肖建莊，馬旭偉，劉 瓊，張航華，段珍華

(同濟大學(xué)土木工程學(xué)院，上海 200092)

0 引 言

全球目前還處于大量建設(shè)的時期，一方面，新建建筑需要消耗大量的砂石；另一方面，大量的舊建筑物被拆除產(chǎn)生數(shù)量驚人的建筑固廢。根據(jù)《2018～2023年中國建筑垃圾處理行業(yè)發(fā)展前景與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》測算，每1 000 m2建筑施工面積平均產(chǎn)生55 t建筑垃圾，建筑施工對城市建筑垃圾排放量的貢獻率為48%；每拆除1 000 m2建筑，平均產(chǎn)生800 t建筑垃圾；保守估計2019年中國產(chǎn)生建筑垃圾為30×108t以上。建筑固廢的大量堆積將會帶來土地浪費及環(huán)境污染等問題[1]，肖建莊[2]總結(jié)發(fā)現(xiàn)再生混凝土可以很好解決建筑固廢資源化問題，具有重要的社會效益；杜婷等[3]從定性、定量的角度及微觀、宏觀方面綜合分析認為，再生骨料具有很大的經(jīng)濟效益,并且大規(guī)模工業(yè)化的生產(chǎn)可以擴大該效益；徐亦冬等[4]用生命周期評價的方法證明了再生混凝土可以將廢棄物的排放量從正排放轉(zhuǎn)為負排放，具有很大的環(huán)境效益。綜上，再生混凝土技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用符合國家可持續(xù)發(fā)展和綠色發(fā)展理念。

再生混凝土的發(fā)展經(jīng)歷了一個從認識到實踐的過程，通過調(diào)研政策出臺、研究開展、規(guī)范制定、應(yīng)用實施等，總結(jié)得到再生混凝土的發(fā)展歷程與未來趨勢[5-7]，如圖1所示。全再生混凝土將是今后再生混凝土發(fā)展的新方向，其內(nèi)涵包括如下幾方面：一種觀點是再生粗骨料(RCA)或再生細骨料(RFA)達到100%取代后的混凝土可定義為全再生混凝土[8]；更普遍的觀點是同時使用再生粗骨料和再生細骨料的混凝土可定義為全再生混凝土[9]；未來，全再生混凝土更完整的概念是同時使用再生粗骨料、再生細骨料和再生粉體的混凝土[10]。建筑固廢處置加工再生粗、細骨料過程中會產(chǎn)生大量的再生粉體[11]，只有同時利用這幾種再生材料，才能達到最全面消納建筑固廢的目的。

圖1 再生混凝土的發(fā)展歷程

目前，大部分研究顯示再生混凝土制品在性能方面異于普通混凝土[12-13]，并且取代率是影響再生混凝土性能的重要因素。全再生混凝土中包含建筑固廢再生材料比例更高，性能的差異更加明顯[14]，其研究、推廣和應(yīng)用前景尚不完全清晰，但全再生混凝土具有高效消納建筑固廢的能力，更能充分體現(xiàn)再生混凝土的社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，必然成為未來再生混凝土發(fā)展的新方向。因此，有必要對已有的研究成果進行梳理總結(jié)，從全再生混凝土概念衍化的角度出發(fā)，分別對其配合比設(shè)計、工作性能、力學(xué)性能以及耐久性能方面的研究進行總結(jié)分析，找到合理的配合比設(shè)計方法、全再生混凝土性能劣化的規(guī)律和再生粉體的摻加對全再生混凝土性能產(chǎn)生的影響，以及可能的再生材料取代率和取代方式的建議，為以后相關(guān)研究的開展提供科學(xué)參考。

