马啸，张双艳，姚宇飞，张凡

（武汉源锦商品混凝土有限公司，湖北 武汉 430000）

0 引言

随着开采量的增加，天然砂石资源已日益枯竭，近一段时期，国家环保政策也日益紧缩，这些因素导致混凝土企业面临着空前的成本压力。另一方面，随着城市发展，老旧建筑、市政设施的拆除正产生着越来越多的混凝土碎块等建筑垃圾，这些固体废弃物的堆放和填埋浪费了大量的土地资源，对土地河流造成了污染[1-2]，对建筑垃圾的处理和再利用已经迫在眉睫。目前，针对再生骨料的利用，已经开展了深入的研究。

1 再生骨料的基本特性

再生骨料由于表面附着废旧的水泥石、砂浆等，其表观密度、堆积密度均小于天然骨料。在废弃混凝土构件破碎的过程中，其表层旧有的水泥石、砂浆会产生裂纹，再加上水泥石、硬化砂浆的孔隙率本就高于天然骨料，所以再生骨料的压碎指标明显大于天然骨料，吸水率也大于天然骨料。张名杰等在试验中检测得到的数据（表1），很明显地体现了再生骨料的这些特性[3]。且原生混凝土的等级越高，再生骨料的性能越好[4]。

由于再生骨料存在的这些特性，导致了再生混凝土的抗压强度低于普通混凝土[3-4]。普通混凝土在设计其配合比时，首先应根据水泥抗压强度等数据，利用Bolomey 强度公式计算水灰比。当用再生骨料配制混凝土时，混凝土强度与灰水比（C/W）具有良好的线性相关性，所以在设计再生骨料混凝土时，仍可使用Bolomey 公式进行计算[5-7]。

但其中 A、B 值不能套用天然骨料混凝土的回归系数，须通过大量试验进行确定。王晓飞[7]、邓寿昌[8]等通过试验测定了 A、B 值，但由于数据样本小，仍然无法应用于生产。

表1 骨料基本性能

2 再生骨料的处理

再生骨料来源复杂，质量参差不齐，在使用前可先对其采取预处理，也可对配合比和生产工艺进行处理，各种手段的预处理可显著提高再生骨料的性能，从而使再生混凝土的质量得到提高。

2.1 再生骨料生产时的处理

古松[9]等提出了一种多级破碎方式来生产再生骨料，将混凝土碎块先经过一次人工拣选，然后依次经过一级筛分机、颚式破碎机、磁铁分离器、分离台、二次筛分机、冲洗装置，这种生产方式可得到级配良好、含杂质少的高质量再生骨料，通过调整筛网，还可以得到不同粒径、不同级配的产品，以满足各种需求。再生骨料的生产过程中，清洗工序属于必要环节，经过严格清洗的再生骨料，其含泥量、压碎指标等检测数据可接近于天然骨料[10]。此外，颗粒整形也能显著提高再生骨料的性能。

2.2 化学强化

再生骨料的性能可通过化学强化来提升。郭远新[11]等用浓度为 6% 的有机硅溶液对再生骨料进行了喷淋、浸渍、干燥处理，经测试，其吸水率、压碎指标等性能指标都得到了提升，可基本达到与天然骨料相当的水平。这说明在生产应用中，化学处理可显著提高再生骨料的可利用性。朱从香[12]的研究发现，经过化学浸泡的再生骨料配制的混凝土，其抗碳化性能有了显著的提高，这是由于化学浸泡处理，可使再生骨料内部空隙率大大降低，使再生混凝土更加致密，从而提高了抗碳化能力。经过颗粒整形的再生骨料，在经过一次有机硅烷浸渍，其配制的再生混凝土，抗碳化性能甚至高于天然骨料配制的普通混凝土[13]。

2.3 物理强化

再生骨料配制而成的再生混凝土的抗拉伸性能往往低于普通混凝土。秦荷成[23]在配制过程中按 1.2kg/m3的掺量加入了聚丙烯纤维，得到的再生混凝土试件抗拉强度可提高 13%，这表明抗拉纤维外掺料也适用于再生混凝土。杨青[14]等在再生混凝土中引入了高活性纳米SiO2和纳米矿物掺合料，称之为纳米复合强化技术，这种方法不仅能明显提高再生混凝土的强度，还能显著提升其抗氯离子渗透性能和抗渗性能（抗渗等级达到 P10以上）。

