关键词：再生骨料；高强高性能混凝土；自收缩

　　
　　1 引言
　　
　　近年来，随混凝土技术发展，高强高性能混凝土得到了越来越多的应用。然而，由于水灰比较小且含大量水泥和掺合料，高强高性能混凝土的体积变形性能，尤其是早期自收缩，与普通混凝土有很大区别。由于水灰比小，高强混凝土密实度高，混凝土内部很难与外界进行水分交换而处于绝湿状态，当胶凝材料水化时混凝土内自由水迅速消耗，而外界水分很难迁入补充，使混凝土内部相对湿度下降，产生自干燥现象，从而在混凝土毛细孔内产生毛细压力，导致混凝土的表观体积减小。高强高性能混凝土的自收缩与混凝土开裂尤其是早期开裂关系密切^[1]。为减少自收缩，研究人员^[2，3]尝试采用轻骨料与普通骨料组成复合骨料，利用轻骨料的吸水还水特性，降低自干燥程度，结果表明，采用复合骨料可明显减小高强高性能混凝土自收缩。然而，与普通骨料相比，轻骨料强度很低，掺加轻骨料不可避免会导致高性能混凝土强度下降。
　　
　　随建筑业和基础设施建设蓬勃发展，建设废弃物也大幅增加，对废混凝土再生利用的研究也引起越来越多关注。然而，采用废弃混凝土破碎和分级得到的再生骨料表面通常附着旧砂浆，再生细骨料中还含少量水泥石细粉，与天然骨料相比，再生骨料强度和弹性模量较小，而吸水率较大；与天然骨料}昆凝土相比，新拌再生混凝土拌合物和易性较差，硬化再生混凝土物理力学性能和耐久性普遍较差^[4-7]，但这种具有高吸水率的再生骨料对减小高强高性能混凝土自收缩可能有利，且与轻骨料相比，再生骨料强度较高，部分取代天然骨料时，对混凝土强度的影响相对较小。
　　
　　然而，再生骨料的高吸水性也导致在再生骨料表面孔隙和界面处形成富水区域，从而在骨料和水泥石之间形成明显的界面过渡区，成为混凝土结构中的薄弱环节^[8-10]，直接影响混凝土物理力学性能和耐久性。研究表明^[11]，采用水泥裹砂石工艺可有效改善混凝土中骨料一水泥石界面过渡区，从而提高再生混凝土强度和耐久性。最近，孔德玉等^[12]发展了一种掺合料裹骨料搅拌工艺(ACM)，使部分掺合料微细粒子吸附进入再生骨料表面的孔隙内部，并包覆于再生骨料表面，在混凝土水化硬化过程中，可吸收在再生骨料一水泥石界面和表面孔隙处富集的CH，形成CSH凝胶，不仅可进一步改善界面过渡区，且可实现再生骨料原位强化，从而进一步提高混凝土强度和耐久性。本文主要研究了采用再生骨料取代天然骨料，并采用掺合料裹骨料搅拌工艺制备低自收缩高强高性能混凝土时，再生粗细骨料取代率对高强高性能混凝土强度和自收缩的影响。
　　
　　2 原材料与实验方法
　　
　　2.1 原材料
　　
　　实验采用钱潮水泥厂生产的PO42.5#水泥，基本性能见表1；采用杭州建工建材有限公司提供的II级粉煤灰和$95矿渣微粉。天然细骨料(NFA)采用天然中砂，吸水率为1.2％，细度模数为2.58。天然粗骨料(NCA)采用级配为5-20mm的天然碎石，吸水率为2.5％。所用再生骨料为旧建筑物拆除旧混凝土经颚式破碎机破碎和分级而成，旧混凝土抗压强度约40MPa，所得再生粗骨料(RCA)和再生细骨料(RFA)级配见图1，吸水率分别为4.9％和8.3％。减水剂选用杭州构件公司外加剂厂生产的FDN复配高效减水剂。