1 再生粗、細骨料單取代的混凝土

1.1 再生骨料單取代的混凝土配合比設(shè)計

目前主要的配合比設(shè)計方法可以分為3類：

第一類為基于普通混凝土配合比設(shè)計方法衍生得到的方法。如保證坍落度的配合比設(shè)計方法[15]、基于正交試驗的設(shè)計方法[16-17]、等質(zhì)量/等體積替換天然骨料的配合比設(shè)計方法[18]。這些方法以成熟的普通混凝土配合比設(shè)計理論為基礎(chǔ)，可行性與可操作性強，但是較難體現(xiàn)出再生骨料的特性。

第二類為針對再生骨料特性的配合比設(shè)計方法。如基于取代率和骨料品質(zhì)的再生混凝土配合比設(shè)計方法[19]、基于自由水灰比的混凝土配合比設(shè)計方法[20]。該方法將再生骨料品質(zhì)、高吸水率等特征充分融入設(shè)計方法中，更加適合再生混凝土的配制，只是可操作性有所降低。

第三類為針對特殊再生骨料或配制特種再生混凝土的配合比設(shè)計方法。如基于密實骨架堆積設(shè)計法的石屑混凝土配合比設(shè)計方法[21-22]。該方法因為其對象的特殊性，應(yīng)用范圍有限。

1.2 再生骨料單取代的混凝土工作性能

1.2.1 再生粗骨料混凝土

從混凝土坍落度和達到相同坍落度所需的用水量(簡稱用水量)兩方面分別觀察再生粗骨料取代率RC和再生細骨料取代率RF對混凝土工作性能的影響。為了便于總結(jié)影響規(guī)律，將柯國軍等[23]、孫家國等[24]、王雪芳等[25]、邵蓮芬等[26]、郭遠新等[27]、王曉飛[28]、于江等[29]的試驗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為與普通混凝土坍落度及用水量的比值，記為坍落度比和用水量比，結(jié)果如圖2，3所示。

圖2 再生粗骨料取代率對坍落度及坍落度比的影響

圖3 再生粗骨料取代率對用水量及用水量比的影響

通過圖2(a)及圖3(b)可以看出：當取代率達到30%時坍落度下降趨勢增大，用水量與取代率之間有較明顯的線性關(guān)系；當100%取代時，坍落度下降了約40%，用水量增加了10%。其主要原因為再生粗骨料表面粗糙、吸水率大、孔隙多、用漿量多，攪拌時須增加部分水來進行補償，從而達到目標坍落度[30]。同時，肖建莊等[31]分析發(fā)現(xiàn)混凝土拌合物在拌合與澆筑時的摩擦阻力因骨料表面的粗糙而有所增大，從而黏聚性和保水性得以提高。

1.2.2 再生細骨料混凝土

同樣分析孫宇坤等[32]、石瑩等[33]、馮慶革等[34]、聶立武等[35]、肖建莊等[36]、李秋義等[37]的試驗數(shù)據(jù)(圖4，5，其中W/C為水灰比，w為混凝土中的水泥用量)，發(fā)現(xiàn)再生細骨料混凝土工作性能隨著取代率的增加而降低。用水量和取代率之間同樣存在著較為明顯的正相關(guān)關(guān)系，當取代率在30%以內(nèi)時，其坍落度變化幅度很小；當取代率達到100%時，混凝土的用水量增加5%～10%，坍落度降低了約20%。其原因在于再生細骨料顆粒表面粗糙造成骨料間摩擦力增大，降低了混凝土的流動性[38]，并且再生細骨料的孔隙率大，所需填充孔隙的水泥漿量也大，從而造成包裹骨料的水泥漿層厚度減小，潤滑作用減小，進一步降低混凝土的工作性[39]。

