黄 伟，方张平，葛进进，张阳阳

(1. 淮南联合大学 建筑与艺术学院，安徽 淮南 232038；2. 安徽理工大学 土木建筑学院，安徽 淮南 232001)

由于建筑行业快速发展，存在大量废旧混凝土结构，而这些废旧混凝土结构拆除后，基本被当作建筑垃圾，没有太多利用.面对节能环保的需要，开展再生混凝土相关性能研究尤为重要.目前，再生混凝土的研究主要集中在再生粗骨料的制备方面，如分析不同再生粗骨料取代率对混凝土力学性能的影响[1-3]；制备再生保温混凝土[4-5]、纤维再生混凝土[6-8]、再生保温混凝土砌块[9-10]等.常规的再生保温混凝土因保温性能差、强度低等缺点[11-12]，约束了其推广和应用.很多学者利用掺入各种掺合料来改善再生混凝土的性能，能拓宽再生混凝土的使用范围.碳酸钙晶须是一种新型无机填料，其微观结构呈较高长径比的针状或纤维状，可以在复合材料的微观结构中起到短切纤维的作用；玄武岩纤维是一种新型高性能矿物纤维材料，具有导热系数小、弹性模量高、拉伸强度大、分散性好等优点.这2 种材料均与水泥基体具有良好的相容性.

本文利用碳酸钙晶须(CW)和玄武岩纤维(BF)单掺、复掺制备再生保温混凝土，分析其对再生保温混凝土的作用机理，并通过试验研究其对再生保温混凝土抗压强度、导热系数、微观结构和界面过渡区的影响，以期为进一步推广再生保温混凝土提供参考.

1 试验材料和配合比

1.1 试验材料及参数

普通硅酸盐水泥(P·O 42.5)；萘系减水剂FDN-C，减水率为18%～28%，掺量为水泥掺量的0.5%；人工破碎废弃混凝土，并根据《建筑用卵石、碎石》[13](GB/T 14685—2011)测试方法对再生粗骨料进行筛分和性能测试，再生粗骨料表观密度1.22 g/cm3，24 h 吸水率6.84%，压碎指标值为21.5%，筛分结果见表1；细骨料用玻化微珠来取代，玻化微珠物理性能指标见表2；碳酸钙晶须采用振华塑化公司生产的文石型碳酸钙，纯度98%，具体性能指标见表3，其形貌见图1；采用湖南长沙汇祥纤维厂生产的玄武岩纤维，其性能参数见表4.

表2 玻化微珠物理性能指标

表3 碳酸钙晶须性能参数

图1 碳酸钙晶须形貌

表4 玄武岩纤维性能参数

1.2 试验配合比及试块制作

再生保温混凝土配合比如表5 所示.浇筑制备100 mm×100 mm×100 mm 立方体试块和300 mm×300 mm×30 mm 的平板试块，混凝土试件成型拆模后放置在温度为(20±1) ℃，相对湿度为95%的恒温恒湿养护箱中养护至28 d 龄期后，取出试件进行试验.

表5 再生保温混凝土的配合比

1.3 试件测试

再生保温混凝土立方体试块抗压强度采用微机控制电液伺服万能实验机WAW-1000 进行试验，压力加载速度控制在0.3 MPa/s.再生保温混凝土导热系数采用稳态法中的防护热板法，试验前将平板试件烘干，然后利用DR3030 智能平板导热系数测定仪测定.采用QUANTA650 扫描电子显微镜进行微观结构试验.

2 试验结果与分析

2.1 力学性能

图2 为再生保温混凝土抗压强度分布.由图2 可知，不掺碳酸钙晶须和玄武岩纤维时，再生素混凝土抗压强度最低，仅13.2 MPa.玄武岩纤维掺量为0.5%，碳酸钙晶须掺量分别为0%，1.0%，2.0%，5.0%和10.0%时，再生保温混凝土抗压强度呈现先增长后降低的变化趋势.碳酸钙晶须掺量为5.0%时，再生保温混凝土抗压强度达到19.1 MPa.这表明适量的碳酸钙晶须发挥了晶须纤维超细无机填料的优势，即降低再生保温混凝土骨料的离析和内部孔隙率，另外碳酸钙晶须可以充当纤维杂乱分布在再生混凝土内部，2 种尺度纤维有效地阻断了再生混凝土早期形成的微裂纹，起到了补强增韧和填充密实的作用.碳酸钙晶须掺量为10%时，因碳酸钙晶须掺量过大，会产生晶须纤维集聚现象，使其在再生混凝土中形成更多的孔隙和内部缺陷，反而造成再生混凝土抗压强度的降低.