　　2.2 混凝土配合比

　　
　　掺再生骨料的高性能混凝土配合比见表1。分别采用再生粗骨料和细骨料部分取代天然粗骨料和细骨料，取代率为分别为0、20％和40％。混凝土总用水量为净用水量和骨料吸附用水量之和，其中净用水量按混凝土净水灰比均为0.25计算，吸附水用量根据粗细骨料吸水率和骨料用量进行计算。对全天然骨料混凝土，采用常规工艺进行搅拌，掺再生骨料时，采用掺合料裹骨料搅拌工艺进行搅拌，工艺流程见图2。通过调整减水剂用量控制新拌混凝土坍落度为220mm左右。

　　
　　2.3 实验方法
　　
　　混凝土抗压强度测定按GBJ 81—85《普通混凝土力学性能试验方法》进行，试件尺寸为100×100×100mm。
　　
　　高性能混凝土自收缩测定按文献^[13]方法进行，试件尺寸为100×100×400mm。为防止混凝土的变形受到约束，在钢模内侧的底面贴有厚度为0.5mm 的低摩擦系数特富纶片材。考虑到水化热引起温度上升会发生混凝土膨胀，为使其自由变形而不受约束，在钢模的端部粘帖厚度为2mm 的非吸水软质发泡橡胶片。成型前在试模内部敷设塑料薄膜。成型时将新拌混凝土分两次装入试模，并进行适当插捣，插捣过程中避免碰到预埋件。待试模装满抹平后立即用塑料薄膜密封，在试模中部插上热电偶，同时用湿毛巾覆盖在塑料薄膜上，防止混凝土表面水分蒸发。混凝土试件放在恒温恒湿养护室内养护10h后拆模，拆模后将试件放到收缩测试台上，使用收缩膨胀仪测定混凝土试件初始长度，磁性表针的测头与预埋在混凝土内的测头对中，并使两者相互接触，使用LVDT位移传感器采集试件长度变化，精度为±1×10^-6。用TDS一303进行混凝土内部温升和自收缩应变数据采集，采集的数据包括混凝土试块内部实时温度及应变值，测得的混凝土试件内部温度变化如图3所示。测得的应变值包括两部分，即混凝土自收缩与水泥水化放热产生的温度变形。按如下公式计算自收缩值：
　　
　　ε= (t－t₀)×10+1000×(δ₁+δ₂)／0.35    (1)
　　
　　式中，ε为某时刻自收缩值，t为该时刻试件的温度，t₀为试件开始测量时的初始温度，δ₁为左端千分表测得的应变值，δ₂为右端千分表测得的应变值。

　　3 结果分析与讨论
　　
　　图4所示为采用再生粗细骨料部分取代天然粗细骨料，掺合料裹骨料搅拌工艺对掺再生骨料高强高性能混凝土抗压强度的影响。大量研究表明，采用再生粗细骨料部分取代天然粗细骨料，混凝土强度均在不同程度上有所降低，且随再生骨料掺量增大，强度下降更为显著。然而，由图4可以发现，与采用普通搅拌工艺的全天然骨料混凝土(对比混凝土)相比，采用掺合料裹骨料工艺制备的掺20％再生粗骨料混凝土强度不但未下降，反而略有增大；掺40％再生粗骨料时，其3d和7d强度与对比混凝土强度相当，但28d强度仍高于对比混凝土强度，由此可见，采用掺合料裹骨料工艺可有效弥补由于再生骨料部分取代天然骨料而导致的强度下降，且由于掺合料裹骨料工艺可有效提高天然和再生骨料一水泥石界面粘结强度，采用掺合料裹骨料工艺制备的掺20％和40％再生粗骨料混凝土强度超过普通搅拌工艺制备的天然骨料混凝土。