圖4 再生細骨料取代率對坍落度及坍落度比的影響

圖5 再生細骨料取代率對用水量及用水量比的影響

1.3 再生骨料單取代的混凝土力學(xué)性能

1.3.1 再生粗骨料混凝土

根據(jù)胡敏萍[40]、Ngoc等[41]、Thomas等[42]、徐蔚[43]的試驗數(shù)據(jù)，分析混凝土抗壓強度與取代率的關(guān)系，用不同試驗數(shù)據(jù)的抗壓強度比擬合曲線(圖6)?？傮w而言，隨著再生粗骨料取代率增加，混凝土抗壓強度降低。當取代率較低時對強度的影響不明顯，當取代率達到30%及更高時，強度降低趨勢會增大，達到100%取代時，強度降低了約20%。文獻[40],[42],[44]～[47]的試驗數(shù)據(jù)表明，劈裂抗拉強度對取代率的變化更加敏感，會隨著再生骨料取代率的增加而迅速降低，100%取代率時降低25%。彈性模量的變化趨勢與抗壓強度類似，在取代率達到30%后迅速降低，最高降低約40%。

圖6 再生粗骨料取代率對抗壓強度及抗壓強度比的影響

從現(xiàn)有結(jié)果來看，當取代率低于30%時，再生粗骨料混凝土的抗壓強度變化很小，超過30%后，其各項力學(xué)性能迅速下降。分析其原因為：一方面再生粗骨料表面粗糙，其取代率的增加會增大漿體與骨料間的黏結(jié)力[48]，即再生粗骨料的正面效應(yīng)；另一方面根據(jù)耿歐等[49]、孫連波等[50]對細觀結(jié)構(gòu)的研究，再生骨料表面的粉塵增多，阻礙漿體與骨料之間的黏結(jié)作用，肖建莊等[51]的研究指明再生粗骨料在破碎過程中內(nèi)部產(chǎn)生了許多微小裂縫，因此更容易形成應(yīng)力集中，降低了其承載和傳力能力，即再生粗骨料的負面效應(yīng)。當取代率較小時，正面效應(yīng)較大，但隨著取代率的增大，負面效應(yīng)漸漸超過正面效應(yīng)，最終出現(xiàn)混凝土抗壓強度隨取代率的增加先上升后下降的試驗結(jié)果[52]。

1.3.2 再生細骨料混凝土

分析聶立武等[35]、肖建莊等[36]、李秋義等[37]、郝彤等[53]的試驗(圖7)，發(fā)現(xiàn)再生細骨料混凝土在取代率達到30%之前，抗壓強度基本不會受到影響，在達到100%取代率后其抗壓強度降低20%左右。根據(jù)Bravo等[54]、戴鵬[55]的試驗結(jié)論，當再生細骨料取代率低于30%時，抗拉強度基本沒有變化，取代率超過30%后抗拉強度的減小速率加快，可降低15%～40%。

圖7 再生細骨料取代率對抗壓強度及抗壓強度比的影響

根據(jù)現(xiàn)有結(jié)論，再生細骨料混凝土在取代率低于30%之前，其基本性能無明顯變化，超過30%后各項力學(xué)性能均下降。主要的原因為：一方面隨著再生細骨料取代率增加，細骨料中裂縫增多，混凝土的孔隙率增大；另一方面再生細骨料中含有的水泥顆粒會繼續(xù)進行水化反應(yīng)，再生細骨料內(nèi)部的吸附水將用于水化養(yǎng)護，提高混凝土后期強度發(fā)展，同時當取代率較小時，天然砂能與再生細骨料形成更加良好的級配，從而降低骨料的空隙率[56]。隨著取代率增大，不利作用超過有利作用，混凝土的力學(xué)性能下降。