图2 再生保温混凝土抗压强度分布

2.2 导热性能

图3 为再生保温混凝土导热系数分布.由图3 可知，R1 试样导热系数为0.365 W/(m·K)；单掺0.5%玄武岩纤维后，R2 试样的导热系数为0.375 W/(m·K)，增长了2.6%；单掺1.0%碳酸钙晶须后，R3 试样的导热系数为0.379 W/(m·K)，增长了3.9%.与碳酸钙晶须相比，玄武岩纤维因导热系数小，对再生保温混凝土的导热性能影响略小.玄武岩纤维和碳酸钙晶须双掺后，再生保温混凝土的导热系数逐渐增大.当玄武岩掺量为0.5%、碳酸钙晶须掺量为5.0%时，再生保温混凝土导热系数达到峰值0.405 W/(m·K)；当碳酸钙晶须掺量为10.0%时，再生保温混凝土导热系数降至0.384 W/(m·K).这表明过多的晶须聚集在混凝土内部形成了多孔结构，阻止了热量传递，从而降低了再生混凝土的导热系数.

图3 再生保温混凝土导热系数分布

2.3 微观结构

图4 为混凝土中玻化微珠在混凝土内部的微观形貌.由图4(a)可知，玻化微珠内部有大量的空隙，空洞大小不一，分布不均匀；由图4(b)可知，玻璃体球状空洞周边为玻化微珠的薄壁，其与水泥浆水化产物紧密联系在一起.图5 为不同配合比再生保温混凝土SEM形貌.由图5(a)可知，玄武岩纤维周围C-S-H 凝胶体较少，纤维周围存在明显的裂纹，水泥水化产物存在微裂纹和较大孔洞，有部分针状的钙钒石晶体；由图5(b)可知，玄武岩纤维周边由C-S-H 凝胶体握裹紧密，水泥基存在大量微孔；由图5(c)可知，毫米级的玄武岩纤维周边分布部分针状的碳酸钙晶须，当碳酸钙晶须掺量为5.0%时，水泥基水化产物更为丰富，且玄武岩纤维周边的碳酸钙晶须分布更为明显，水泥基内部孔洞分布小而多.

图4 再生保温混凝土中玻化微珠形貌

图5 不同配合比混凝土微观形貌

2.4 界面过渡区

图6 为再生粗骨料界面过渡区微观形貌.由图6 可知，再生粗骨料与水泥浆之间的界面过渡区非常明显，能清晰看到界面过渡区存在的微裂缝.图6(a)为未掺碳酸钙晶须的再生混凝土，水泥浆与骨料之间裂纹明显；掺入碳酸钙晶须后(如图6(b)所示)，由于晶须可以促进水泥的水化反应，生成大量的C-S-H 凝胶体，填充骨料与水泥浆之间的缝隙，使界面过渡区致密性有所提高，同时增强了玄武岩纤维的粘结性能，使整个混凝土界面过渡区得以强化，从而提高了再生保温混凝土 的整体性.

图6 再生粗骨料界面过渡区微观形貌

3 结论

1)掺入碳酸钙晶须和玄武岩纤维可有效提高再生保温混凝土的抗压强度和导热系数；随着碳酸钙晶须掺量的增加，两者均表现先增加后降低的趋势；当玄武岩纤维掺量为0.5%、碳酸钙晶须掺量为5.0%时，再生保温混凝土相比素混凝土，其抗压强度提高了44.7%，导热系数增长了11.0%.

2)玄武岩纤维和碳酸钙晶须双掺后，再生保温混凝土界面过渡区水化产物丰富，尤其是晶须与水泥水化产物发生反应，生成大量的C-S-H 凝胶体，与玄武岩纤维联合作用，抑制了再生保温混凝土内部微裂纹的产生，形成了致密的界面过渡区.

3)当玄武岩纤维掺量为0.5%、碳酸钙晶须掺量为5.0%时，制备的再生保温混凝土可以同时兼顾强度和保温性能.