趙 華 高益康 田 乾 關(guān)博文 胡 勇 韓玉金

(1.南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院 南昌 330031；2.長安大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 西安 710064；3.江西秀川科技有限公司 南昌 330000)

引言

隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，公路運輸建設(shè)、建筑工程、水利水電等行業(yè)發(fā)展迅速，工程建設(shè)對集料的需求不斷增長。據(jù)估算，我國每年基礎(chǔ)建設(shè)集料的需求量在120億噸左右。砂石骨料是重要的大宗建筑材料，更是不可再生的資源。隨著環(huán)保治理的不斷深入，受制于環(huán)保政策的影響，我國部分省市地方砂石生產(chǎn)因環(huán)保問題陸續(xù)停產(chǎn)和整改，工程建設(shè)單位出現(xiàn)嚴(yán)重的砂石緊缺情況，甚至出現(xiàn)買不到而陷入長期停工的困難狀況。砂石料的短缺不僅阻礙了基礎(chǔ)設(shè)施建筑行業(yè)的發(fā)展，對我國經(jīng)濟發(fā)展也產(chǎn)生了不利影響。

土木工程的發(fā)展促進(jìn)了城市建設(shè)和現(xiàn)代化進(jìn)程，也伴隨著嚴(yán)重的資源消耗和大量建筑垃圾的排放。據(jù)統(tǒng)計，我國廢棄混凝土等建筑垃圾每年以8%的速率上升，2020年達(dá)到了6.4億噸。為了踐行習(xí)近平總書記“綠水青山就是金山銀山”的生態(tài)文明理念，保護現(xiàn)有天然砂石骨料資源，采用建筑垃圾替代天然集料制備再生混凝土尤為重要。再生混凝土是指將廢混凝土經(jīng)特殊處理制成再生骨料，用其部分或全部代替天然骨料(砂石)配制而成。利用建筑垃圾制備再生混凝土在近年來已成為各國學(xué)者研究的熱點。

為了將建筑垃圾資源制備的再生混凝土廣泛的應(yīng)用到基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，大幅度降低工程中使用新石料的成本，同時提高再生混凝土服役壽命，本文從制備方法、工作性、力學(xué)性能、收縮性以及耐久性等五個方面系統(tǒng)地評述了再生混凝土的研究現(xiàn)狀，并探討了現(xiàn)有研究存在的問題以及對后續(xù)研究提出的建議。

1 制備方法

在制備方法方面，國內(nèi)外學(xué)者對再生骨料采用預(yù)濕、裹漿、多次攪拌等工序，以提高再生混凝土的密實度，減少界面過渡區(qū)形成，以提升再生混凝土的力學(xué)性能。主流方法可分為二次攪拌法、三次攪拌法以及一些新提出的其他方法。

1.1 二次攪拌法

研究發(fā)現(xiàn)以水泥砂漿法、水泥裹砂石法為代表的二次攪拌工藝，可提高混凝土強度、耐久性、攪拌效率及抗凍性、抗?jié)B性、抗碳化性等性能，節(jié)省水泥用量約5%～10%[1]。與天然混凝土傳統(tǒng)的混合方法相比較而言，二次攪拌工藝加入了預(yù)混過程，這是二次攪拌法極為重要的一步，它在再生骨料表面形成了一層薄的水泥漿，以此來減少混凝土受碰撞、研磨等外力的影響，減少再生骨料內(nèi)部存在的大量微裂紋[2]，從而改善再生混凝土的力學(xué)性能。

兩階段攪拌工藝(Two stage mixing approach，TSMA)是早期由Tam[3]提出一種改善后的二次攪拌方式(DM)，用于解決再生混凝土受內(nèi)部微裂紋和表面砂漿使再生骨料的孔隙率、吸水率和壓碎值增大等問題，從根源上擴寬了再生混凝土的應(yīng)用范圍，為其他二次攪拌法提供了重要的參考意見。而這種制備方法的重點是在混凝土攪拌過程中對于水補充時間上做出了一定調(diào)整。分兩階段加水，水分別起著不同作用，在一階段加入部分水及水泥進(jìn)行混合，使骨料表面裹上一層薄的水泥漿，它能夠滲透到多孔的舊水泥砂漿中填充其裂縫和空隙，以提高再生骨料的密實度；在二階段的混合過程中，再加入剩余的水以完成混凝土攪拌。具體流程如圖1所示。

圖1 DM兩次攪拌工藝流程圖

Ali等[4]研究了水泥漿裹法對再生混凝土性能的影響。其制備過程：將水泥和水混合攪拌制備水泥凈漿，然后投入再生骨料攪拌 10min，充分?jǐn)嚢韬笸度肷白雍吞烊还橇?。如圖2所示。