1.4 再生骨料單取代的混凝土耐久性能

1.4.1 再生粗骨料混凝土

針對再生粗骨料混凝土耐久性的相關(guān)研究也有很多，根據(jù)肖建莊等[57]的總結(jié)分析，再生粗骨料混凝土的抗碳化性能低于同水灰比的普通混凝土，但與同強度等級的普通混凝土接近，并且當取代率低于70%時，碳化深度隨著取代率的增加而增大，取代率超過70%后，其碳化深度有所下降[58]。趙偉[59]試驗發(fā)現(xiàn)再生粗骨料混凝土的干燥收縮變形大于普通混凝土，且隨著取代率的增加而增加，Eguchi等[60]分析其原因為再生骨料彈性模量較小，老砂漿吸水后收縮，使得粗骨料對水泥砂漿干燥收縮變形的抑制作用降低。根據(jù)肖建莊等[57]的總結(jié)，再生粗骨料混凝土的抗氣滲透和抗氯離子滲透性能均低于普通混凝土，申士軍等[61]用Fick第二定律進行了解釋，Limbachiya等[62]、肖開濤[63]分別通過試驗得出再生粗骨料混凝土抗氣滲透與抗氯離子滲透性能都隨取代率的增大而降低，但當取代率低于30%時，其抗氣滲透性能基本沒有變化。這主要因為再生混凝土的孔隙率隨著粗骨料取代率的增加而增大，但是Medina等[64]發(fā)現(xiàn)當采用再生陶瓷骨料時，雖然混凝土的孔隙率有所增大，但其抗氣滲透性能卻沒有變化。Dhir等[65]試驗發(fā)現(xiàn)，當取代率低于50%時，再生粗骨料混凝土的耐磨性能和抗硫酸鹽腐蝕性能基本沒有變化，且與普通混凝土接近，當取代率超過50%后，其耐磨性能和抗硫酸鹽磨損性能隨著取代率的增加而下降。

1.4.2 再生細骨料混凝土

劉星偉等[66]研究發(fā)現(xiàn)再生細骨料混凝土的碳化深度隨著取代率的增加而增加，根據(jù)Evangelista等[67]的研究結(jié)論，當取代率達到100%時，其碳化深度增大了35%。孫家瑛等[68]研究發(fā)現(xiàn)當取代率低于40%時，再生細骨料混凝土的抗塑性收縮性能基本沒有變化，超過40%后，其抗塑性收縮能力降低幅度迅速加大，當達到100%取代率時，其裂縫最大寬度與普通混凝土相比增加了184%，最大長度增加了16%，裂縫面積增加了370%。肖開濤[63]通過試驗發(fā)現(xiàn)再生細骨料混凝土的抗氯離子滲透性能隨著取代率的增加而下降，并且再生細骨料對混凝土抗氯離子滲透性能的影響要大于再生粗骨料。分析其原因為破碎后的再生細骨料空隙率大，表面存在微裂縫，同時試驗中需要添加附加水來滿足拌合物對工作性能的要求，導(dǎo)致再生細骨料混凝土的水灰比過高、密實度較低、孔隙率和孔徑較大，最終表現(xiàn)為混凝土的耐久性能下降，并且相同取代率下的再生粗骨料混凝土表面附著老砂漿含量更高，導(dǎo)致再生粗骨料混凝土的密實度更低，耐久性更差。

2 再生粗、細骨料雙取代的混凝土

2.1 再生骨料雙取代的混凝土配合比設(shè)計

相比再生骨料單取代混凝土，再生骨料雙取代混凝土的試驗研究和工程應(yīng)用較少。常見的再生骨料全取代的混凝土配合比設(shè)計方法如下：

(1)全面試驗法?？紤]所有變量的各種組合，找到其中的最優(yōu)配合比。該方法結(jié)果準確，但是試驗工作量龐大，周期長，數(shù)據(jù)繁雜。

(2)正交試驗法?；谡辉囼灥呐浜媳仍O(shè)計方法[69]用部分試驗代替全面試驗，減少不必要的工作量，易于分析出各因素的主效應(yīng)。

(3)自由水灰比法。基于自由水灰比的配合比設(shè)計方法[70]充分體現(xiàn)了再生骨料的高吸水率特性，被廣泛用于雙取代再生混凝土的配制。

(4)等量砂漿法?；诘攘可皾{法的再生混凝土配合比設(shè)計方法[71]通過調(diào)整再生骨料的量，使最終混凝土中骨料體積和漿體體積量值與相應(yīng)普通混凝土中各量值相等。該方法充分體現(xiàn)了再生骨料中殘余漿體的特性。