肖建庄[15]等对一种新颖的处理技术进行了研究，即利用微波加热的方法来去除再生骨料表面附着的旧有砂浆，来达到提升其品质的目的。试验结果表面，微波加热处理后的再生骨料，压碎指标、孔隙率、吸水性等性能均有提高，表观密度也有所增大，配制出的再生混凝土强度值也接近于普通混凝土，这为再生骨料的处理提供了新的思路。

2.4 掺合料的使用

在设计再生混凝土配比时，合理地引入掺合料可大幅提高其性能。与普通混凝土相同，矿粉、粉煤灰、硅灰、超细矿粉等矿物掺合料也可以在再生混凝土中得到良好的应用[16,17]。其中，将矿粉和超细矿粉复配用于再生混凝土，可较好地改善其工作性，同时也能获得良好的力学性能[18]。在再生混凝土配合比中加入适量的粉煤灰，还可增强黏结强度，减弱滑移破坏的可能性，但粉煤灰用量过大时，黏结强度反而会降低[19]。可见再生骨料用于钢筋混凝土中时，应确定粉煤灰的最合适用量。除矿物掺合料外，混杂钢纤维也能被用于再生混凝土的生产，随着混杂钢纤维的掺入，再生混凝土的坍落度会急剧减小，但力学性能提升明显，尤其是劈拉、抗折强度增长较多[20]，所以在路面工程中使用再生混凝土时，可考虑引入混杂钢纤维。

2.5 拌制工艺的处理

除对再生骨料直接进行处理外，对再生混凝土的生产工艺进行处理，也能提高再生混凝土的性能。二次搅拌即是一种能达到此目的的生产工艺，它包括预拌水泥砂浆法、水泥裹石法、水泥裹砂法等[21]。王玲玲[22]采用水泥裹石法配制了再生混凝土，即按照水、水泥、石、砂的顺序进行投料，得到的再生混凝土其抗压强度、抗冻性能和抗硫酸盐侵蚀性能均有提高，若同时采用再生骨料化学强化法和二次搅拌工艺，得到的再生混凝土性能更佳。

包容型再生混凝土也是一种可提升性能的生产工艺，即将再生骨料直接掺入特殊配比的新拌混凝土中进行拌制，使新拌混凝土包裹在其周围。蒋凤昌[23]等的试验结果表明，用此种工法，在保证强度的前提下，再生骨料的掺入率可达到 30%。

高林[24]等在配制过程中，对再生骨料采取了骨架密实堆积法，通过合理搭配各级配区间骨料的用量，尽可能地减小再生骨料的孔隙率。试验结果也验证了设想，合理的级配合比法，可以有效地提高再生混凝土的强度性能。何士钦[25]等提出了一种利用再生骨料的新方法，将大块混凝土不经完全破碎形成堆体，然后在堆体中浇筑高性能自密实混凝土，自密实混凝土因具有良好的流动性可充满堆体形成堆体混凝土。经检测，堆体混凝土的抗压强度和抗拉强度均与所浇筑的自密实混凝土相当。这种方法简化了再生骨料的生产处理过程，提高了废弃混凝土的利用率，在一些特殊的工程中，具有很高的利用价值。

为使再生混凝土能更好的应用于钢筋混凝土构件中，崔正龙[26]等探索了再生混凝土内填充法。设计的试验将再生混凝土注入普通钢筋混凝土制作的外壳之中，制作了内填充再生混凝土短柱，并进行了单轴抗压测试。结果显示，此种工法浇筑的内填充钢筋再生混凝土短柱，轴向的抗变形能力与普通钢筋混凝土并无大的差别，具有良好的韧性。

3 再生混凝土的特性

由于再生骨料与天然骨料在本身性质的差别，再生混凝土配制完成后，也具有与普通混凝土不同的特性，了解再生混凝土的特性，有助于对生产进行指导。在决定再生骨料可被用于何种工程、何种构件部位时，必须充分了解其特性。

3.1 新拌再生混凝土的工作性

如再生混凝土在拌制完成后，坍落度比相同配合比的普通混凝土要小，流动性差，且坍落度经时损失较大，这是由于再生骨料吸水率高所致，另一方面，再生混凝土粘聚性、保水性也较好[3]。若能控制得当，再生混凝土也可取得良好的工作性能，能够满足一般的泵送要求。