圖2 Ali水泥漿裹法

與傳統(tǒng)攪拌工藝相比，采用水泥漿裹再生骨料法生產(chǎn)的再生混凝土，在抗壓強度、抗拉強度和黏結(jié)強度上均有一定程度的提高，抗壓強度和抗拉強度的提高尤為明顯。

王玲玲等[5]采用水泥裹砂法制備了C20、C30、C40三種不同強度等級的再生混凝土。具體制備流程如圖3所示。試驗表明，相比于傳統(tǒng)攪拌工藝，采用水泥裹砂法制備的C20、C30、C40 再生混凝土7d抗壓強度可分別提高8.2%、12.9%、11.6%，其28d 抗壓強度可分別提高 6.0%、7.3%、6.3%。

圖3 王玲玲水泥裹砂法

二次攪拌工藝對再生混凝土性能有一定的改善，但水泥石與骨料之間依然存在薄弱的界面過渡區(qū)(Interface transition zone，ITZ)。為進(jìn)一步增強 ITZ 性能，一些學(xué)者探索出能進(jìn)一步提高性能的三次攪拌工藝。

1.2 三次攪拌法

三次攪拌工藝，是指在二次攪拌工藝的基礎(chǔ)上增加了礦物摻合料攪拌階段的工藝。研究發(fā)現(xiàn)以礦物摻合料或納米材料裹骨料法和TM 攪拌工藝為代表的三次攪拌法可以進(jìn)一步提升再生混凝土的性能。三次攪拌法在本質(zhì)上還是利用粗骨料表面的低水灰比火山灰質(zhì)微粉漿體。由于水膠比相對較低，其內(nèi)部的活性顆?？梢蕴畛湓偕橇霞敖缑孢^渡區(qū)的孔隙和裂縫，使再生骨料更密實，進(jìn)而提升再生混凝土性能。

Li等[6]采用礦物摻合料(如粉煤灰、礦渣等)裹骨料的方法制備了再生混凝土，具體制備流程如圖4所示。試驗結(jié)果表明，礦物摻合料裹石工藝比傳統(tǒng)攪拌工藝和水泥裹石工藝更能提高再生混凝土的工作性能、抗壓強度和抗彎強度。

圖4 火山灰質(zhì)礦物摻合料裹骨料法

Kong等[7]在DM 基礎(chǔ)上采用三次攪拌法(TM)，增加再生骨料裹漿和攪拌次數(shù)。先在粗細(xì)骨料(包括天然和再生骨料)中加入部分水，在充分預(yù)濕粗骨料后；再摻入礦物混合料，待骨料表面形成一層火山灰質(zhì)微粉漿體后；再加入水泥及剩余的水。具體攪拌過程如圖5所示。在第一階段加入部分水的目的主要是為保證再生骨料不會吸水膨脹，避免形成較薄弱的界面。且此方法還能用于提高再生混凝土的抗壓強度和抗氯離子滲透性。

圖5 三次攪拌法(TM)

1.3 其他攪拌方法

Wang 等[8]采用超細(xì)火山裹漿法，工序包括骨料預(yù)濕、3次加水和4次攪拌，稱為“W3T4”法，具體制備方法如圖6所示。制備的再生混凝土試件與基準(zhǔn)混凝土相比，養(yǎng)護齡期90d時抗壓強度提高14.5%。制備方法的改善使新砂漿包裹再生骨料更加緊密；經(jīng)預(yù)濕后再生骨料內(nèi)多余的水分與新漿體發(fā)生二次水化反應(yīng)并形成內(nèi)養(yǎng)護機制；多次加水?dāng)嚢韬褪褂酶咝p水劑使得膠凝材料水化反應(yīng)更加充分，且再生混凝土微觀結(jié)構(gòu)更加致密化。

圖6 “W3T4”法

Hiremath 等[9]通過活性粉末混凝土(RAC)試驗證明，四步攪拌方法可提升 RAC強度和流動性。

綜上，多次攪拌工藝相較于單次攪拌工藝的優(yōu)化主要體現(xiàn)在界面過渡區(qū)和孔隙結(jié)構(gòu)的改善。再生混凝土力學(xué)性能的提高在于減少其內(nèi)部的大量裂紋或增加材料的密實度。就多次攪拌制備工藝流程設(shè)計而言，其中大多數(shù)的制備工藝通過控制投料順序和水的投入次數(shù)來進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。

