冯超朋，李晨阳

(1.中建八局第四建设有限公司，青岛 266000； 2.福州大学土木工程学院，福州 350000)

0 引言

近年来，在我国长期粗放式开山采石的经营模式下，不可避免地对自然环境产生了不可逆转的破坏。同时，城市建筑的快速建设及建筑物服役到达年限，使建筑垃圾逐渐成为城市负担。在绿色发展理念的指引下，我们迫切需要采用合理的方式来解决这些建筑垃圾，并且寻找一种新的混凝土原材料生产方式来减小对天然砂石的过度依赖。

采用再生混凝土不仅可以减少对天然石材的开采，同时还能够有效地消耗城市建设和拆除过程中产生的建筑垃圾，是建筑垃圾资源化的重要途径，是我国低碳化进程中不可或缺的重要一环。

然而，制约再生混凝土发展的重要因素就是回收所得的粗骨料性能劣于天然粗骨料，利用回收的粗骨料制作而成的再生混凝土力学性能普遍低于普通混凝土。因此，本文从再生粗骨料来源及品质强化、再生混凝土配合比设计、掺加外加剂和外掺料等方面进行综述和讨论，并对研究内容进行展望，以期为强化再生混凝土力学性能的措施提出一些合理的参考。

1 再生粗骨料来源及品质强化

1.1 再生粗骨料来源和破碎方式

再生粗骨料主要来源于混凝土道路面层、建筑工地塔吊和施工电梯需拆除的基础和建筑物构件等。通常采用的破碎方式为挖掘机破碎锤初步破碎分解，铲车倒运，运输车送往建筑垃圾回收站。在这一过程中并未根据原生混凝土强度等级、浇筑混凝土所用粗骨料粒径大小进行分类，而是采用粗放式的回收方式统一由建筑垃圾回收站进行回收处理。王继娜等[1]将3种不同强度的混凝土废弃试块破碎回收并制作再生混凝土，研究表明，强度高的原生混凝土其表面水泥砂浆与新水化的水泥砂浆黏结性能越强，所制作的再生混凝土性能也就越好。这表明用来获取再生粗骨料的废弃混凝土的强度是影响再生混凝土性能的因素之一，国外学者也有类似结论[2-4]。因此，要将不同来源的混凝土进行分类，采用合理的初步分解方式来保证所得再生混凝土的力学性能。

目前，原生混凝土的破碎主要依靠颚式破碎机的上、下颚板进行挤压破碎。由于原生混凝土内部的三相结构不如岩石的内部结构稳定，受不均匀作用力挤压，容易造成再生粗骨料强度降低、表面龟裂、内部细微裂纹多等问题，与天然粗骨料相比本身材料性能较弱，所制得的再生混凝土强度就会下降[5-6]。因此，需要改进破碎工艺，以尽可能小的破坏形式来制得再生粗骨料。张海燕等[7]总结了不同学者关于再生粗骨料自身材料性能对再生混凝土力学性能的影响，提出再生骨料和混合骨料可根据压碎指标和吸水率分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类，Ⅰ类再生粗骨料所制作而成的再生混凝土性能与普通混凝土相近。

