堿集料反應對再生混凝土耐久性影響研究

陳 然

(重慶交通大學材料科學與工程學院 重慶 400074)

一、引言

廢物的控制和回收是我們未來社會可持續發展的基本戰略。據估計，2012年全球產生了約13億噸城市固體廢物，預計到2025年將達到22億噸[1]。混凝土行業的快速發展導致在2012年至2022年的10年時間里，天然骨料的消耗量預計為45.9至66.3 Gt[2]。因此，使用再生混凝土作為骨料是建筑行業可持續發展的重要而有效的策略。目前，許多國家已經制定了一些回收計劃，并取得了不同程度的成功，日本的混凝土廢物回收率高達98%，歐洲為30%，澳大利亞為57%，美國為68%[3]。

再生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、水等配而成的新混凝土。許多研究人員已經研究了再生混凝土在結構上的適用性，基本上可以獲得優良的機械性能，包括壓縮性，拉伸性，溢出強度和彈性模量[4]。

本文試圖對以前的再生混凝土AAR研究進行綜述，比較了再生混凝土和原混凝土之間AAR性能的差異，討論了影響再生混凝土中AAR的因素。最后，提出了進一步研究再生混凝土AAR的一些見識和建議。

二、影響再生混凝土中AAR的因素

(一)尺寸和密度

幾項研究表明，即使用相同的母體混凝土和相同的加工方法生產，細粒再生混凝土的密度通常比粗粒再生混凝土低。Poon證明，在特定尺寸范圍內，通常對于大于5mm的粗再生混凝土，再生混凝土的密度會隨粒徑的增加而增加[5]。McCarthy等人證明對于較小尺寸的再生混凝土，在高堿性環境下與再生混凝土中的活性骨料混合時，膨脹稍高[6]。

(二)破碎階段

破碎階段也顯著影響再生混凝土的膨脹，經過二級破碎的再生混凝土的膨脹明顯高于僅具有一級破碎的再生混凝土。這可能是因為二次破碎階段允許更多的反應性組分參與AAR。具體而言，在初步破碎和篩分過程中，粘附的砂漿首先破裂并掉落。在隨后的破碎階段，粘附的砂漿的分離更加徹底，并且大量的活性天然骨料被破壞，更多的表面暴露發生AAR[7]。

(三)堿含量

除了水泥中的堿以外，對于再生混凝土中的AAR，也應考慮RM中舊水泥漿中的堿浸出。據Johnson等報道，未清洗再生混凝土澆鑄的樣品的膨脹明顯高于使用清洗再生混凝土的試樣[8]。清洗再生混凝土的混凝土的低膨脹歸因于堿的損失在洗滌過程中。Desmyter等人也報道了類似的AAR結果[9]。

Shehata等研究了新再生混凝土中所用水泥的堿含量對AAR膨脹的影響，當水泥堿含量低于0.8 wt%時，再生混凝土的AAR膨脹率高于天然Spratt骨料的膨脹率[10]。該觀察結果揭示了再生混凝土釋放的堿對AAR膨脹的影響。

(四)再生混凝土含水量

對于原始混凝土，原混凝土的低吸水率對有效含水量影響很小，可以忽略原混凝土吸收的水量。但是，對于再生骨料混凝土，再生混凝土的RM表現出很高的吸收潛力，可以超過5%，再生混凝土制成的砂漿的吸水率可達到10%[11]。由于再生混凝土的高吸水率，可以顯著改變再生混凝土的有效水灰比。因此，對于含有反應性再生混凝土的再生骨料混凝土，吸水率不可忽略，因為它可能會影響測得的AAR膨脹。

三、總結與展望

再生混凝土中的堿骨料反應(AAR)比其原始混凝土的AAR更復雜，因為它受許多因素的影響，原始骨料的堿反應性和反應程度、殘留砂漿的存在、生產程序、堿含量、含水率等。只有加快堿集料反應機理的研究才能系統解決這些因素對混凝土耐久性的影響，建立評價混凝土堿集料反應的機制，有效預防堿集料反應。