3.2 力学性能

如前文所述，再生骨料的坚固性低于天然骨料，这必然会导致再生混凝土强度的降低，大量试验数据证明，再生混凝土的抗压、抗折、劈裂抗拉等力学性能均普遍低于普通混凝土。但其差值在可控范围之内，若控制得当，再生混凝土的力学性能仍可接近或达到普通混凝土的水平。

陈宗平[27]为研究再生混凝土在复杂应力状态下的力学性能，对再生混凝土进行了三轴加载，测试结果发现在三向受压状态下，再生混凝土主要表现为剪切型破坏，而且随着压力值的增大，再生混凝土的弹性模量、峰值应力及峰值应变均显著增大。

3.3 耐久性能

而在荷载过程中，再生混凝土的其它性质也会发生相应的改变，研究发现，在加上荷载以后，氯离子渗透率比普通混凝土要大，而且氯离子渗透率随水灰比增大而增大[28]。

研究发现再生混凝土的抗冻性能较差[29]。曹芙波[30]等从微观角度对再生混凝土的冻融破坏机理进行了研究，结果显示，这一特性是由于再生混凝土内部受冻胀破坏加剧所致。SEM 照片显示，内部结构最薄弱处存在于水泥砂浆与再生骨料界面过渡区内。

在复杂的使用环境中，混凝土不可避免会受到各种化学侵蚀，硫酸盐侵蚀是化学侵蚀中最普遍的存在形式。贾文亮[31]在试验中将再生混凝土和普通混凝土分别进行了硫酸盐环境中的干湿循环处理，然后测试了混凝土试样的表观形貌、质量、强度等指标，结果显示，再生混凝土的抗侵蚀能力随再生骨料替代率降低。王忠星[32]等对经硫酸盐侵蚀的再生混凝土的界面显微结构进行了研究，发现各种界面过渡区变化规律不尽相同，但再生混凝土强度等级越高，同种界面的显微强度随之升高，界面过渡区宽度随之减小，界面抗硫酸盐侵蚀能力随之增强。

4 再生骨料的应用

在日常生产中，再生骨料已经得到了越来越多的应用，一些高性能混凝土也可用再生骨料来生产。侯永利[33]等采用相同砂浆体积法配制了大流动性再生混凝土，测定了其坍落度、干湿表观密度、立方体抗压强度、轴心抗压强度以及弹性模量，得到的各项结果均可接近天然骨料混凝土的水平。

雷斌[34]等研究了再生骨料在道路工程中的应用，按不同取代比例配制了再生混凝土，重点测试了各组试件的抗折强度，结果发现随着再生骨料所占比例升高，试件抗折强度下降较多，这说明再生骨料对抗折强度的影响较大，所以在道路工程中使用再生骨料时，应控制其用量。除了普通路面，透水路面混凝土也可用到再生骨料，透水混凝土除需要一定的强度外，透水系数是一个很重要的指标，夏群[35]等探究了再生骨料对透水混凝土的强度和透水系数的影响，发现再生透水混凝土的表现出的各种规律均与普通混凝土类似，例如随着成型压力的增加，抗压强度随之升高而透水系数随之降低，试验总体表明再生骨料是十分合适的生产透水混凝土的原材料。

一般来说，由于废弃混凝土的来源复杂且性质不稳定，多被生产成粗骨料使用，但是如果控制得当，也可将废弃混凝土加工成细骨料来使用。余乃宗[36]等掺加一定量的再生细骨料配制了试验砂浆，并改变粉煤灰占比进行了正交试验，对砂浆强度进行了测试，发现与再生粗骨料类似，再生细骨料会造成砂浆强度的降低，而且这种影响大于粉煤灰的影响。在实际生产中，应依据GB/T 25176—2010《混凝土和砂浆用再生骨料》分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 三类，控制每一类的取代率，研究表明，Ⅰ类再生细骨料不宜超过 50%，Ⅱ、Ⅲ 类再生细骨料不宜超过 30%[37]。

5 结论与展望

再生骨料具有良好经济效益与环境效益，在可以预见的未来，会越来越多的被用于实际生产。从以上各研究成果中，不难得出以下结论：

（1）再生骨料会使混凝土各项性能下降，使用时应控制其所占比例，若控制得当，仍然可以配制出高性能的混凝土。

（2）再生骨料经过各种处理后，性能可以得到显著的提高，从而增加了再生骨料的适用范围。

（3）再生骨料出用于普通建筑结构外，还可很好的用于透水混凝土等特种混凝土中，在实际生产中，应积极开发再生骨料的新用途。

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