從試驗結(jié)果看，與二次攪拌工藝相比，三次攪拌工藝可以更好地提升性能。目前混凝土多步攪拌還只在實驗室階段，與工程實際仍有一定距離。其中部分試驗，往往忽視了一個客觀存在事實，對于攪拌機的要求，甚至有些制備方法還需要專門的高速攪拌機，這對于機械的穩(wěn)定性和耐久性也是一個考驗。所以在選擇多次攪拌方法時，還需考慮到機械成本。要做到真正發(fā)展多次攪拌工藝，必須首先明確其機理與目的，避免盲目追求分批多次攪拌，考慮其經(jīng)濟性和實用性。

除了對制備方法的研究，也有部分學(xué)者對于再生骨料進(jìn)行預(yù)處理，意在去除其外部附著的硬化砂漿，但由于此種方式過于繁雜且浪費能源而逐漸淡出人們的視野。董武等[10]提出來振動攪拌技術(shù)。振動既能使骨料表面趨于清潔，又增加了各組分運動軌跡交叉碰撞次數(shù)，有利于水泥吸附后水化形成C-S-H凝膠以及水泥和團粒等的彌散。至此如果將先進(jìn)的震動技術(shù)與多次攪拌工藝相結(jié)合，或?qū)⒄宫F(xiàn)出更加優(yōu)異的效果。

2 工作性和力學(xué)性能

2.1 工作性

新拌混凝土的施工和易性又稱工作性。對于再生混凝土而言，由于再生骨料來源多樣，組成成分駁雜，更為嚴(yán)重地阻礙著再生混凝土的應(yīng)用。正因如此，有關(guān)再生混凝土工作性的研究已是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點之一。本節(jié)將結(jié)合最新的報道，對再生混凝土工作性進(jìn)行討論。

2.1.1 替換率和水補償

張明杰等[11]研究表明，坍落度隨再生骨料替換率的增大而減小，并且替換率越大，坍落度減小的越顯著。周磊[12]通過試驗對比粗骨料與細(xì)骨料發(fā)現(xiàn)，在單摻雜情況下，細(xì)骨料替換率增加對工作性以及力學(xué)性能影響更為嚴(yán)重，并建議再生骨料復(fù)摻取代率不宜超過50%，為保證混凝土的工作性，宜先對再生骨料進(jìn)行預(yù)濕處理，且預(yù)濕含水率應(yīng)接近其飽和面干含水率。Ferreira等[13]采用兩種方法研究預(yù)飽和水補償對工作性的影響，實驗結(jié)果表明通過預(yù)濕處理可以提升混凝土坍落度，且對其力學(xué)性能也有所改善。針對再生混凝土具有較大的吸水率，導(dǎo)致再生混凝土坍落度較小，易離析的問題。肖力光等[14]研究并建議可以通過對再生粗骨料進(jìn)行界面改性，減小吸水率。

2.1.2 再生骨料質(zhì)量的影響

Salman等[15]研究了再生混凝土微觀界面結(jié)構(gòu)，表明再生混凝土界面孔隙率在30%左右，明顯高于天然骨料混凝土。也正是如此，部分學(xué)者將目光轉(zhuǎn)移到了再生骨料的質(zhì)量和工作性能等聯(lián)系上。Miiller等[16]研究了兩種骨料對混凝土性能的影響，試驗表明經(jīng)過預(yù)濕處理后，無論所使用的再生骨料的質(zhì)量如何，都可以實現(xiàn)等效的工作性，但是值得注意的是，不同骨料對于預(yù)濕所需要的時間還存在差異。

2.1.3 外加劑

Güneyisi等[17]研究了酸、水玻璃以及包裹水泥和硅灰三種不同表面處理方式，通過減少表面孔隙率，使得吸水率降低，密度增加。也證實了從加工性的角度進(jìn)行表面處理的有效性。惠存等[18]研究表明隨著砂率的增加，再生混凝土拌合物的工作性增強，且再生骨料取代率越大，砂率對其工作性的影響越大。索倫等[19]研究表明適量添加減水劑和附加水可以克服再生骨料吸水率高、表面粗糙度大等缺陷，并提出影響再生混凝土坍落度的主次順序為：減水劑摻量→再生骨料取代率→附加水附加量→粉煤灰摻量。有趣的是Jau等[20]研究表明隨著時間的推移，由于再生骨料混凝土的表面積較高，外加劑的有效性可能會下降。Pereira等[21]研究表示隨著替換率的增加，一些減水劑的有效性可能會略有降低。Mefteh等[22]研究表明這種下降與再生骨料的吸水性高低有關(guān)。

