碳化、干濕與凍融耦合作用下再生混凝土耐久性能

王建剛，張金喜，黨海笑，丁 博

(北京工業(yè)大學(xué)交通工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100124)

再生混凝土技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，一方面可緩解建筑垃圾處理困難問(wèn)題，另一方面可降低大量開(kāi)采砂石材料對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，符合人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的要求[1]. 與天然骨料相比，再生骨料具有表觀密度低、孔隙率大、集料表面粗糙且大多附著砂漿、吸水率高、壓碎值大和集料微裂紋多等特點(diǎn)[2-3]，因此其制備的混凝土存在用水量大、力學(xué)性能與耐久性能差的缺點(diǎn)[4]. 同時(shí)，由普通混凝土耐久性問(wèn)題可知，在實(shí)際服役過(guò)程中，造成其耐久性破壞的原因除荷載作用以外，還往往包含凍融、碳化、干濕、氯離子侵蝕等環(huán)境因素作用[5]. 然而，再生混凝土耐久性問(wèn)題比普通混凝土更加復(fù)雜，且相關(guān)研究起步較晚.

目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)再生混凝土耐久性能的研究多以單一環(huán)境因素作用為主. 崔正龍等[6]、何曉瑩等[7]分別研究再生混凝土抗碳化性能與抗凍融性能，結(jié)果表明隨再生骨料摻量增加，碳化深度增大，而相對(duì)動(dòng)彈性模量減??；許穎等[8]研究粉煤灰再生混凝土抗氯離子滲透性能，結(jié)果表明摻加粉煤灰可有效提升再生混凝土抗?jié)B性能；Thomas等[9]研究不同再生骨料摻量下的混凝土力學(xué)性能、抗碳化及抗?jié)B性能. 夏季高溫多雨，混凝土除了受到碳化作用外，還受到干濕循環(huán)作用，而冬季寒冷地區(qū)，混凝土將經(jīng)受凍融作用. 因此，混凝土在實(shí)際服役過(guò)程中并非僅受單一環(huán)境因素作用而是經(jīng)受多種環(huán)境因素的耦合作用[10]. 近年來(lái)，普通混凝土在多種環(huán)境因素耦合作用下的耐久性研究成果較多，而再生混凝土相對(duì)較少，尤其是在碳化、干濕與凍融三因素耦合作用下的力學(xué)性能、抗碳化性能及抗氯離子滲透性能研究匱乏. 此外，復(fù)雜環(huán)境因素作用對(duì)混凝土微觀孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同影響，且有效表征再生混凝土耐久性的微觀量化指標(biāo)較少. 因此，本文以5種再生混凝土為研究對(duì)象，測(cè)試其在碳化、干濕與凍融耦合作用下的相對(duì)動(dòng)彈性模量、氯離子遷移系數(shù)、碳化深度、微觀孔隙構(gòu)造參數(shù)等，并與單一環(huán)境因素下的相應(yīng)參數(shù)做對(duì)比，以探討耦合作用對(duì)再生混凝土耐久性的影響規(guī)律及機(jī)理.

1 原材料與配合比

1.1 原材料

水泥為河北燕新建材有限公司生產(chǎn)的42.5R普通硅酸鹽水泥；粉煤灰為山東聊城信源有限公司生產(chǎn)的F類Ⅰ級(jí)粉煤灰；礦粉為北京首鋼嘉華建筑材料有限公司生產(chǎn)的S95型磨細(xì)高爐礦渣粉. 細(xì)集料為細(xì)度模數(shù)2.3的天然河砂；粗骨料包括天然粗集料與再生粗集料，粒徑范圍均為5～25 mm，壓碎值分別為10.98%、18.26%，吸水率依次為0.57%、4.93%. 其中，再生粗骨料來(lái)自于同一批次廢棄混凝土結(jié)構(gòu)拆除物，其原生混凝土強(qiáng)度等級(jí)約為C30，經(jīng)除雜、破碎、篩分等工序后制備而成. 減水劑為聚羧酸高效減水劑，減水率為20%. 拌和水為普通自來(lái)水.