　　由图4亦可见，相同掺量条件下，采用再生细骨料部分取代天然细骨料对混凝土强度的影响较大，再生细骨料掺量仅为20％时，采用掺合料裹骨料搅拌工艺制备的混凝土与普通工艺制备的天然骨料混凝土强度相当，但掺量为40％时，掺再生细骨料的混凝土强度则明显下降。采用再生粗骨料和再生细骨料分别取代时，其对强度的影响也很明显，总掺量为20％时，采用掺合料裹骨料搅拌工艺基本可弥补由于再生骨料取代引起的混凝土强度下降，但总掺量达到40％时，即使采用掺合料裹骨料工艺，掺再生粗细骨料混凝土强度仍比普通搅拌工艺制备的天然骨料混凝土强度低。可见，在保证和易性条件下，采用再生细骨料取代天然细骨料对混凝土强度影响很大，其原因主要是由于再生细骨料中含有较多原混凝土中的旧砂浆和旧水泥浆，与天然细骨料相比，这部分颗粒性能明显较差所致。
　　
　　图5所示为采用再生粗细骨料部分取代天然粗细骨料对高强高性能混凝土自收缩的影响。由图5可见，采用再生粗、细骨料部分取代天然粗、细骨料均可有效减小高强混凝土自收缩。全部采用天然骨料的高强混凝土的自收缩较大，其14d自收缩值可达299.0με；掺加20％再生粗骨料部分取代天然粗骨料后，得到的高强高性能混凝土自收缩明显下降，其14d自收缩值下降至201.9με；采用20％再生细骨料部分取代天然细骨料后，得到的高强高性能混凝土自收缩下降更明显，14d自收缩值下降至149.1με。随再生粗、细骨料掺量增大，高强混凝土自收缩进一步下降，掺量为40％，采用再生粗骨料和再生细骨料部分取代天然粗骨料和天然细骨料的高强混凝土14d自收缩值分别下降为163.6με和127.3με。由图5亦可见，采用再生细骨料取代天然细骨料更有助于减小自收缩，总掺量相同时，单独采用再生粗骨料取代得到的高强混凝土自收缩明显大于采用再生粗骨料和再生细骨料共同取代时制备得到的高强混凝土，复合掺加20％和40％再生粗细骨料的高强混凝土14d自收缩值进一步下降至182.4με和137.6με。

　　结合图4和图5可见，虽然采用再生细骨料部分取代天然细骨料可更有效减小高强高性能混凝土自收缩，但掺加再生细骨料对混凝土强度影响较大。从保证强度和减小自收缩两方面考虑，掺加40％再生粗骨料并采用掺合料裹骨料工艺时，其强度较全部采用天然骨料时有所增大，且其自收缩可降低一半左右。
　　
　　4 结论
　　
　　本文尝试利用再生骨料的高吸水特性，制备掺再生骨料低自收缩高强高性能混凝土，并采用一种掺合料裹骨料工艺实现再生骨料原位强化和骨料一水泥石界面强化，提高掺再生骨料低自收缩高强商l生能混凝土强度。研究结果表明：
　　
　　(1)单掺20％和40％再生粗骨料时，采用掺合料裹骨料工艺制备的混凝土28d强度可超过常规工艺制备的天然骨料混凝土。
　　
　　(2)掺再生细骨料对混凝土强度影响较大，单掺40％再生细骨料或复掺40％再生粗、细骨料时，即使采用掺合料裹骨料搅拌工艺，制备的混凝土强度仍明显低于常规工艺天然骨料混凝土，再生细骨料掺量较低时，制备的混凝土28d强度则可与常规工艺制备的天然骨料混凝土相当。
　　
　　(3)全天然骨料高强高性能混凝土的自收缩值较大，14d自收缩值可达299.0με，掺再生粗细骨料后，混凝土自收缩明显下降，掺40％再生粗骨料和40％再生细骨料制备得到的混凝土14d自收缩值仅为163.6με和127．3με，其自收缩值可减小一半左右。

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　　作者：温兴水¹，苑克江²，吴明¹，孔德玉³，周泽军³，曾洪波³

（1.杭州市公路管理局市郊公路管理处，杭州，310004；2.天津市建筑材料(控股)有限公司，天津，300051；3.浙江工业大学建工学院，杭州，310014）

编辑：金哲