(5)基于再生骨料品質(zhì)和取代率的再生混凝土配合比設(shè)計方法[72]。結(jié)合試驗研究、數(shù)值分析和理論分析，建立高精度的用水量和強度計算公式，最終得到再生混凝土配合比。該方法可以提出精確的再生骨料雙取代混凝土強度計算公式，但是需要大量的試驗數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)。

2.2 再生骨料雙取代的混凝土工作性能

再生骨料雙取代的混凝土工作性能與再生粗骨料和再生細骨料的取代率都有關(guān)系。根據(jù)蘇林行等[73]的研究，再生骨料雙取代的混凝土相比普通混凝土，其工作性能顯著降低。當再生粗骨料取代率一定時，用水量隨著再生細骨料取代率的增加而增加；再生細骨料取代率一定時，用水量同樣隨著再生粗骨料取代率的增加而增加，并且二者的變化規(guī)律均呈較好的線性關(guān)系，當再生粗骨料取代率達到75%或再生細骨料取代率達到50%時，用水量的增加趨勢變緩。這是因為再生細骨料的表面附著有較多的微粉[74]，在攪拌過程中與水發(fā)生反應(yīng)后附著在骨料的表面，從而減少了被再生骨料所吸收的水分，所以相比較再生粗骨料其用水量略少，如圖8所示。

圖8 再生骨料取代率對用水量的影響

由圖8可以看出，當再生粗骨料與再生細骨料均達到100%取代率時，用水量達到最大，比普通混凝土增加了22%。標注出用水量增加10%的分界線，同樣發(fā)現(xiàn)當再生粗骨料取代率達到75%或再生細骨料取代率達到50%時，用水量增加幅度將超過10%，同時表明，再生細骨料取代對混凝土工作性能的影響大于再生粗骨料取代，張淑泉等[69]也用正交試驗分析證明了這個結(jié)論。

2.3 再生骨料雙取代的混凝土力學(xué)性能

2.3.1 立方體抗壓強度

分析蘇林行等[73]的試驗，發(fā)現(xiàn)當再生粗骨料取代率一定時，混凝土抗壓強度隨再生細骨料取代率的增加而減小，且曲線隨著再生粗骨料取代率的增加而平緩，這表明再生粗骨料的添加弱化了再生細骨料取代率對抗壓強度的影響，并且隨著再生粗骨料取代率的增加，這種弱化效果更加明顯。再生細骨料的添加也會帶來同樣的弱化效果。當再生粗骨料與再生細骨料均達到100%取代率時，抗壓強度達到最低，比普通混凝土降低了40%，當再生粗骨料取代率超過50%或再生細骨料取代率超過50%時，抗壓強度的下降幅度超過10%。采用郭樟根等[74]的試驗數(shù)據(jù)對該結(jié)果進行驗證，發(fā)現(xiàn)兩者相吻合，如圖9，10所示。對比分析再生粗骨料與再生細骨料各自100%取代的再生骨料雙取代混凝土抗壓強度降低幅度，發(fā)現(xiàn)前者大于后者，說明再生粗骨料取代對再生骨料雙取代混凝土抗壓強度的影響大于再生細骨料取代，張淑泉等[69]用正交試驗、Cabral等[75]對比抗壓模型均得到了同樣的結(jié)論。

圖9 文獻[73]再生骨料取代率對抗壓強度的影響

圖10 文獻[74]再生骨料取代率對抗壓強度的影響

將一些經(jīng)過試驗驗證的再生骨料雙取代的混凝土強度預(yù)測模型整理在表1中。可以看出，現(xiàn)有的再生骨料雙取代的混凝土強度還沒有形成公認的預(yù)測模型，當其粗骨料為再生混凝土骨料時，鮑羅米公式仍然在調(diào)整合理的參數(shù)后適用，當再生粗骨料為其他類型時，鮑羅米公式的適用性仍然有待驗證。