1.2 再生混凝土配合比

本研究考慮再生骨料摻量與膠凝材料類型2個(gè)變量，制備5種類型混凝土，水膠比與砂率分別固定為0.48與37%，見(jiàn)表1. 其中，P-0為普通混凝土，即不摻加再生粗料，為空白對(duì)照組；P-50為等質(zhì)量代替50%天然粗料的再生混凝土；P-100為100%全再生粗料混凝土；F-100為用15%粉煤灰等質(zhì)量代替水泥制備的全再生粗料混凝土；S-100為用15%粉煤灰與15%礦粉分別等質(zhì)量代替水泥制備的全再生粗料混凝土. 有研究表明，干燥的再生骨料在拌和混凝土過(guò)程中會(huì)吸收約70%的總吸水量[11-12]，因此本研究中附加水用量選為再生骨料吸水率的70%. 通過(guò)調(diào)節(jié)減水劑用量使新拌混凝土坍落度控制在100～120 mm. 不同類型混凝土在養(yǎng)護(hù)56 d時(shí)的抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表1，可以看出，與P-100相比，F(xiàn)-100在養(yǎng)護(hù)56 d的抗壓強(qiáng)度僅降低1.74%，即等質(zhì)量?jī)?nèi)摻15%粉煤灰對(duì)其56 d時(shí)的強(qiáng)度并未產(chǎn)生顯著劣化作用，這主要是因?yàn)榉勖夯业幕鹕交倚?yīng)在一定程度上可以彌補(bǔ)水泥用量的減少對(duì)強(qiáng)度造成的損失. 而等質(zhì)量?jī)?nèi)摻15%粉煤灰與15%礦粉后，其56 d強(qiáng)度降低11.3%. 一方面，減少30%的水泥用量對(duì)再生混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生明顯劣化作用，另一方面，粉煤灰與礦粉的水化均是與水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，而在56 d的養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，礦物摻合料的二次水化反應(yīng)尚未充分，使得再生混凝土內(nèi)仍存在一定量的未水化膠凝顆粒，從而導(dǎo)致強(qiáng)度出現(xiàn)一定程度的降低.

表1 再生混凝土配合比及特性

2 試驗(yàn)方案與方法

2.1 試驗(yàn)方案

本研究選擇先進(jìn)行碳化7 d，后干濕循環(huán)7 d，最后凍融50次，構(gòu)成1個(gè)大循環(huán)，累計(jì)進(jìn)行6個(gè)大循環(huán)的耦合作用試驗(yàn)方案，每個(gè)大循環(huán)結(jié)束后測(cè)試再生混凝土的動(dòng)彈性模量、氯離子遷移系數(shù)、碳化深度及相應(yīng)的微觀孔隙參數(shù)等. 作為對(duì)比，還進(jìn)行單一碳化、單一干濕循環(huán)與單一凍融循環(huán)試驗(yàn). 考慮摻加粉煤灰、礦粉等混凝土的水化反應(yīng)相對(duì)較慢的特點(diǎn)，所有試件在進(jìn)行耐久性試驗(yàn)前均標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至56 d.

2.2 試驗(yàn)方法及設(shè)備

碳化試驗(yàn)參考《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50082—2009)(以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》)進(jìn)行，所用設(shè)備為國(guó)產(chǎn)CCB-70F型碳化箱. 干濕循環(huán)試驗(yàn)參考《標(biāo)準(zhǔn)》中抗硫酸鹽侵蝕測(cè)試方法，采用60 ℃條件下干燥12 h，25 ℃條件下清水中浸漬12 h的方式，所用設(shè)備為日本圓井株式會(huì)社生產(chǎn)的MIT-651-01型混凝土耐久性綜合試驗(yàn)機(jī). 凍融循環(huán)試驗(yàn)參考《標(biāo)準(zhǔn)》中快凍法進(jìn)行，所用設(shè)備為日本圓井株式會(huì)社生產(chǎn)的MIT-682-1-32型凍融循環(huán)試驗(yàn)機(jī). 氯離子遷移系數(shù)參考《標(biāo)準(zhǔn)》中RCM法進(jìn)行測(cè)試，所用設(shè)備為國(guó)產(chǎn)RCM-D型混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定儀. 再生混凝土微觀孔隙參數(shù)采用美國(guó)Micromeritics公司制造的AutoporeIV9510型材料內(nèi)部孔隙分布測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)試.