2.1.4 礦物添加劑

研究發(fā)現(xiàn)一些礦物添加物也可以提高再生混凝土的工作性，Poon等[23]研究了粉煤灰作為部分水泥替代對再生混凝土性能的影響。加之在混合過程中采用了水補償方法，以完全補償粗RCA的吸收能力，因此在混合中觀察到較高的坍落度值。林燕妮[24]研究發(fā)現(xiàn)采用花崗巖石粉取代粉煤灰，同一強度等級的再生混凝土拌和物的坍落度隨取代率的增加而增大。分析原因可能是細(xì)小的花崗巖石粉顆粒表面積很低，且其表面致密光滑能分散在水泥顆粒之間，起到分散劑的作用，促進(jìn)水化初期水泥“絮凝結(jié)構(gòu)”的解絮[25]，從而改善混凝土的工作性能。

綜上，面對再生混凝土中一些本身缺陷極高的吸水性和孔隙率，采用水補償?shù)姆绞娇梢允蛊浔憩F(xiàn)出與相應(yīng)的天然混凝土相近的坍落度水平，但是對于一些再生骨料可能具有相當(dāng)大的角度和表面粗糙度，這對于工作性的提升效果會大打折扣。在這種情況下，持續(xù)增加額外的水，并不是有效的方式。著力于提高有效的w/c比，使用減水劑是減少這種混合物的用水需求和保持恒定坍落度水平的有效方法。盡管減水劑在一些條件下，效果會有所減弱，但仍舊是可以選擇和避免的。另外通過礦物添加物提升混凝土工作性，也是應(yīng)對使用高替換率再生混凝土的有效方式。

2.2 力學(xué)性能

近年來，提升再生混凝土力學(xué)性能的文獻(xiàn)，可以大致歸納為以下三個方面[26]：(1)強化再生骨料；(2)強化界面過渡區(qū)；(3)強化新老砂漿出發(fā)進(jìn)行改善研究。方法可分為物理方法和化學(xué)方法。

再生骨料的高孔隙率導(dǎo)致再生混凝土界面強度下降，從而在立方體抗壓、劈裂抗拉、抗剪和抗折強度等力學(xué)性能方面與天然骨料混凝土存在明顯差異[15]。杜宗岳等[27]試驗發(fā)現(xiàn)再生骨料混凝土的抗壓強度比一般骨料的高性能混凝土低30%左右，且細(xì)骨料的加入可以提升再生混凝土的抗壓強度。Ngoc等[28]研究表明當(dāng)再生骨料替代率低于30%時，混凝土的抗壓強度損失并不明顯，但劈裂抗拉強度會隨再生骨料含量增加而迅速降低。肖建莊等[29]試驗發(fā)現(xiàn)水灰比、再生粗骨料取代率、養(yǎng)護時間和表觀密度與再生混凝土抗壓強度有密切關(guān)系。Togay等[30]的試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)再生骨料替代率超過30%后，混凝土的彈性模量會迅速下降，100%替換率的再生混凝土的彈性模量相比天然骨料混凝土大約要低45%左右。

很多學(xué)者也在不斷探索著一些提升手段。一些學(xué)者[31-34]發(fā)現(xiàn)摻雜部分纖維可以作為提升再生混凝土的有效手段。郝彤等[31]研究了振動攪拌對再生混凝土力學(xué)性能的影響。試驗結(jié)果表示：在配合比一定時，振動拌合方式下Ⅱ、Ⅲ類再生混凝土的抗壓、抗拉和抗折強度相比傳統(tǒng)靜力攪拌下的試驗組都有不同程度的提高。并表示當(dāng)聚丙烯纖維摻量為1.2kg/m3、長度為15mm時改善效果最好。韓慧優(yōu)等[32]對不同比例混雜纖維再生混凝土的力學(xué)性能進(jìn)行了研究，試驗結(jié)果表明單摻聚丙烯腈纖維或聚丙烯仿鋼纖維對再生混凝土抗壓及抗折強度都有提升作用，當(dāng)其比例為1∶1時，提升效果最為明顯；對于混凝土的劈裂抗拉強度，由于聚丙烯腈纖維的抗拉強度較好，單摻聚丙烯腈纖維提高效果更為顯著。仝宵等[33]研究發(fā)現(xiàn)一些礦物添加物對于再生混凝土力學(xué)性能的提升有所幫助，并指出當(dāng)骨料替換率和鐵尾礦砂摻量為30%時的混凝土提升較高。李文凱等[34]也發(fā)現(xiàn)鋼渣可以提升再生混凝土的力學(xué)性能，使其結(jié)構(gòu)更為緊密。