2.3.2 其他力學(xué)性能與抗壓強度的關(guān)系

將部分經(jīng)試驗驗證的再生骨料雙取代混凝土其他力學(xué)性能預(yù)測模型進行整理，并與普通混凝土預(yù)測模型計算結(jié)果進行對比，如表2所示。發(fā)現(xiàn)再生骨料雙取代混凝土的其他力學(xué)性能評價模型均是以普通混凝土模型為基礎(chǔ)，通過數(shù)據(jù)擬合的方式得到合適的參數(shù)，從而得到評價模型。對于軸心抗壓強度而言，按照普通混凝土規(guī)范計算的結(jié)果偏于安全，對于劈裂抗拉強度及彈性模量，按照普通混凝土規(guī)范計算的結(jié)果偏于危險，因此當需要快速評估再生骨料雙取代混凝土的其他力學(xué)性能時，軸心抗壓強度可以按照普通混凝土規(guī)范中的模型進行計算，彈性模量和劈裂抗拉強度則不適用此類預(yù)測方法。

表1 再生骨料雙取代的混凝土強度預(yù)測模型Tab.1 Strength Prediction Model of Recycled Aggregate Replacing Concrete

表2 再生骨料雙取代的混凝土其他力學(xué)性能預(yù)測模型Tab.2 Mechanical Property Prediction Model of Recycled Aggregate Replacing Concrete

2.4 再生骨料雙取代的混凝土耐久性能

牛海成等[80]通過試驗對比發(fā)現(xiàn)碳化深度隨著再生骨料取代率的增加而增加，并且再生細骨料對混凝土碳化深度的影響要小于再生粗骨料，當再生粗、細骨料均達到100%取代率時，混凝土的碳化深度比普通混凝土增加了73%。分析其原因為再生骨料一方面使得混凝土的孔隙率增大，抗碳化性能減弱，另一方面使得老砂漿含量上升，碳化物質(zhì)增多，增加了抗碳化性能，骨料品質(zhì)、取代率等因素不同，二者作用的大小不同。韋慶東等[81]采用電通量法研究混凝土的抗氯離子滲透性能，發(fā)現(xiàn)其隨著再生粗骨料與再生細骨料取代率的增加而降低，Tangchirapat等[82]的試驗數(shù)據(jù)同時表明，相比普通混凝土，再生骨料雙取代的混凝土抗氣滲透性能會大幅度降低。Ravindrarajah等[83]通過試驗得出，再生粗、細骨料雙取代的混凝土收縮變形明顯大于普通混凝土，并且隨著取代率的增加而增大。再生粗、細骨料雙取代的混凝土耐久性能下降主要是因為再生骨料生產(chǎn)時裂縫較多及老砂漿使得界面過渡區(qū)增多，最終導(dǎo)致混凝土的孔隙率增大，耐久性能降低。

3 再生粉體對混凝土的影響

3.1 再生粉體對工作性能的影響

試驗研究表明，再生粉體中含有大量C—S—H凝膠體，其比表面積比較大，對減水劑的吸附能力強，因此高摻量再生粉體會導(dǎo)致混凝土坍落度損失過快。再生粉體的取代率和取代方式對于混凝土工作性能的影響程度不同，比如再生磚粉取代率增加，混凝土的流動度將降低[84]；再生混凝土粉和再生磚粉以一定比例取代粉煤灰，當取代率小于10%時，摻合料有較好的復(fù)合效果[85]；當再生磚粉取代水泥或硅灰制備活性粉末混凝土?xí)r，隨著再生磚粉取代率增加，混凝土的工作性能和力學(xué)性能都降低[86]。一般來說，復(fù)摻的效果優(yōu)于再生粉體單摻，薛翠真等[87]研究了建筑垃圾復(fù)合粉體材料摻量對C30混凝土性能的影響并進行了機理分析，發(fā)現(xiàn)復(fù)合粉體材料顆粒級配良好，活性發(fā)揮較佳，能改善混凝土的孔徑分布，促進混凝土中大孔向小孔轉(zhuǎn)化，提高混凝土的性能。