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 耦合作用對(duì)再生混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量的影響

再生混凝土在單一碳化(T)、單一干濕(G)、單一凍融(D)、碳化干濕與凍融耦合(TGD)作用下的相對(duì)動(dòng)彈性模量結(jié)果見(jiàn)圖1. 不同類型再生混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量與碳化齡期之間的關(guān)系如圖1(a)所示. 碳化初期，產(chǎn)生的碳化產(chǎn)物填充孔隙，使再生混凝土變得密實(shí)，動(dòng)彈性模量增大；而當(dāng)碳化齡期超過(guò)56 d或63 d時(shí)，動(dòng)彈性模量出現(xiàn)輕微降低趨勢(shì). 與峰值相比，5種混凝土在碳化84 d時(shí)的動(dòng)彈性模量分別降低1.02%、1.59%、0.58%、1.31%與2.13%. 一方面，碳化反應(yīng)失水在混凝土表面產(chǎn)生收縮微裂紋，在一定程度上會(huì)促進(jìn)CO2氣體的滲入，有利于CaCO3的生成；另一方面，長(zhǎng)期碳化反應(yīng)生成較多的CaCO3，體積膨脹9%～11%，填充孔隙的同時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生膨脹微裂縫[13]. 微裂縫的擴(kuò)展、延伸會(huì)阻礙波的傳輸，從而使得動(dòng)彈性模量出現(xiàn)輕微降低.

由圖1(b)可知，整體而言，不同類型再生混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量均隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加而增大，且S-100與F-100相對(duì)動(dòng)彈性模量增長(zhǎng)率要明顯高于P-100. 在干濕循環(huán)過(guò)程中，混凝土內(nèi)部水泥可繼續(xù)進(jìn)行水化反應(yīng). 由于礦物摻合料的二次水化反應(yīng)相對(duì)緩慢，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)56 d后，內(nèi)部仍殘留較多的未水化膠凝材料，干濕循環(huán)作用促進(jìn)水分向混凝土內(nèi)部遷移[14]，使得二次水化反應(yīng)更加徹底. 需要注意的是，F(xiàn)-100與S-100在持續(xù)進(jìn)行56次干濕循環(huán)后，其動(dòng)彈性模量出現(xiàn)削減趨勢(shì)，這是因?yàn)楦蓾裱h(huán)對(duì)再生混凝土產(chǎn)生溫度收縮疲勞應(yīng)力，造成表層混凝土產(chǎn)生微裂紋，從而對(duì)動(dòng)彈性模量帶來(lái)削減效應(yīng).

由圖1(c)可知，再生混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加而減小. 與P-0相比，P-50、P-100凍融損傷速率分別增大3.75倍與6.41倍. 摻加礦物摻合料后，再生混凝土凍融損傷削減更快，且F-100抗凍性要稍劣于S-100. 這主要是因?yàn)榈V粉比水泥、粉煤灰顆粒更細(xì)，微填充效應(yīng)更顯著，混凝土更密實(shí)，在凍融過(guò)程中產(chǎn)生較小的凍脹水壓力，從而產(chǎn)生較小的破壞.

由圖1(d)可知，與單一凍融相比，碳化、干濕與凍融耦合作用下，不同類型再生混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量均出現(xiàn)更加快速降低的趨勢(shì). 累計(jì)凍融300次(即累計(jì)碳化42 d與干濕42次)時(shí)，耦合作用比單一凍融對(duì)再生混凝土造成的損傷增加21.9%～26.9%，即耦合作用對(duì)再生混凝土造成的損傷要顯著大于單一凍融作用. 碳化產(chǎn)生的微裂紋在干濕過(guò)程中得到擴(kuò)展，然后在凍脹水壓力作用下形成局部應(yīng)力集中區(qū)，進(jìn)一步加速微裂紋的延伸，同時(shí)凍融作用也會(huì)產(chǎn)生新的微裂紋，上述多種劣化效果的疊加導(dǎo)致相對(duì)動(dòng)彈性模量的快速降低.