3 收縮性

混凝土的收縮主要是混凝土因蒸發(fā)、水泥水化和碳化[35]失去水分而引起的變化。并且它是一種復(fù)雜的現(xiàn)象，受到許多因素的影響，包括成分、環(huán)境的溫度和相對濕度、混凝土在干燥環(huán)境下的年齡以及結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的大小和形狀[36]。據(jù)以往研究的80%非荷載裂縫都是由混凝土收縮所造成的[37]，所以在應(yīng)用的大量混凝土元件時，必須考慮到這一特性，因為它們對環(huán)境的變化更敏感，這可能危及混凝土結(jié)構(gòu)的安全?？紤]到混凝土的長期性能，較大的收縮通常意味著更大程度的開裂。文獻(xiàn)綜述表明，再生骨料混凝土(RAC)比相應(yīng)的天然骨料混凝土(NAC)具有更大的收縮，其大小取決于與使用RA有關(guān)的幾個因素，將分別討論對于收縮性能的影響因素，可以歸類為：預(yù)處理工藝、再生骨料的替換率、再生骨料的質(zhì)量、外加劑以及礦物的添加、養(yǎng)護條件。

3.1 預(yù)處理工藝

Pedro等[38]深入研究了破碎過程對再生混凝土收縮性能的影響。對一次制備工藝和二次制備工藝做了比較，試驗結(jié)果表示二次制備工藝可以更好的保證其收縮性。這可能是因為二次制備工藝具有較低的粘結(jié)砂漿含量，轉(zhuǎn)化為更加緊固的結(jié)構(gòu)，與僅受初級破碎階段的再生混凝土相比，因此能夠更有效地抑制混凝土的收縮。陳欣等[39]研究了預(yù)濕法、凈漿裹石法、摻硅灰的凈漿裹石法等不同制備方法對收縮性能的影響，試驗結(jié)果表明這些方法都能夠改善再生混凝土的干燥收縮性，對再生混凝土干燥收縮應(yīng)變的降低效果，依次為摻硅灰的凈漿裹石法、凈漿裹石法和預(yù)濕法。

針對再生骨料的高水泥漿含量和高孔隙率，李秋義等[40]在總結(jié)國內(nèi)外骨料強化技術(shù)后指出對再生骨料用不同的材料進(jìn)行浸漬、淋洗、干燥等處理的化學(xué)強化和使用研磨機進(jìn)行的物理強化可以顯著提高回收骨料的強度和其他性能，一些高質(zhì)量的再生骨料甚至能夠與天然骨料媲美。

3.2 替換率

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[41]的觀點，隨著替換率的增加，RAC的收縮也隨之增加。相對而言，將替換率控制在30%以內(nèi)，可有效控制收縮的增長[42]。就粗細(xì)骨料的比較而言，相較更多的文獻(xiàn)[43]通過試驗，顯示出粗骨料在收縮性方面相比細(xì)骨料可以做得更好。

3.3 再生骨料的質(zhì)量

王婧[44]在總結(jié)再生骨料混凝土收縮性能時，指出當(dāng)采用母料強度較低的再生骨料，并提高天然骨料取代率時，高強再生混凝土的收縮量將上升。高強再生混凝土的收縮量與再生骨料的彈性模量線性關(guān)系顯著，彈性模量越高，收縮量越低。粗骨料作為剛性骨架能夠很好地約束混凝土水泥砂漿，但是對于再生混凝土而言，再生粗骨料是普通混凝土經(jīng)機械破碎制成，其表面含有大量的水泥砂漿，內(nèi)部存在大量微裂紋，其表觀密度、壓碎指標(biāo)和彈性模量都有所降低[45]。如此分析后不難發(fā)現(xiàn)，后天處理的廢棄建筑材料，可以去除水泥砂漿，從而通過提高彈性模量來降低收縮。

另一方面，就先天而言，對于建筑廢棄物的分類也是尤為重要的，需要早日健全分類標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的檢測手段。

3.4 外加劑以及礦物的添加

根據(jù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，外加劑主要有兩種，減水劑和膨脹劑。而膨脹劑對其發(fā)揮效應(yīng)前的收縮并沒有補償作用[46]。但是在有些特定情況下，例如摻有膨脹劑的混凝土進(jìn)行濕養(yǎng)護對抑制混凝土收縮的效果非常明顯[47]。彭軍芝[48]在對不同減水劑種類對混凝土收縮的影響研究中表明，第三代聚梭酸系高效減水劑的減水效果明顯，新拌混凝土的和易性好、強度較高，且混凝土的干燥收縮最小。而且還發(fā)現(xiàn)新拌混凝土的坍落度與混凝土的干燥收縮存在正相關(guān)的關(guān)系，新拌混凝土的坍落度越大，混凝土的干燥收縮也越大。

