再生混凝土界面開裂特性及性能提升方法

吳衛

摘 要：本文首先分析了再生混凝土的界面開裂特性，其次分析了再生混凝土的性能提升方法，包括酸溶液浸漬、火山灰材料預涂、碳化等方法，最后對再生混凝土相關研究現狀進行了總結。

關鍵詞：再生混凝土;界面開裂特性;性能提升方法

1 引言

再生骨料混凝土是指將廢棄的混凝土塊經過破碎、清洗、分級后，按一定比例與級配混合，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。近年來，再生骨料混凝土因其自身的特性、環境保護和資源節約等優點，在資源化利用方面具有一定的優勢。它們的有效利用有助于建筑業的可持續發展。根據組成的不同，再生骨料一般可分為四類：再生混凝土骨料、再生磚骨料、混合再生骨料和建筑拆除再生骨料。與天然骨料相比，再生混凝土骨料具有相對較低的密度、較高的吸水率和壓碎值。由于再生骨料混凝土的力學性能和耐久性能較差，限制了再生骨料混凝土的應用。

2 再生混凝土界面開裂特性

再生骨料混凝土的失效是界面過渡區失效和再生骨料內部開裂共同作用的結果，而天然骨料混凝土的失效是裂紋沿界面過渡區擴展的結果。由于再生骨料存在微裂紋，當它被澆筑到新的水泥漿體中時，舊的界面過渡區與新的界面過渡區融合，從而形成水泥基體與再生骨料的弱結合，進而導致再生骨料混凝土的失效。Li^[1]等人利用數字圖像技術研究了單軸壓縮下再生骨料混凝土細觀結構中裂紋的發展。他們發現裂紋向加載方向發展。首先，再生骨料周圍產生微裂紋，裂紋寬度增大。裂縫從界面過渡區逐漸發展到水泥砂漿，最終導致再生骨料混凝土開裂?；诹鸭y在低強度界面處萌生和擴展的思想，當新界面強度低于舊界面強度時，新界面區出現第一個可觀察到的裂紋。然而，當新的界面層的強度高于舊界面層時，舊界面層出現了第一個微裂紋。當新界面的顯微硬度較高時，其強度取決于舊界面的質量。當舊界面硬度較高時，其強度取決于新界面的質量。

3 再生混凝土性能提升方法

再生骨料一般由基體骨料、粘結砂漿和界面過渡區組成。再生骨料的內在變異在很大程度上取決于粘結砂漿的質量和數量。再生骨料上的粘結砂漿含量可在25%到70%之間變化，具體取決于混凝土來源、強度等級、破碎過程、粒度分布和試驗方法。目前已開發出幾種能顯著改善再生骨料質量的預處理方法。迄今為止，大多數再生骨料預處理方法主要包括去除或強化粘結砂漿。酸預浸、熱處理、機械研磨和微波去除是從再生骨料中去除粘結砂漿的常用方法。

通過酸與附著砂漿中的水化產物的反應，將再生骨料預浸泡在酸溶液中除去附著砂漿，可以減小舊界面裂縫的寬度、長度和附著砂漿的孔徑，提高新界面的密實度，提高再生骨料的質量。HCl和H₂SO₄可用于強酸，CH₃COOH可用于弱酸。然而，CH₃COOH廢液中的Ca²⁺可以儲存CO₂，減少碳排放^[2]。

將再生骨料浸入或預涂火山灰漿可在再生骨料表面形成涂層。粉煤灰、高爐渣、偏高嶺土等火山灰材料能與Ca（OH）₂反應生成C-S-H，有效地降低再生骨料的孔隙率，使界面過渡區致密，從而改善再生骨料混凝土的力學性能。火山灰材料是工業副產品，其使用有利于固廢處理問題^[3]。

另外，與早期的常規混合方法相比，Ca（OH）₂由于水分不足而水化不完全。再生骨料中仍有許多裂縫和孔隙，且界面過渡區很弱。改進后的混合方法可以在再生骨料表面形成一層低水灰比的水泥涂層，有效地減少再生骨料的裂縫和氣孔，改善界面過渡區，從而提高再生骨料的力學性能和耐久性能^[4]。

在混凝土移除和回收過程中，可能會發生自然碳化?；厥?噸混凝土可吸收11千克二氧化碳?；炷撂蓟磕昕蓽p少近3%的二氧化碳排放，對環境有利。在自然條件下，混凝土碳化是一個非常緩慢的過程，其速率取決于許多因素，如混凝土配合比設計、環境條件、混凝土構件幾何形狀等。因此，在自然條件下，通常采用加速條件來測量混凝土碳化速率和預測碳化速率^[5]。

4 結語

通過去除再生骨料的附著砂漿，可以改善再生骨料的微觀結構，回收質量好的再生骨料。HCl溶液預浸再生骨料可用于無腐蝕性鋼筋混凝土的生產，但應考慮HCl的濃度及其產生的廢液對環境的影響。粉煤灰、高爐渣等火山灰材料填充再生骨料表面，與Ca（OH）₂反應生成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，提高界面過渡區?；鹕交也牧献鳛楣I副產品很容易獲得，而且是環境友好的。與常規混合方法相比，不同的改良混合方法，預混再生骨料在再生骨料表面形成低水灰比的水泥涂層或火山灰涂層，能較好地填充再生骨料的孔隙和致密的界面過渡區。再生骨料通常在加速碳化條件下碳化。CO₂與Ca（OH）₂和C-S-H反應生成碳酸鈣，降低再生骨料的孔隙率，提高界面過渡區。碳化再生骨料被推薦用于鋼筋混凝土，碳化吸收CO₂，有利于保護環境。