圖1 不同環(huán)境因素對(duì)再生混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量的影響Fig.1 Influence of different environmental factors on the relative dynamic elastic modulus of recycled concrete

3.2 耦合作用對(duì)再生混凝土氯離子遷移系數(shù)的影響

5種混凝土分別在不同環(huán)境因素下的氯離子遷移系數(shù)見(jiàn)圖2. 由圖2(a)可知，在未碳化時(shí)，P-100氯離子遷移系數(shù)大于P-50，當(dāng)碳化超過(guò)28 d時(shí)，P-100氯離子遷移系數(shù)小于P-50，這表明碳化可彌補(bǔ)由于再生骨料摻量增加造成再生混凝土抗氯離子滲透性能的劣化作用. 與未碳化相比，5種混凝土在碳化56 d時(shí)的氯離子遷移系數(shù)分別降低25.8%、23.5%、43.7%、52.4%與53.8%. 當(dāng)碳化齡期超過(guò)56 d時(shí)，氯離子遷移系數(shù)基本無(wú)降低，對(duì)于F-100、S-100而言，氯離子遷移系數(shù)出現(xiàn)輕微增大趨勢(shì).

由圖2(b)可知，不同類型再生混凝土氯離子遷移系數(shù)均隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加而減小，說(shuō)明短期的干濕循環(huán)并未對(duì)再生混凝土的氯離子滲透性能產(chǎn)生劣化效果，反而由于內(nèi)部膠凝材料的持續(xù)水化作用使得混凝土更加密實(shí)而阻礙氯離子的滲透. 干濕循環(huán)超過(guò)56 d后，氯離子遷移系數(shù)變化較小. 相同試驗(yàn)齡期下，干濕循環(huán)對(duì)再生混凝土抗氯離子滲透性能的提升效果比碳化更顯著.

由圖2(c)可知，再生混凝土氯離子遷移系數(shù)均隨凍融次數(shù)的增加而近似呈線性增大，該結(jié)果與洪雷等[15]研究?jī)鋈谘h(huán)對(duì)普通混凝土抗氯離子滲透性能影響規(guī)律一致. 再生骨料摻量越大，抗凍融性能越差，氯離子遷移系數(shù)增大也越快. 礦物摻合料等質(zhì)量取代部分水泥降低了再生混凝土的抗凍融性能，所以在凍融循環(huán)300次時(shí)，F(xiàn)-100、S-100氯離子遷移系數(shù)比P-100分別增加32.39%、18.48%.

由圖2(d)可知，與單一凍融相似，碳化、干濕與凍融耦合作用下的氯離子遷移系數(shù)隨凍融次數(shù)的增加也呈線性增大. 凍融300次時(shí)，不同類型再生混凝土在耦合作用下的氯離子遷移系數(shù)要比單一凍融作用下的氯離子遷移系數(shù)大45.05%～96.18%，其原因是碳化與干濕過(guò)程中對(duì)再生混凝土表面產(chǎn)生的微裂紋的超疊加效應(yīng)，使得凍融水分的大量滲入，對(duì)再生混凝土造成嚴(yán)重?fù)p傷，為氯離子滲透提供良好條件. 同時(shí)可以看出，與P-0相比，P-50與P-100在累計(jì)凍融300次時(shí)的氯離子遷移系數(shù)分別增大34.73%、82.37%；與P-100相比，F(xiàn)-100與S-100在累計(jì)凍融300次時(shí)的氯離子遷移系數(shù)分別增大62.96%、35.66%. 即增大再生骨料摻量與摻加礦物摻合料均可顯著降低復(fù)雜惡劣環(huán)境條件下再生混凝土抗氯離子滲透性能. 再生骨料附著的舊砂漿增大水泥混凝土的總砂漿量與總孔隙率，同時(shí)增加薄弱界面數(shù)量，為再生混凝土中氯離子的滲透提供良好通道. 摻加礦物摻合料在一定程度上可以優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu)，減小薄弱界面寬度，但同時(shí)減少了水泥用量，降低了膠凝材料的黏聚力，從而降低100%再生粗骨料混凝土抗凍融性能，導(dǎo)致其抗氯離子滲透性能急劇衰減. 因此，在除冰鹽等惡劣環(huán)境條件下，大摻量再生骨料混凝土中不宜摻加礦物摻合料.