3.2 再生粉體對力學(xué)性能的影響

3.2.1 單摻再生粉體

張修勤[88]、陳雪等[89]試驗發(fā)現(xiàn)，隨著再生粉體摻量的增加，混凝土強度減小，并且減小的幅度也在上升。當再生粉體摻量較低時，強度下降并不明顯，甚至?xí)霈F(xiàn)強度增高的現(xiàn)象。這是因為：一方面，經(jīng)過物理研磨活化后的再生粉體的細度比水泥小，能夠稀釋和分散水泥顆粒，促進水泥水化，填充水泥漿體的孔隙，提高密實度，即再生粉體對混凝土的正面效應(yīng)[90]；另一方面，再生粉體取代水泥后，水泥質(zhì)量分數(shù)減少，降低了水化產(chǎn)物生成量，且再生粉體活性低，參與水泥水化反應(yīng)的能力有限，造成混凝土強度的降低，即再生粉體對混凝土的負面效應(yīng)[91]。隨著再生粉體摻量增大，正面效應(yīng)逐漸被負面效應(yīng)掩蓋，所以抗壓強度逐漸降低。

3.2.2 復(fù)摻再生粉體

常見的再生粉體包括再生混凝土粉與再生磚粉，試驗表明再生混凝土粉與再生磚粉不同比例復(fù)摻后，所配制的混凝土早期抗壓強度都比單摻再生粉體低[92]。比較后期強度時發(fā)現(xiàn)，復(fù)摻與單摻的同齡期抗壓強度差距較小，并且復(fù)摻可以改善混凝土的工作性能。這是因為復(fù)合摻合料取代水泥的比例越高，參與早期水化反應(yīng)的水泥就越少，而再生粉體發(fā)揮早期的活性作用不強，對增加早期強度的貢獻較小；隨著養(yǎng)護齡期的延長，水泥的水化更充分，混凝土體系中Ca(OH)2濃度升高，再生粉活性被激發(fā)，二次水化作用增強，能夠有效地減緩混凝土后期抗壓強度的降低[93]。同時再生粉體與礦粉復(fù)摻時，早期和后期抗壓強度相比單摻再生粉體都有所提高，且后期強度提高相比早期更明顯[94]。分析認為，再生粉體和礦粉在混凝土中都能起到一定的微集料效應(yīng)，但再生粉體的活性比礦粉低，礦粉早期和后期在堿性物質(zhì)的激發(fā)下都能發(fā)生二次水化反應(yīng)，從而有效提高混凝土的強度。

4 全再生混凝土問題及展望

全再生混凝土從最初的再生骨料單取代100%，發(fā)展到再生粗細骨料雙取代，其對建筑固廢的消納能力得到普遍認可，下一步要將再生粉體作為膠凝材料摻合料加入混凝土中，得到最符合全再生意義的生態(tài)混凝土。

研究表明，當再生粗骨料與再生細骨料取代率均達到100%時，混凝土抗壓強度下降了40%左右，用水量增加了20%左右。雖然合理的再生粉體摻量會改善再生骨料雙取代混凝土的性能，但效果有限，全再生混凝土性能下降還是限制其應(yīng)用的主要原因。目前全再生混凝土的研究還停留在初級階段，關(guān)于全再生骨料引起的混凝土性能變化的機理研究、理論模型的建立等大量工作需要進一步開展。

