再生混凝土收縮性能研究綜述

張彧銘 桑偉 陸俊 王建苗 李靜

（1紹興文理學院 土木工程學院；2浙江永堅新材料科技股份有限公司）

0 引言

隨著我國城鎮化進程的不斷推進，新興建筑的建造以及廢舊建筑物的拆除在不斷進行，這導致大量建筑垃圾的產生。把拆除后的混凝土破碎成再生粗骨料（RCA），取代天然骨料是有效處理此類建筑垃圾的一種方式。然而，與天然骨料混凝土相比，加入RCA的混凝土各項性能較差[1-4]，無法做到大面積的使用以及推廣。為了提升再生混凝土的性能以及利用率，針對再生混凝土的收縮性能進行分析，從而為再生混凝土的推廣和應用提供參考。

1 再生混凝土收縮性能的影響因素

1.1 基體混凝土強度

再生骨料主要采用破碎的混凝土制備而成，混凝土的強度會影響其最終的收縮性能。如圖1所示，采用不同強度的混凝土制備的再生混凝土，隨著基體混凝土強度提升收縮逐漸減少。Wang等[5]也通過實驗發現，高強度的基體混凝土使得再生混凝土表現出較小的收縮。張歡等[6]采用鄂式破碎機二次破碎制備再生骨料，實驗發現基體混凝土強度對干燥收縮的影響相比于再生混凝土自生強度的影響更為明顯，這可能是高強的混凝土有較低的孔隙使得吸水能力降低所致。

圖1 不同基體混凝土強度的收縮性能[6]

1.2 水灰比

再生混凝土水灰比的不同對其自收縮影響明顯，主要是在不同的水灰比下再生混凝土內部的密實程度也有差異，內部水分遷移也隨之改變。另外，混凝土低水灰比還使得混凝土內供水泥水化的自由水變少，混凝土在早期就可能產生較大的自收縮。與普通混凝土類似，梁娜等[8]發現全再生混凝土的自收縮出現相同的趨勢，自收縮隨著水灰比的降低而增大。朱偉偉[9]則通過實驗發現全再生棱柱體試塊的28d、60d的干燥收縮率隨著水膠比大致呈現拋物線變化趨勢。

1.3 再生骨料取代率

骨料是影響混凝土收縮的重要因素之一，因此在再生混凝土中，再生骨料的取代率也是影響收縮性能的決定性因素。肖建莊等[10]對比了普通混凝土以及取代率為50%和100%的再生混凝土，實驗發現取代率為50%和100%的再生混凝土收縮變形分別提高了17%、59%。王新杰等[11]發現無論是干燥收縮還是自收縮都隨著再生骨料取代率的增加而增加，在28d時干燥收縮增長幅度相比于自收縮更為明顯。可見再生骨料取代率的提升對收縮性能有非常不利的影響，這是由于再生混凝土中的孔隙隨著再生骨料取代率的增加而增加，從而導致水分擴散速率隨之提升，再生混凝土收縮性能也伴隨增加[12]。

1.4 再生骨料混凝土攪拌工藝

對于低強混凝土，再生骨料的攪拌工藝也存在著一定的影響，在趙陽豪[13]等的實驗中，通過對C10、C20、C30的混凝土采用不同攪拌工藝進行攪拌，數據表明新攪拌順序（天然粗骨料和再生粗骨料和50%的水攪拌30s、加水泥攪拌60s，加50%的水攪拌60s）相對舊攪拌順序（天然粗骨料和水泥攪拌30s，加所有水攪拌60s，加再生粗骨料攪拌60s）在收縮性能上有所降低。

1.5 再生骨料的品質

再生骨料由于表面附著老砂漿，并且通過破碎得來，內部存在較多的孔隙以及微裂縫，這對混凝土收縮有著不利的影響。研究發現，通過改善再生骨料本身的性能，使之與普通混凝土各項性能相近，對再生混凝土性能的提升是非常明顯的。韓帥等[15]發現通過對再生骨料顆粒整形有利于減少再生混凝土收縮率的變化，在一次顆粒整形后的再生混凝土收縮性能與普通混凝土類似，二次顆粒整形后再生混凝土收縮率較普通混凝土收縮率降低2.8%～14.6%，收縮性能已經優于普通混凝土。可見骨料品質提升對于收縮性能提升較大。