在礦物添加物中，首先想到的便是粉煤灰。粉煤灰較低的水化率能夠降低再生混凝土的水化熱、水分蒸發(fā)速度，改善孔隙結(jié)構(gòu)，抑制其干燥收縮變形[49]?；惥萚50]通過試驗得出結(jié)論：20%粉煤灰等量取代水泥是抑制再生混凝土收縮的一個最佳摻量。其次主要礦物添加物還有礦渣，混凝土中摻入礦渣能降低混凝土的早期收縮，伴隨著礦渣的摻量的增大，混凝土早期收縮值就越低[51]，并且可有效提高再生混凝土的抗開裂能力[52]。最后一種主要的礦物添加物就是硅灰，它在提高混凝土性能、節(jié)約用水量的同時，也能提高混凝土的工作性、耐久性[53]，但是硅灰的使用會由于增大了混凝土的干燥收縮變形而受到抑制。黃國興等[54]研究并建議，在考慮到混凝土的力學(xué)性和耐久性，硅灰的摻量最好控制在10%以內(nèi)。除此之外，也有學(xué)者[55]研究表明，加入適量的纖維，也可以很有效地抑制混凝土收縮變形。

3.5 養(yǎng)護條件

混凝土后期養(yǎng)護對其收縮的影響也不容忽視，Barr等[56]通過三組對照試驗表明對混凝土進(jìn)行濕養(yǎng)護能較好的降低混凝土的收縮變形。張冰等[57]采用薄膜覆蓋養(yǎng)護、干濕循環(huán)養(yǎng)護和浸水養(yǎng)護3種不同的養(yǎng)護條件，研究了它們對再生混凝土收縮變形性能的影響。試驗結(jié)果表示，再生混凝土收縮應(yīng)變隨齡期增長而增加，其變化分別在薄膜覆蓋養(yǎng)護90d、干濕循環(huán)養(yǎng)護45d、浸水養(yǎng)護分14d后趨于穩(wěn)定。薄膜覆蓋養(yǎng)護比干濕循環(huán)養(yǎng)護增加了11.18%，浸水養(yǎng)護出現(xiàn)濕脹現(xiàn)象。干濕循環(huán)養(yǎng)護較薄膜覆蓋養(yǎng)護和浸水養(yǎng)護抑制收縮變形更強。

綜上，在眾多的混凝土的收縮影響因素中，最主要的還是在于再生骨料的質(zhì)量。針對這個問題，一方面應(yīng)著力于制備方法的優(yōu)化，另一方面應(yīng)健全建筑廢料的分類和統(tǒng)一行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

4 耐久性

混凝土的耐久性是指混凝土在暴露于周圍環(huán)境的服務(wù)期內(nèi)，抵抗各種類型破壞，保持其強度和外觀完整性的能力。研究表明，再生骨料因機械破壞及損傷積累在內(nèi)部存有損傷裂縫，且外表面留有質(zhì)地稀疏的殘余砂漿，而導(dǎo)致耐久性能的降低。另外，再生骨料來源眾多，質(zhì)量上良莠不齊，也對再生混凝土相關(guān)性能的研究造成了很大的障礙。本節(jié)將通過抗凍性、抗?jié)B性、抗碳化性和耐磨性這四個方面對再生混凝土的耐久性能進(jìn)行討論。

4.1 抗凍性

通過測量凍融循環(huán)后的動態(tài)彈性模量、失重率和強度損失率，可以反映混凝土的抗凍性。根據(jù)國內(nèi)外文獻(xiàn)研究，影響再生混凝土抗凍性的因素，主要有以下幾個方面：再生骨料取代率、孔隙度、含水量、水灰比、礦物摻合料、外加劑。

高翔等[58]研究表示，再生混凝土的抗凍性能低于天然混凝土，且隨再生粗骨料取代率的增加而更顯著。因此并不建議在惡劣環(huán)境采用較高替換率的再生混凝土。有學(xué)者[59]研究表示，隨著替換率的增加，再生骨料的重量變化劇烈，且與其吸水性能呈線性相關(guān)。也有學(xué)者[60]表示，細(xì)骨料比粗骨料的影響更明顯。Yildirim等[61]試驗研究了在粗細(xì)骨料不同取代率下，含水率對抗凍性的影響，結(jié)果表明在再生骨料完全取代細(xì)骨料時，半飽和面干狀態(tài)的抗凍性最好。Bogas等[62]研究表明水灰比與骨料類型對于混凝土的抗凍融性的影響相比，更多地取決于前者。

