失率與動彈模量損失率將隨著取代率的提高而增加，這表明細骨料取代率的增加將不利于混凝土的抗凍性能，將出現劣化情況。經過顆粒整形處理的再生細骨料混凝土的重量損失率與動彈模量損失率受細骨料取代率增加的影響較小，無明顯變化趨勢。但是取代率為100%的細骨料的重量損失率低于其他取代率情況，動彈模量損失率幾乎一致。

再生細骨料混凝土碳化深度將隨著取代率的升高而增加，也就是說再生細骨料混凝土的抗碳化性能變弱。再生細骨料混凝土電通量和取代率的變化趨勢相反，隨著取代率的提升，電通量減少，如果增加膠凝材料將使電通量降低速率變小。

8 總結

綜上我們可以發現，對于再生細骨料來說，其表觀的密實度和吸水率等都會發生相應的改變，從而使其表面的孔隙增多，改變其工作性能。另外，隨著再生細骨料取代率的逐漸提高，導致混凝土的脆性逐漸增加，這對建筑物的安全性具有嚴重的影響。不同取代率的再生細骨料混凝土性能有較大差異，和普通混凝土之間差別十分明顯，在實際的建筑生產中，應當合理地確定再生細骨料取代率，使混凝土收縮性能、抗氯離子滲透性能、抗凍性能和碳化性能等符合建設要求。目前，我國的再生細骨料混凝土的研究還非常少，存在著很多的問題，需要相關人員進一步加強對這一技術的研究，為加快我國經濟發展做貢獻。

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