丁雅博

(吉首大学张家界学院 湖南 张家界 427000)

引言

为了保护天然骨料资源，并尽量减少建筑与建筑垃圾对环境的影响，从建筑与建筑垃圾中获得的再生混凝土骨料在过去20年里一直被认为是结构混凝土中天然骨料的替代品。目前公认，使用再生混凝土骨料生产再生骨料混凝土是一项极具吸引力和前景的技术，可以节约自然资源和减少建造业对环境的影响。在过去的三十年里，人们对再生骨料的性能进行了大量的研究，产生了大量有价值的试验结果[1][2]。

因此，为了更好地理解这种材料的性能，有必要对再生骨料混凝土的力学性能进行研究。本文通过对有关再生混凝土力学性能的研究进行了较为深入的总结。主要研究了再生混凝土的基本力学性能，如抗压强度、弹性模量、应力应变关系以及劈拉强度和抗折强度的影响因素。为更进一步研究再生骨料混凝土的应用提供参考。

一、再生骨料混凝土抗压强度

抗压强度是公认的混凝土最重要的力学性能，以下各小节总结了了水胶比、再生混凝土集料取代率、破碎前混凝土强度、再生混凝土混凝土的水泥砂浆含量和骨料粒径对再生混凝土抗压强度的影响[3][4]。

(一)水胶比的影响。水胶比被认为是影响混凝土性能的最重要参数。水胶比对硬化后的再生骨料混凝土抗压强度的影响已被广泛研究。其中一些研究还考虑了总水灰比的影响，总水是指被细、粗集料吸收的有效水和饱和水之和。

由于再生骨料的多孔性质，大量的砂浆将附着在骨料表面，加入再生骨料混合料中的总水量并不能准确表示用粘结剂水合的实际水量，因为很大一部分水被混合物中的再循环集料吸收。因此对于相同的总水量的混凝土来说，再生骨料混凝土可以表现出与天然骨料混凝土相当甚至更高的抗压强度。这一意想不到的观察结果可以用再生骨料混合料在水化过程中的实际含水量降低来解释，这是因为回收的骨料吸水率更高。

(二)再生骨料取代率的影响。再生骨料取代率对混凝土性能的影响已被广泛研究。研究结果表明从立方体或圆柱形试样获得的混凝土的抗压强度随着再生骨料取代率的增加而降低。这可以根据再生骨料混凝土的微观结构来解释，再生骨料混凝土在骨料和附着在再生混凝土骨料表面的旧砂浆(即旧砂浆)之间有一个额外的界面过渡区，而界面过渡区通常被认为是混凝土中的薄弱环节。因此，在再生骨料取代率较大的混凝土中将存在界面过渡区，所以会导致较低的抗压强度。

(三)破碎前混凝土强度的影响。只有少数研究集中在破碎前混凝土强度对再生骨料混凝土的抗压性能的影响上。这些研究表明，随着破碎前混凝土抗压强度的增加而增加。这种影响在水灰比较低的试件中更为显著。这一现象可以用具有不同水灰比混合料的不同破坏机理来解释，在中低水灰比的混凝土中，新砂浆的强度和新老砂浆区域之间的界面张力一般高于再生混凝土骨料的强度。因此，这种混凝土的破坏是从再生混凝土骨料开始的，这些混凝土的整体抗压强度取决于再生混凝土骨料的强度。

(四)再生混凝土骨料水泥砂浆含量和骨料粒径的影响。再生混凝土骨料与天然骨料相比，通常具有较差的力学性能，因为其表面附着了大量的水泥砂浆，这是其高孔隙率和低骨料破碎的原因。如前所述，所附砂浆含量对再生骨料的抗压强度有不利影响。混合料的抗压强度随所附砂浆含量的增加而减小。其次再生混凝土骨料的骨料粒径与其表面附着的砂浆数量之间存在很强的相关性。随着骨料粒径的增加，附着在再生混凝土骨料表面的砂浆数量减少，所以抗压强度增加。