根據(jù)目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，礦物摻和料中礦粉、粉煤灰及硅灰的應(yīng)用較為廣泛，且取得了一定成效。馮嘉等[63]發(fā)現(xiàn)，硅灰對再生混凝土抗凍性能的改善優(yōu)于礦粉和粉煤灰。這可能是因為礦物外加劑會與Ca(OH)2形成額外的C-S-H凝膠，用于混凝土微觀結(jié)構(gòu)的致密化和強度的提高[64]。

宇曉等[65]發(fā)現(xiàn)，由于纖維能夠彌補再生骨料對混凝土抗凍性的不利影響，摻入一定的纖維可以顯著提高混凝土抗凍性。也有學(xué)者[66]研究表示添加適量的橡膠顆粒在RAC的抗凍性中也起著積極作用。

4.2 抗?jié)B性

混凝土的抗?jié)B性取決于再生混凝土的孔隙，包括孔隙的大小、分布范圍以及連通性等。其次還有受替換率、水灰比、廢棄混凝土的原始強度、養(yǎng)護齡期和礦物摻合料的存在等因素的影響，一般情況下，比普通混凝土抗?jié)B性要弱一些。

Limbachiya 等[67]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)再生粗骨料替換率增加時，再生混凝土的吸水性會增強，抗?jié)B性會減弱。在恒定的替換率下，再生混凝土的穿透深度、透氧性和吸水率隨w/c比的增加而增加[68]。Zhang等[69]研究表明在堿性環(huán)境下，礦物摻合料可促進(jìn)火山灰反應(yīng)生成二次C-S-H凝膠，細(xì)化孔隙結(jié)構(gòu)。因此，加入一定量的礦物外加劑也是改善再生混凝土界面結(jié)構(gòu)和抗?jié)B性的有效方法。Sun等[70]試驗表明摻加礦渣等礦物摻合料對再生混凝土抗?jié)B性的提高效果最好，粉煤灰其次，鋼渣效果一般。

由于氯離子的滲入會侵蝕鋼筋混凝土，所以它的滲透性對再生混凝土影響顯著。Andal等[71]探索了使用礦物摻合料提高再生混凝土抗氯滲透性，結(jié)果表明二元或三元礦物摻合料比單一礦物摻合料效果更好。肖建莊等[72]試驗發(fā)現(xiàn)復(fù)摻2%納米二氧化硅和30%粉煤灰能顯著提高再生混凝土抗氯離子滲透性?？?jié)B性也與RA的粒徑有關(guān)。較大尺寸的粗骨料導(dǎo)致較小的表面積和粘附的砂漿含量，從而減少了所需水量，提高了混凝土的強度，但是值得注意的是這可能會增加再生骨料中的缺陷。韓帥等[73]研究發(fā)現(xiàn)，與普通混凝土相比，二次顆粒整形的再生混凝土抗氯離子滲透能力更好。Otsiki等[74]試驗表明改善攪拌工藝能提高再生混凝土的抗氯離子滲透性能，其中二次攪拌能提高約23%。因此，在制備再生混凝土?xí)r可采用合理的制備方法來改善氯離子的抗?jié)B性。

4.3 抗碳化性

碳化的實質(zhì)就是從空氣中滲透的二氧化碳與水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣等堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳酸鹽和水，導(dǎo)致混凝土pH值降低，從而影響混凝土的鋼筋質(zhì)量，對其耐久性能造成影響。由機理可以明確出抗碳化的關(guān)鍵因素是水和滲透性。

肖文廣等[75]通過實驗發(fā)現(xiàn)，再生混凝土的碳化深度隨再生骨料含量的增加而增加，隨混凝土強度的增加而減小。牛海成等[76]研究發(fā)現(xiàn)再生混凝土的碳化深度會隨再生粗骨料摻量的增加而增加，并在比較粗細(xì)再生骨料對碳化深度的影響后發(fā)現(xiàn)，細(xì)骨料對其幾乎沒有影響。然而雷斌等[77]試驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)其粘附砂漿含量約為40%且置換比大于70%時，碳化深度會有所降低。對此部分學(xué)者認(rèn)為是由于粘結(jié)砂漿較高，增加了水泥的總含量，減緩了碳化速率。Geng等[78]也注意到了水的影響，再生混凝土的碳化深度隨著水灰比的增加而增加，對此分析原因是由于所增加過多的水導(dǎo)致混凝土孔隙率較高，因此碳化速率更高了。黃瑩等[79]研究表示水灰比增大對碳化的影響前期要大于后期，普通混凝土大于再生混凝土。袁娟等[80]研究發(fā)現(xiàn)再生混凝土的碳化時間與碳化深度的平方成正比。