综前所述，针对再生粗骨料的获取，我们需要针对再生粗骨料来源进行分类，进行合理的初步分解，进一步改善破碎方式及工艺，最后对其进行筛选分类，具体流程如图1。

图1 再生粗骨料破碎回收分类工艺流程

1.2 再生粗骨料品质强化

Ollivier等[8]研究表明，混凝土内部结构黏结的薄弱环节为界面过渡区。废弃混凝土受破碎工艺限制，所获得的再生粗骨料表面包含水泥砂浆膜和部分未脱落的水泥砂浆块，当重新被当作粗骨料制作成新的混凝土时，内部结构的界面过渡区主要包括再生粗骨料本身的旧骨料—旧浆体、新浆体—旧浆体、新骨料—新浆体、旧骨料—新浆体[9]，示意图参考图2所示[10]。据此，多数学者从微观机构对再生混凝土界面过渡区展开研究，刘志龙等[11]通过电镜扫描对再生粗骨料混凝土新、旧浆体区进行对比，发现后者存在多条裂纹，该现象会导致再生粗骨料混凝土强度降低。李婷[12]利用体视显微镜对试块断裂面的砂浆、再生粗骨料和界面过渡区进行观测，研究发现再生混凝土旧砂浆质地疏松，再生粗骨料内部裂纹较于天然粗骨料偏多，再生粗骨料混凝土界面过渡区质地疏松，裂缝宽度50～100 μm，多方因素共同作用导致再生粗骨料混凝土的力学性能较差。芦静夫[13]通过硬度光学显微镜测试发现显微硬度和界面区宽度是影响再生混凝土力学性能的重要因素，通过电镜扫描试验发现裂缝存在于旧水泥石与骨料界面黏结处，且其中有新的水化产物，表明再生粗骨料在生产过程中受外力挤压，导致内部裂缝增多。

图2 再生混凝土界面过渡区示意图[10]

因此，将再生粗骨料表面砂浆膜及黏结砂浆块通过物理、化学等方式进行清除处理，或者弥补再生粗骨料表面的细微裂纹，可达到强化再生粗骨料品质的目的，从而提高再生混凝土的力学性能。机械研磨法主要通过机器的离心作用并依靠粗骨料间的摩擦来达到去除附着水泥砂浆的作用。日本建筑垃圾处理厂采用加热研磨法进行骨料的预处理，基本步骤是将废弃混凝土破碎成大小相近的碎块，通过适当的温度加热、脱水，使其脆化，再进行研磨处理，能够比较容易地将附着在再生粗骨料表面的水泥砂浆清除。李秋义等[14]针对再生粗骨料进行颗粒整形处理，去除表面附着的水泥砂浆，从而使再生粗骨料各项材料性能接近普通混凝土，并且该工艺相较于前两种方法，具有投入少、产出快、实现难度低的特点。罗素蓉等[15]采用预湿法、净浆裹石法、掺硅灰净浆裹石法对再生粗骨料进行预处理，可明显改善再生混凝土的徐变性能，其中掺硅灰净浆裹石法改善效果最佳。Hasan[16]通过使用低质量浓度酸清洗再生粗骨料，改善再生粗骨料表面缺陷，增强其与新水泥砂浆之间界面过渡区的黏结性能。程海丽[17]使用质量分数为5%的水玻璃溶液浸泡混凝土再生骨料1 h，同样能够提高再生混凝土的力学性能。宋学锋等[18]通过对比水玻璃与聚合硫酸铝对再生粗骨料进行预处理发现，两者均能够提高再生粗骨料及再生混凝土的性能，且水玻璃提升效果更佳。肖建庄等[19]研究发现，掺入纳米SiO2能够有效增强再生混凝土的密实度，减少基体孔隙率，从而显著改善再生混凝土抗氯离子渗透性能，改善效果随掺量的增加而增加。杨青等[20]通过引入高活性纳米SiO2和纳米改性矿物掺合料，得到了纳米改性再生混凝土，研究表明纳米SiO2与纳米改性矿物掺合料双掺，在一定程度上改善再生混凝土的力学性能。Zhang[21]研究再生混凝土骨料(RCA)二氧化碳处理对RCA和RCA砂浆性能的影响，结果表明，碳化提高了RCA的表观密度，降低了RCA的吸水率和压碎值。郑建岚等[22]研究发现再生粗骨料经CO2处理后，吸水率明显减小，并且当CO2强化压强为0.4 MPa时，CO2强化骨料的最佳时间为24 h。