圖2 不同環(huán)境因素對(duì)再生混凝土氯離子遷移系數(shù)的影響Fig.2 Influence of different environmental factors on the chloride ion migration coefficient of recycled concrete

3.3 耦合作用對(duì)再生混凝土碳化深度的影響

5種再生混凝土在單一碳化及碳化、干濕與凍融耦合作用下的碳化深度分別如圖3(a)(b)所示. 由圖3(a)可知，不同類型混凝土的碳化深度均隨碳化齡期的延長(zhǎng)表現(xiàn)為前期增長(zhǎng)較快、后期相對(duì)緩慢的趨勢(shì)，這主要是因?yàn)樘蓟a(chǎn)物使表層混凝土更加密實(shí)，阻礙了CO2的進(jìn)一步滲入. 再生骨料對(duì)混凝土抗碳化性能存在正負(fù)兩方面的影響：一是再生骨料摻量越高，使得混凝土內(nèi)部孔隙率越大，薄弱界面也越多，從而導(dǎo)致抗碳化能力越低[16-17]；二是再生骨料表面附著的舊砂漿中含有可碳化物質(zhì)，對(duì)抗碳化性能有一定的提升效果[18]. 由本研究試驗(yàn)結(jié)果可知，前者的衰減效果要大于后者的提升效果，表現(xiàn)為再生骨料摻量增加，碳化深度增大，抗碳化性能降低. 等質(zhì)量摻加礦物摻合料，一方面減少水泥用量，另一方面，其二次水化反應(yīng)消耗部分氫氧化鈣，造成再生混凝土內(nèi)部堿儲(chǔ)量降低. 相同水膠比條件下，混凝土內(nèi)部堿儲(chǔ)量是影響其抗碳化性能的主要因素[9,19]，因此F-100、S-100在相同碳化齡期下的碳化深度大于P-100，且S-100要小于F-100，這與S-100更加密實(shí)有關(guān).

由圖3(b)可知，再生混凝土的碳化深度均隨交替循環(huán)次數(shù)的增加而增大，交替循環(huán)6次(即累計(jì)碳化42 d、干濕循環(huán)42次及凍融循環(huán)300次)時(shí)，碳化深度分別達(dá)到15.6、22.4、24.0、38.0、32.0 mm. 與單一碳化42 d相比，交替干濕循環(huán)42次與凍融循環(huán)300次可使5種再生混凝土的碳化深度增加1.6～3.5倍. 再生混凝土在經(jīng)歷凍融循環(huán)后，內(nèi)部孔隙劣化，微裂紋得到一定發(fā)展，然后在碳化前的烘干過(guò)程中，混凝土經(jīng)受干燥收縮作用，微裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，在碳化過(guò)程中CO2的滲入產(chǎn)生一定碳化產(chǎn)物，但不足以彌補(bǔ)上一循環(huán)凍融帶來(lái)的損傷，在干濕循環(huán)階段水分更易侵入，使混凝土遭受吸水膨脹和干燥收縮時(shí)的應(yīng)力更大，損傷劣化嚴(yán)重，為下一次交替碳化過(guò)程中CO2的滲入提供了有利條件. 因此，在碳化、干濕與凍融耦合作用下，再生混凝土的碳化深度隨齡期表現(xiàn)為前期增長(zhǎng)較慢，后期增長(zhǎng)較快.