針對碳化速率的研究，國內(nèi)外學(xué)者提出了很多提升的方法。Singh等[81]試驗發(fā)現(xiàn)摻入偏高嶺土可以提升抗碳化性。這可能是由于高細(xì)度的偏高嶺土顆?？梢詼p少孔隙，從而防止CO2的滲透。Matias等[82]發(fā)現(xiàn)，早期碳化深度可通過高效減水劑的存在顯著降低，但是很可惜其效率隨時間降低，還需要科研人員繼續(xù)探索是否還存在其他角度可以有效提升抗碳化性。

4.4 耐磨性

隨著當(dāng)下交通流量不斷增加，汽車車輪對路面的不斷摩擦與擠壓，造成了路面很大程度上的磨損，而路面的耐磨性對混凝土路面的使用壽命和平整度非常重要，其優(yōu)劣能夠極大地限制再生混凝土的應(yīng)用。

楊寧等[83]研究再生粗骨料的取代率、水膠比、砂率、膠凝材料的總用量等因素對再生混凝土耐磨性能的影響，表明再生骨料的替換率和水灰比對再生混凝土耐磨性的影響最為顯著，而砂率和膠凝材料的總用量對其僅有一定的影響，并認(rèn)為當(dāng)再生骨料取代率、水膠比、砂率為43%、0.38、35%時，混凝土耐磨性最佳。

除了以上這些因素外，一些學(xué)者研究表示礦物摻合料及外加劑均可以影響再生混凝土的耐磨性。陳建良[84]試驗發(fā)現(xiàn)，較低摻量的粉煤灰能夠提高再生混凝土的耐磨性，可能是由于粉煤灰的微集料能夠填充于混凝土內(nèi)部，使其結(jié)構(gòu)更為緊密，以此來提高混凝土耐磨性。陳愛玖等[85]研究發(fā)現(xiàn)摻加聚丙烯纖維和引氣減水劑也能提高耐磨性。

綜上，再生混凝土的耐久性主要是由替換率和水灰比所決定，通過添加適量的礦物添加物可以有效改善再生混凝土的耐久性。自下而上對再生混凝土微觀機理的系統(tǒng)性研究可能有助于發(fā)現(xiàn)新的解決方式，另外單一因素的影響，已經(jīng)獲得比較明確的結(jié)論，多因素耦合作用下再生混凝土耐久性能的探索值得進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論與展望

總的來講，對于再生混凝土基礎(chǔ)影響因素的研究，雖然在個別研究上還存在質(zhì)疑和沖突，但整體而言已經(jīng)形成了相對完整的框架體系。目前行業(yè)內(nèi)采用附加物等方法的研究也在不斷嘗試并且提升。故此，可以看出，當(dāng)下對再生混凝土研究的實質(zhì)問題是從實驗室到實際應(yīng)用的過渡上，主要存在有以下問題，供大家參考：

(1)再生骨料的質(zhì)量。作為基礎(chǔ)性目標(biāo)材料，對整個應(yīng)用過程起了筑基式的作用。但由于實際工程中所面臨的來源差異和之前的所處環(huán)境差異等影響，使得難以對再生骨料做出有效直接的標(biāo)準(zhǔn)等級劃分，對實際應(yīng)用造成了很大影響。

(2)替換率。作為研究的核心，在保證質(zhì)量的前提下，盡可能利用再生骨料，減少天然材料的使用是我們研究的目標(biāo)。但在時代背景的要求和缺乏實戰(zhàn)經(jīng)驗的情況下，往往是比較保守地去設(shè)計比例。

另外，從近年來對于有關(guān)再生混凝土的研究中發(fā)現(xiàn)，往往是通過自下而上的方式，從再生骨料的微觀結(jié)構(gòu)再到宏觀方法上。不難發(fā)現(xiàn)，無一不是面對再生骨料的缺陷與不足，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)補充和方法優(yōu)化。故此，當(dāng)綜合考慮多方面性能時，可以優(yōu)先考慮孔隙率和含水率的影響，來進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)整和方法改良。關(guān)于對再生骨料標(biāo)準(zhǔn)制定上，含水率和孔隙率是值得進(jìn)一步探究。