1.6 養護條件

再生混凝土受養護條件的影響較大，崔正龍[15]等人的試驗表明，再生混凝土在相對濕度(RH60%)的養護環境下，其收縮率隨著環境溫度的提升而增加，并且早期裂縫產生的時間也隨之降低。其次，養護環境的濕度對于再生混凝土的收縮性能也有著極大的影響，張冰[16]等通過研究不同養護條件（浸水養護、干濕循環養護、薄膜覆蓋養護）下的再生混凝土收縮性能的變化，發現120d時薄膜覆蓋養護相比于干濕循環養護，收縮應變增加了11.18%。

2 再生混凝土收縮的優化方法

2.1 減小再生骨料的取代率

再生骨料的性能比天然骨料差，是再生混凝土收縮性能低于普通混凝土的主要原因之一，通過降低再生骨料的取代率，可以從根本上改善再生混凝土的性能，從而有效降低再生混凝土的收縮變形。

2.2 摻外加劑

2.2.1 粉煤灰

粉煤灰具有填充作用，能夠填充水泥砂漿中的孔隙，改善孔隙結構，有效提升混凝土的密實度；并且粉煤灰能夠降低水化熱，延遲水泥的水化，從而對混凝土自收縮有明顯的抑制作用。粉煤灰的摻入能夠提升再生混凝土的各項性能，但并非摻量越多越好，粉煤灰摻量存在一個閾值，超過閾值后效果反而不佳。

2.2.2 減水劑

減水劑能在一定程度上減低水泥水化放熱的速度，延緩拌合物的凝結時間，因此能夠對早期的自收縮有一定的抑制作用。朱磊[18]等通過實驗發現取代率為100%的再生混凝土，摻入0.5%的萘系高效減水劑后，60d的干縮率為普通混凝土的1.5倍，降低了約24%。

2.2.3 膨脹劑

根據崔正龍[18]等人的試驗表明，在再生混凝土中加入膨脹劑會使混凝土的強度有所降低，但在取代率為50%的再生混凝土中加入8%～15%的膨脹劑能使收縮與相同條件下的普通混凝土相近。在混凝土內部膨脹劑與水泥產生了爭水現象，在早期水化反應中膨脹劑的水化產物鈣礬石使混凝土的體積膨脹，與混凝土本身的干燥收縮互相抵消。

2.2.4 纖維

研究發現，添加纖維能夠改善再生混凝土的部分缺陷[19]。摻入0.5%和1%的鋼纖維能夠有效抑制干縮[19]，鋼纖維的摻入約束了自由水的移動，從而減小了再生混凝土的干縮[21]。摻入較低摻量的廢棄聚丙烯纖維對再生混凝土也有明顯的效果，但摻入0.16%的廢棄聚丙烯纖維對干縮的抑制效果反而不如摻入0.12%，可見纖維摻量增加有利于減小干縮，但摻入過量的纖維反而效果不佳。另外，一些研究表明纖維摻量與纖維長度對干縮也有影響，Wu等[22]通過對比發現19mm的廢聚丙烯纖維相比于12mm的廢聚丙烯纖維，對抑制干縮更加有利。

2.3 提高再生骨料品質

2.3.1 選用粒徑較大的骨料

粒徑大的骨料能夠提供更大的收縮約束，對于水泥砂漿的水化收縮作用有著更大的阻力，對于降低再生混凝土的收縮有明顯效果[23]。

2.3.2 預濕法

預濕法能夠在一定程度上去除再生骨料表面的部分老砂漿，增強骨料的基本性能以及界面性能，從而有效提升骨料對漿體的約束，改善混凝土的收縮性能。并且預濕法能夠保證混凝土內部濕度保持一個較高的水平，延遲再生混凝土自收縮的時間[24]。江藝[25]、安新正等[26]通過實驗驗證了預濕法對再生混凝土性能的提高。

2.4 優化養護環境

為混凝土提供良好的養護環境，如采用浸水養護，為混凝土的水化提供充足的水分，從而降低由于水分蒸發而導致的混凝土的收縮。此外，浸水養護下水分充足，使得再生骨料內部充分飽和，再生混凝土也處于飽和狀態，混凝土收縮也得到抑制[16]。羅俊禮[27]也通過研究發現，蒸汽養護制度是一種提高再生混凝土收縮性能的較好的養護方式。

3 結論

由于再生骨料品質較差，相比普通混凝土，再生混凝土表現出更大的收縮。影響再生混凝土收縮性能的主要因素為：原生混凝土強度、水灰比、再生骨料取代率、再生骨料攪拌工藝、再生骨料品質以及養護條件，減小再生混凝土收縮的措施有，包括適當降低取代率，摻入外加劑，設計更好的配合比、提高再生骨料品質，選用良好的養護條件。