圖3 不同環(huán)境因素對(duì)再生混凝土碳化深度的影響Fig.3 Influence of different environmental factors on the carbonation depth of recycled concrete

3.4 耦合作用對(duì)再生混凝土微觀孔隙結(jié)構(gòu)的影響

(1)

(2)

(3)

式中：ξ為孔隙迂曲度；YS為表觀密度，g/mL；Di為第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的孔徑，nm；Ii為第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的進(jìn)汞量，mL；Davg為平均孔徑權(quán)重；Perm為滲透率，mD；C為滲透率常數(shù)；Lchar為特征長(zhǎng)度，nm；σ/σ0為相對(duì)電導(dǎo)率；Itot為總進(jìn)汞量，mL.

不同環(huán)境因素影響下的再生混凝土孔隙迂曲度結(jié)果見(jiàn)圖4.由圖4(a)可知，未碳化時(shí)，與P-0相比，P-50、P-100孔隙迂曲度分別降低10.32%、27.76%，即增加再生骨料摻量對(duì)孔隙迂曲度有削減作用.而摻加15%～30%的礦物摻合料后可有效提升孔隙迂曲度，降低孔隙連通性，這主要與礦物摻合料的微填充、火山灰效應(yīng)有關(guān).碳化42 d時(shí)，不同類型再生混凝土的孔隙迂曲度增大16.40%～65.15%.其中，F(xiàn)-100增長(zhǎng)率最大，其原因是摻加粉煤灰后，再生混凝土內(nèi)部堿性降低，抗碳化性能變差，反應(yīng)生成更多的碳化產(chǎn)物填充孔隙，改善孔徑分布，增大孔隙迂曲度.

由圖4(b)可知，再生混凝土在經(jīng)受干濕循環(huán)42次過(guò)程中，其孔隙迂曲度均隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加而增大.干濕循環(huán)中的烘干過(guò)程，在一定程度上近似于高溫蒸氣養(yǎng)護(hù)，可明顯促進(jìn)再生混凝土中未水化膠凝顆粒繼續(xù)水化，產(chǎn)生的硅酸鈣凝膠填充孔隙通道，使得孔隙結(jié)構(gòu)曲折而復(fù)雜，降低孔隙連通性.干濕循環(huán)超過(guò)14次時(shí)，P-100孔隙迂曲度大于P-0與P-50，這表明干濕循環(huán)對(duì)孔隙迂曲度具有顯著的提升效果.

圖4 不同環(huán)境因素對(duì)再生混凝土孔隙迂曲度的影響Fig.4 Influence of different environmental factors on the pore tortuosity of recycled concrete

由圖4(c)可知，凍融循環(huán)作用下，孔隙迂曲度快速降低，尤其是F-100與S-100，凍融循環(huán)300次時(shí)的孔隙迂曲度降低率分別達(dá)65.79%與72.03%.摻加礦物摻合料后，其抗凍性能降低，在靜水壓力與滲透壓力的雙重作用下，孔隙結(jié)構(gòu)劣化嚴(yán)重，滲流路徑縮短，從而導(dǎo)致孔隙迂曲度減小.凍融超過(guò)100次時(shí)，F(xiàn)-100、S-100孔隙迂曲度均小于P-100，說(shuō)明礦物摻合料對(duì)孔隙迂曲度的提升作用不能有效抵償凍融循環(huán)對(duì)該指標(biāo)的劣化效果.

由圖4(d)可知，在碳化、干濕與凍融耦合作用下，再生混凝土孔隙迂曲度削減更加迅速.凍融循環(huán)300次時(shí)，耦合作用比單一凍融對(duì)再生混凝土孔隙迂曲度的劣化效果提升11.71%～32.59%.即交替碳化與干濕循環(huán)加速了再生混凝土因凍融作用導(dǎo)致的孔隙迂曲度的降低.這與單一碳化與單一干濕作用對(duì)孔隙迂曲度的影響效果不同，主要與兩因素對(duì)混凝土耐久性的影響具有雙面性有關(guān).單一碳化與干濕循環(huán)作用可產(chǎn)生碳化產(chǎn)物與水化產(chǎn)物，填充孔隙、優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu)的同時(shí)，在混凝土表面產(chǎn)生失水收縮裂紋與干燥收縮裂紋.單一環(huán)境因素作用下，該微裂紋對(duì)再生混凝土宏觀耐久性能及微觀孔隙方面的影響并不明顯，但在三因素耦合作用下，碳化收縮裂紋與干燥收縮裂紋均為凍融水的滲入提供了良好條件，使得再生混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)因靜水壓力與滲透壓力的多重作用而出現(xiàn)較為徹底的損壞，造成內(nèi)部孔隙通道相互貫通，孔隙迂曲度顯著降低.