二、再生骨料混凝土弹性模量

弹性模量是描述混凝土在初始线弹性阶段轴向应力应变行为的重要力学性质。本部分讨论了再生骨料的密度、再生骨料取代率、骨料粒径大小和附着砂浆含量对其弹性模量影响的研究结果[5]。

(一)再生骨料混凝土密度的影响。对于给定的水灰比，随着再生骨料混凝土密度的提高，再生骨料混凝土将显示出较高的弹性模量。这可以归因于随着再生骨料混凝土密度的增加，再生骨料混凝土中的块体的强度和刚度增加。

(二)再生骨料混凝土取代率的影响。以前的研究表明，对于给定的混凝土配合比，再生骨料混凝土取代率的增加会导致弹性模量的下降。主要是传统混凝土的弹性行为与其组成材料(即骨料和砂浆)和骨料-砂浆基质界面过渡区的弹性行为密切相关。因此，由于粗骨料在混凝土混合料中所占的体积比例很大，因此粗骨料的性质对混凝土的整体弹性行为有很大的影响。

(三)再生混凝土骨料粒径和砂浆附着量的影响。以前的一些研究调查了附加砂浆含量对再生骨料混凝土弹性模量的影响，显示了所附砂浆含量的增加将导致了较低的弹性模量的再生骨料混凝土。这可以归因于再生混凝土骨料的弹性模量随着砂浆含量的增加而降低，这是由于附着的砂浆具有固有的多孔性质。

三、混凝土的应力应变特性

混凝土的结构分析和设计需要对其在受压下的应力应变行为有一个清晰的认识[5]。近年来，人们对碾压混凝土的应力应变特性进行了大量的研究。这些研究表明，再生骨料混凝土和天然骨料混凝土在轴向压缩下的行为不同。随着再生骨料取代率的增加，再生骨料混凝土的峰值压缩强度降低，而其相应的峰值应变增加。

四、劈裂抗拉强度和抗折强度

根据以前对再生骨料混凝土和天然骨料混凝土的研究来说，再生骨料混凝土的劈裂抗拉强度和抗折强度一般低于具有相同混凝土配合比的天然骨料混凝土[6][7]。本部分主要研究了再生骨料混凝土取代率、再生混凝土骨料粒径对再生骨料混凝土的劈裂抗拉强度和抗折强度的影响。

(一)再生骨料混凝土取代率的影响。以前的一些研究已经调查了再生骨料混凝土取代率对劈裂抗拉强度和抗折强度的影响。在大多数情况下，再生骨料混凝土取代率的增加会导致两个劈裂抗拉强度和抗折强度的降低，这归因于再生混凝土骨料的抗拉强度低于天然骨料，随着取代率的增加，劈裂抗拉强度和抗折强度将降低。

(二)再生混凝土骨料粒径的影响。再生混凝土骨料的骨料粒径增加会导致再生骨料的强度增加。这种结果可以归因于这样一个事实，即骨料粒径的减少，将增加集料表面粗糙度的增加，导致集料砂浆界面过渡区内的应力集中和裂纹扩展增加，进而导致集料砂浆界面过渡区的强度降低。

五、结语

本研究对再生骨料的基本力学性能进行了较为全面的研究。详细介绍了影响再生骨料混凝土基本力学性能包括抗压强度、弹性模量、应力应变行为以及抗折强度和劈拉强度的各种潜在因素。得到如下结论：(1)再生骨料混凝土的抗压强度、弹性模量、劈裂抗拉强度和抗折强度随再生骨料混凝土取代率的增加而降低。(2)再生骨料混凝土的抗压强度随有效水灰比的增大而增大，混合料的骨灰比越大，其抗压强度越低。(3)粒径较大或砂浆附着量较少的再生混凝土具有较高的抗压强度、弹性模量、劈拉强度和抗折强度。