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(xué)院 土木工程學(xué)院；2浙江永堅(jiān)新材料科技股份有限公司）

0 引言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，新興建筑的建造以及廢舊建筑物的拆除在不斷進(jìn)行，這導(dǎo)致大量建筑垃圾的產(chǎn)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(lèi)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(xiàng)性能較差[1-4]，無(wú)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(duì)再生混凝土的收縮性能進(jìn)行分析，從而為再生混凝土的推廣和應(yīng)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(qiáng)度

再生骨料主要采用破碎的混凝土制備而成，混凝土的強(qiáng)度會(huì)影響其最終的收縮性能。如圖1所示，采用不同強(qiáng)度的混凝土制備的再生混凝土，隨著基體混凝土強(qiáng)度提升收縮逐漸減少。Wang等[5]也通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高強(qiáng)度的基體混凝土使得再生混凝土表現(xiàn)出較小的收縮。張歡等[6]采用鄂式破碎機(jī)二次破碎制備再生骨料，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)基體混凝土強(qiáng)度對(duì)干燥收縮的影響相比于再生混凝土自生強(qiáng)度的影響更為明顯，這可能是高強(qiáng)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(qiáng)度的收縮性能[6]

1.2 水灰比

再生混凝土水灰比的不同對(duì)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(nèi)部的密實(shí)程度也有差異，內(nèi)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(nèi)供水泥水化的自由水變少，混凝土在早期就可能產(chǎn)生較大的自收縮。與普通混凝土類(lèi)似，梁娜等[8]發(fā)現(xiàn)全再生混凝土的自收縮出現(xiàn)相同的趨勢(shì)，自收縮隨著水灰比的降低而增大。朱偉偉[9]則通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)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(xiàn)拋物線(xiàn)變化趨勢(shì)。

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(duì)比了普通混凝土以及取代率為50%和100%的再生混凝土，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)無(wú)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(shí)干燥收縮增長(zhǎng)幅度相比于自收縮更為明顯?？梢?jiàn)再生骨料取代率的提升對(duì)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(dǎo)致水分?jǐn)U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(duì)于低強(qiáng)混凝土，再生骨料的攪拌工藝也存在著一定的影響，在趙陽(yáng)豪[13]等的實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)對(duì)C10、C20、C30的混凝土采用不同攪拌工藝進(jìn)行攪拌，數(shù)據(jù)表明新攪拌順序（天然粗骨料和再生粗骨料和50%的水?dāng)嚢?0s、加水泥攪拌60s，加50%的水?dāng)嚢?0s）相對(duì)舊攪拌順序（天然粗骨料和水泥攪拌30s，加所有水?dāng)嚢?0s，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(zhì)

再生骨料由于表面附著老砂漿，并且通過(guò)破碎得來(lái)，內(nèi)部存在較多的孔隙以及微裂縫，這對(duì)混凝土收縮有著不利的影響。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改善再生骨料本身的性能，使之與普通混凝土各項(xiàng)性能相近，對(duì)再生混凝土性能的提升是非常明顯的。韓帥等[15]發(fā)現(xiàn)通過(guò)對(duì)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(lèi)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(jīng)優(yōu)于普通混凝土?？梢?jiàn)骨料品質(zhì)提升對(duì)于收縮性能提升較大。

1.6 養(yǎng)護(hù)條件

再生混凝土受養(yǎng)護(hù)條件的影響較大，崔正龍[15]等人的試驗(yàn)表明，再生混凝土在相對(duì)濕度(RH60%)的養(yǎng)護(hù)環(huán)境下，其收縮率隨著環(huán)境溫度的提升而增加，并且早期裂縫產(chǎn)生的時(shí)間也隨之降低。其次，養(yǎng)護(hù)環(huán)境的濕度對(duì)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(guò)研究不同養(yǎng)護(hù)條件（浸水養(yǎng)護(hù)、干濕循環(huán)養(yǎng)護(hù)、薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)）下的再生混凝土收縮性能的變化，發(fā)現(xiàn)120d時(shí)薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)相比于干濕循環(huán)養(yǎng)護(hù)，收縮應(yīng)變?cè)黾恿?1.18%。

2 再生混凝土收縮的優(yōu)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(guò)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(jié)構(gòu)，有效提升混凝土的密實(shí)度；并且粉煤灰能夠降低水化熱，延遲水泥的水化，從而對(duì)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(xiàng)性能，但并非摻量越多越好，粉煤灰摻量存在一個(gè)閾值，超過(guò)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(jié)時(shí)間，因此能夠?qū)υ缙诘淖允湛s有一定的抑制作用。朱磊[18]等通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)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(jù)崔正龍[18]等人的試驗(yàn)表明，在再生混凝土中加入膨脹劑會(huì)使混凝土的強(qiáng)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(nèi)部膨脹劑與水泥產(chǎn)生了爭(zhēng)水現(xiàn)象，在早期水化反應(yīng)中膨脹劑的水化產(chǎn)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(fā)現(xiàn)，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(dòng)，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(duì)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(duì)干縮的抑制效果反而不如摻入0.12%，可見(jiàn)纖維摻量增加有利于減小干縮，但摻入過(guò)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(zhǎng)度對(duì)干縮也有影響，Wu等[22]通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)19mm的廢聚丙烯纖維相比于12mm的廢聚丙烯纖維，對(duì)抑制干縮更加有利。

2.3 提高再生骨料品質(zhì)

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(duì)于水泥砂漿的水化收縮作用有著更大的阻力，對(duì)于降低再生混凝土的收縮有明顯效果[23]。

2.3.2 預(yù)濕法

預(yù)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(qiáng)骨料的基本性能以及界面性能，從而有效提升骨料對(duì)漿體的約束，改善混凝土的收縮性能。并且預(yù)濕法能夠保證混凝土內(nèi)部濕度保持一個(gè)較高的水平，延遲再生混凝土自收縮的時(shí)間[24]。江藝[25]、安新正等[26]通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了預(yù)濕法對(duì)再生混凝土性能的提高。

2.4 優(yōu)化養(yǎng)護(hù)環(huán)境

為混凝土提供良好的養(yǎng)護(hù)環(huán)境，如采用浸水養(yǎng)護(hù)，為混凝土的水化提供充足的水分，從而降低由于水分蒸發(fā)而導(dǎo)致的混凝土的收縮。此外，浸水養(yǎng)護(hù)下水分充足，使得再生骨料內(nèi)部充分飽和，再生混凝土也處于飽和狀態(tài)，混凝土收縮也得到抑制[16]。羅俊禮[27]也通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，蒸汽養(yǎng)護(hù)制度是一種提高再生混凝土收縮性能的較好的養(yǎng)護(hù)方式。

3 結(jié)論

由于再生骨料品質(zhì)較差，相比普通混凝土，再生混凝土表現(xiàn)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(qiáng)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(zhì)以及養(yǎng)護(hù)條件，減小再生混凝土收縮的措施有，包括適當(dāng)降低取代率，摻入外加劑，設(shè)計(jì)更好的配合比、提高再生骨料品質(zhì)，選用良好的養(yǎng)護(hù)條件。