智能破碎工藝可以解決傳統(tǒng)的機械破碎作業(yè)帶來的噪聲及粉塵污染等問題，全再生混凝土與之結(jié)合可以更充分地體現(xiàn)綠色、可持續(xù)發(fā)展的特色。目前智能破碎的研究可以分為2類：第一類為智能破碎工藝，比如擺振水射流破碎混凝土技術(shù)[95]、超高壓水射流破拆機器人噴槍結(jié)構(gòu)設(shè)計[96]等；第二類為破碎工藝的智能控制研究，比如基于Marx發(fā)生器充電電源智能控制方法[97]等。

在配合比設(shè)計方面，可以充分利用機器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代技術(shù)方法。比如肖瑞敏[98]提出的混凝土配合比全計算及智能化設(shè)計，李順[99]充分利用“數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)”提出了混凝土配合比設(shè)計優(yōu)化方法，龍宇[100]基于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提出了一種自密實混凝土配合比設(shè)計方法等?；跈C器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)可以大幅度地減少配合比設(shè)計中的計算量及試驗量，縮短全再生混凝土的配合比設(shè)計方法開發(fā)周期。

混凝土可靠性分析和安全性評價的基礎(chǔ)是混凝土抗壓強度的統(tǒng)計參數(shù)和概率分布，全再生混凝土抗壓強度的概率分布與再生粗骨料、再生細骨料和再生粉體均有關(guān)，肖建莊及其團隊在再生混凝土抗壓強度概率分布方面做了大量研究[36,101-102]。研究發(fā)現(xiàn)：當再生粗骨料來源相同或性能相近的情況下，再生粗骨料取代率對混凝土抗壓強度的變異系數(shù)影響不大；當再生粗骨料為不同來源廢棄混凝土混合得到的集料時，混凝土的方差和變異系數(shù)將增大；再生細骨料混凝土的離散性要大于普通混凝土，當再生細骨料的取代率為40%時，混凝土的抗壓強度標準差達到最大。因此，全再生混凝土抗壓強度概率分布研究可以先采用來源相同或性能相近的再生粗骨料，在減少變量的情況下研究再生細骨料及再生微粉的影響。全再生混凝土的應(yīng)用還面臨著成本、風(fēng)險等方面的問題，因此需要相關(guān)的政策支持來推動。

5 結(jié)語

(1)整體上，再生粗骨料混凝土和再生細骨料混凝土的工作性能、力學(xué)性能和耐久性能隨著再生骨料取代率的增加而降低。當再生粗骨料和再生細骨料單取代的取代率低于30%時，混凝土的工作性能和抗壓強度變化不明顯。當粗骨料取代率達到100%時，用水量增加10%，坍落度下降了約40%，強度降低了約20%。當細骨料取代率達到100%時，用水量增加5%～10%，坍落度下降了約20%，強度降低了15%～40%。

(2)對于再生粗、細骨料雙取代混凝土，再生粗骨料對抗壓強度有更明顯的影響，再生細骨料對工作性能的影響更大。當二者均達到100%取代率時，用水量增加了10%，抗壓強度降低了約40%，建議再生粗骨料取代率與再生細骨料取代率均不超過50%。

(3)再生骨料雙取代的混凝土軸心抗壓強度根據(jù)現(xiàn)有普通混凝土規(guī)范進行取值時結(jié)果偏于安全；其抗拉強度和彈性模量根據(jù)現(xiàn)有普通混凝土規(guī)范進行取值時結(jié)果偏于危險。

(4)再生粉體常見的參與混凝土配制的方式有2種：一種是取代水泥，另一種是取代粉煤灰等摻合料。一般來說，不同種類的再生粉體復(fù)摻及再生粉體和礦粉復(fù)摻的效果要優(yōu)于再生粉體單摻，但復(fù)摻很多情況會導(dǎo)致混凝土的早期強度降低。

(5)全再生混凝土具有巨大的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益，是今后再生混凝土發(fā)展的新方向?？梢越Y(jié)合智能破碎工藝、機器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代技術(shù)方法來促進其精細加工和精準設(shè)計；基于全再生混凝土構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的可靠性分析，可以實現(xiàn)全再生混凝土的安全應(yīng)用。