2 再生混凝土配合比设计

与天然粗骨料相比，再生粗骨料自身吸水率偏高，且自身内部缺陷较多，这就会导致其工作性能和力学性能不能单纯地按照普通混凝土的配合比进行设计，在进行配合比设计时所需使用的水量、水灰比、砂率等都和普通混凝土有差异。郭远新等[23]、肖建庄等[24]、王绎景等[25]通过试验研究发现，再生粗骨料取代率和水灰比对再生混凝土的抗压强度影响较大，且取代率和水灰比越高，其抗压强度越低。张亚梅等[26]提出骨料预吸水法用以满足再生粗骨料的高吸水率，同时辅以减水剂和粉煤灰，能够明显改善再生混凝土的工作和力学性能。再生混凝土配合比的设计方法有等体积替代法和等量砂浆法，章玉容等[27]通过对比认为，后者能够明显减少碳排放。吴瑾等[28]通过试验设计研究发现，当砂率为0.40时，对和易性最为有利；砂率为0.35时，对抗压强度最为有利。王欣[29]通过设置砂率和取代率两个变量，研究再生混凝土的抗压、抗拉和抗折强度，研究结果表明合理的砂率能够改善高强再生混凝土的坍落度，从而提升再生混凝土的密实度，脆性、塑性变形能力和力学强度。

总体而言，多数学者研究成果比较一致，即再生混凝土的力学性能随取代率的上升而下降，随水灰比的降低而增大，砂率能够改善再生混凝土的工作性能和内部结构的密实度，进而改善其力学性能。但是针对相同强度的再生混凝土和普通混凝土，关于其水灰比大小的差异研究相对较少，即针对再生混凝土，在进行配合比设计时，其水灰比的设计值为多少时能够达到与同强度的混凝土一致的水平。水灰比的设计值对于指导再生混凝土的工程推广具有重要的现实意义。

3 外加矿物掺料和纤维

矿物掺料能够有效填充混凝土内部结构的孔隙，提高密实度，能够明显改善混凝土的力学性能。刘康宁等[30]通过试验研究发现在单掺粉煤灰10%时或双掺粉煤灰10%和硅粉10%时，能够有效改善再生混凝土的抗压强度。Bravo等[31]研究表明，通过添加高效减水剂，能够有效提高再生混凝土的抗拉强度。任莉莉等[32]研究表明，加入混杂纤维能够明显改善再生混凝土的力学性能，但掺量超过一定限值时，反而对其力学性能不利。牛海成等[33]研究表明，玻璃纤维和PVA纤维的掺入能够明显改善再生混凝土的抗压强度和塑性变形能力。王建超等[34]以纤维长度和纤维掺入量为变量进行试验研究发现，掺入碳纤维能够有效改善再生混凝土的力学性能，且纤维长度为6 nm、掺入量为0.12%时效果最佳。陈宇良等[35]通过试验研究发现，钢纤维对再生混凝土抗剪能力提高幅度较大，对抗压强度提高幅度较小。

4 结语

本文从再生粗骨料获取方式，再生粗骨料破碎方式，物理、化学方式强化再生粗骨料品质，再生粗骨料取代率、水灰比、砂率、外加矿物掺料和纤维等方面进行了叙述，阐明前述强化措施对再生混凝土力学性能的影响。多数学者认为，再生混凝土的力学性能普遍低于普通混凝土，但是通过改善再生粗骨料品质及优化配合比，能够使再生混凝土达到与普通混凝土相近的力学性能。

同时，受限于再生骨料的获取方式、存在差异的配合比设计及试验方案，不同学者通过试验得到的结论难以形成统一的规范用来指导再生混凝土在实际工程中的应用。为进一步加快再生混凝土在实际工程中的应用，在现有研究的基础上，仍有一些实际问题需要进行进一步的研究解决，主要包括但不限于以下几点：

1)针对废弃的原生混凝土，要提出合理的分类标准，按照不同类型的废弃混凝土材料，选择合适的骨料破碎方式，采用柔和的破碎形式来减小再生粗骨料生产过程中所产生的强度降低、裂纹增多等现象。

2)目前针对再生混凝土力学性能的研究颇丰，但普遍认为其力学性能要弱于普通混凝土，建议拓宽再生混凝土的应用范围，从结构性向功能性转化，如装饰混凝土、3D打印混凝土、造型混凝土、室外景观等。

3)混凝土构件在实际工程中往往受到多重环境因素的影响，建议开展不同因素耦合作用下再生混凝土长期工作性能的研究，同时建立适用性广泛的再生混凝土本构模型，包括冻融、盐融、持载、高温等特殊环境条件，以满足特定条件下再生混凝土力学性能的有限元模拟研究。