3.5 再生混凝土孔隙迂曲度與宏觀性能之間的關(guān)系

圖5為再生混凝土孔隙迂曲度指標(biāo)與氯離子遷移系數(shù)及相對(duì)動(dòng)彈性模量之間的關(guān)系. 由圖5可知，不同環(huán)境因素影響下的孔隙迂曲度與氯離子遷移系數(shù)呈良好的對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系，孔隙迂曲度越大，孔隙結(jié)構(gòu)越曲折、復(fù)雜，滲流路徑越長(zhǎng)，再生混凝土抗?jié)B性越好. 同時(shí)，孔隙迂曲度與相對(duì)動(dòng)彈性模量之間存在良好的正相關(guān)關(guān)系，即孔隙迂曲度越大，再生混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(動(dòng)彈性模量)也越高，即孔隙的迂曲連通狀態(tài)在一定程度上能反映再生混凝土的力學(xué)特征. 綜上可知，孔隙迂曲度指標(biāo)可以表征再生混凝土在復(fù)雜環(huán)境因素作用下的耐久性能.

圖5 孔隙迂曲度與氯離子遷移系數(shù)及相對(duì)動(dòng)彈性模量之間的關(guān)系Fig.5 Correlation between chloride ion migration coefficient, relative dynamic elastic modulus and pore tortuosity

4 結(jié)論

1) 單一碳化與單一干濕作用可提高再生混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(動(dòng)彈性模量)，而凍融會(huì)降低其內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度. 碳化與干濕交替對(duì)再生混凝土的凍融損傷有顯著促進(jìn)作用，累計(jì)碳化42 d與干濕循環(huán)42次可使再生混凝土凍融損傷量增加21.9%～26.9%.

2) 單一碳化與單一干濕作用均增強(qiáng)再生混凝土的抗氯離子滲透性，而單一凍融及三因素耦合作用均降低其抗氯離子滲透性，且耦合作用比單一凍融對(duì)抗氯離子滲透性的劣化效果更顯著. 礦物摻合料可增強(qiáng)再生混凝土在單一碳化、單一干濕下的抗氯離子滲透性，但卻降低單一凍融、耦合作用下的抗氯離子滲透性.

3) 增大再生骨料摻量與摻加礦物摻合料均可降低再生混凝土的抗碳化性能. 交替干濕循環(huán)42次與凍融循環(huán)300次可使碳化深度增加1.6～3.5倍，即多因素耦合作用會(huì)顯著降低再生混凝土的抗碳化性能.

4) 碳化、干濕作用增大孔隙迂曲度，而凍融及三因素耦合作用均減小孔隙迂曲度. 孔隙迂曲度與氯離子遷移系數(shù)及相對(duì)動(dòng)彈性模量具有明顯的相關(guān)性，孔隙迂曲度越大，孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，再生混凝土耐久性能越好.

整體而言，不管是單因素還是多因素作用，再生混凝土耐久性能均隨再生骨料摻量的增加而降低；粉煤灰、礦粉等礦物摻合料的摻入可以增強(qiáng)再生混凝土在單一碳化與單一干濕因素作用下的抗氯離子滲透性能，而除此之外均表現(xiàn)為削減作用，且單摻粉煤灰比雙摻粉煤灰和礦粉的削減作用更顯著. 所以，對(duì)于可能經(jīng)受復(fù)雜環(huán)境因素作用下的再生混凝土而言，針對(duì)不同的使用要求，合理選擇再生骨料摻量、礦物摻合料種類與組合形式是非常必要的. 同時(shí)，在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)應(yīng)經(jīng)過(guò)室內(nèi)模擬耐久性試驗(yàn)的驗(yàn)證.