再生混凝土技術(shù)在建筑中的應(yīng)用

再生混凝土技術(shù)在建筑中的應(yīng)用

0再生粗料耐久性機(jī)理再生混凝土技術(shù)是促進(jìn)建筑、資源和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的主要措施之一。它引起了混凝土研究人員和工程行業(yè)的關(guān)注。再生混凝土的微觀結(jié)構(gòu)和界面特點(diǎn)由于再生粗集料的加入而變得比普通混凝土更為復(fù)雜,也給再生混凝土的耐久性機(jī)理分析帶來(lái)很大困難。同時(shí),不同來(lái)源的再生集料性能差異較大,耐久性的試驗(yàn)方法各異,各國(guó)學(xué)者的試驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容不盡統(tǒng)一。本文在國(guó)內(nèi)外大量文獻(xiàn)對(duì)比分析的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)研究了再生混凝土的耐久性能。1混凝土的永不處理1.1抗碳化性能再生集料的孔隙率大于天然集料,使得再生混凝土的孔隙率與同水灰比的普通混凝土相比,將會(huì)有較大的增加,這無(wú)疑會(huì)降低其抗碳化性能。然而,再生集料的表層含有老水泥砂漿,使得再生混凝土中總的水泥含量增大,可碳化物質(zhì)增加,這對(duì)抗碳化性能有利。因此,再生混凝土的抗碳化性能應(yīng)是這兩個(gè)效應(yīng)的綜合。文獻(xiàn)的試驗(yàn)均得出,隨再生粗集料的取代率增加,再生混凝土的碳化深度增大。Otsuki的試驗(yàn)結(jié)果是隨水灰比的增加,再生混凝土的碳化深度增大。Otsuki和Hiroshi的試驗(yàn)得出,采用二次攪拌工藝(DoubleMixingMethod)可提高再生混凝土的抗碳化性能。Hiroshi的試驗(yàn)還得出,再生混凝土碳化深度的標(biāo)準(zhǔn)差大于普通混凝土。Ryu的試驗(yàn)得出,再生粗集料的性能(砂漿強(qiáng)度及含量)對(duì)碳化深度的影響很小。Amanon的試驗(yàn)表明,原始混凝土的齡期(小于28d的范圍內(nèi)、水泥未完全水化)對(duì)再生混凝土抗碳化性能影響不明顯。Shayan的試驗(yàn)得出,集料經(jīng)過(guò)硅酸鈉溶液(黏結(jié)劑)表面改性處理的再生混凝土與普通混凝土的碳化深度均較大,因?yàn)楣杷徕c溶液具有的很高的CO2吸附能力會(huì)增大混凝土的碳化速率。陳云鋼的試驗(yàn)得出,摻加Kim粉結(jié)晶型和結(jié)晶滲透型液狀界面改性劑后再生混凝土抗碳化性能并未得到明顯改善。孫浩的試驗(yàn)得出,摻加礦渣粉、鋼渣粉可以減小碳化深度,但其摻量不宜過(guò)大(礦渣粉摻量不大于30%,鋼渣粉摻量不大于10%);而摻加粉煤灰反而會(huì)使碳化深度增大?？梢?jiàn),摻加礦物摻合料可以細(xì)化混凝土內(nèi)部孔隙、改善再生集料與新水泥漿體的界面,有利于改善再生混凝土抗碳化性能,但它們也同時(shí)降低混凝土內(nèi)部的堿含量,增大碳化速率。綜合以上研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),再生混凝土抗碳化性能可能低于同水灰比的普通混凝土。然而,同強(qiáng)度等級(jí)的再生混凝土與普通混凝土,其抗碳化性能可能比較接近。如Limbachiya的試驗(yàn)得出,與同強(qiáng)度等級(jí)的普通混凝土相比,再生粗集料取代率大于30%的再生混凝土抗碳化性能有所改善。又如Salomon的試驗(yàn)得出,用作列線圖的配合比設(shè)計(jì)方法配制的再生混凝土,其碳化深度小于同強(qiáng)度等級(jí)的普通混凝土。究其原因都是因?yàn)樵偕炷恋乃嘤昧棵黠@大于同強(qiáng)度等級(jí)的普通混凝土。再生混凝土抗碳化性能的基本規(guī)律是:隨新水泥漿體密實(shí)度的增大(如減小水灰比、摻加適量礦物摻合料、采用二次攪拌工藝等),再生混凝土的碳化深度減小;對(duì)再生粗集料進(jìn)行表面改性并不能明顯改善抗碳化性能;隨再生粗集料的取代率增加,再生混凝土的碳化深度增大。1.2凍融試驗(yàn)對(duì)再生混凝土抗凍性能的影響許多研究者[12,13,14,15,16,17,18,19,20]的試驗(yàn)均得出,再生混凝土具有良好的抗凍性能,甚至優(yōu)于同水灰比的普通混凝土。Hendriks對(duì)荷蘭Helmond地區(qū)的兩條公路(其中一條為普通混凝土做的,另一條為再生混凝土做的)進(jìn)行抽樣,凍融試驗(yàn)結(jié)果表明,再生混凝土的抗凍耐久性與普通混凝土差別不大。其原因與輕集料混凝土具有很好的抗凍性能相類似,盡管再生集料改善混凝土抗凍性能的效果不如輕集料,但再生集料較大的孔隙率應(yīng)該也可起到微養(yǎng)護(hù)的作用,還可降低界面處水泥砂漿的水灰比,從而改善了界面的質(zhì)量。然而,更多研究者[22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41]得出,再生混凝土的抗凍性能低于、甚至明顯低于普通混凝土,再生粗集料是再生混凝土抗凍性能的薄弱環(huán)節(jié)。其主要原因是再生粗集料很容易吸水飽和,10min可達(dá)飽和程度的85%以上,30min可達(dá)飽和程度的95%左右,根據(jù)Whitesids研究,凍融破壞的臨界飽和度約為92%,因而,再生粗集料容易先于新水泥基體發(fā)生凍融破壞,成為再生混凝土抗凍性能的薄弱環(huán)節(jié)。Hasaba、Kawamura和Gokce對(duì)凍融試驗(yàn)后再生混凝土試塊進(jìn)行顯微分析的結(jié)果表明,微觀裂縫首先集中于再生粗集料的附著砂漿,進(jìn)而誘發(fā)其周圍新砂漿中生成裂縫,經(jīng)過(guò)次數(shù)不多的凍融循環(huán)之后裂縫便在新砂漿中相互貫通,最終導(dǎo)致試塊凍融破壞。Gokce的試驗(yàn)中采用了兩類再生粗集料,其中I類再生粗集料由非引氣混凝土破碎而成,而II類再生粗集料由引氣混凝土破碎而成,再生混凝土與普通混凝土均摻加了引氣劑。結(jié)果是由I類再生粗集料配制的再生混凝土引氣后,其抗凍性能明顯低于普通混凝土;而由II類再生粗集料配制再生混凝土,其抗凍性能優(yōu)于普通混凝土;II類再生粗集料中摻加少量I類再生粗集料后,由其配制的再生混凝土抗凍性能明顯下降。由此表明,原始混凝土是否引氣(即老砂漿是否引氣)對(duì)再生混凝土的抗凍性能有著很大影響,未引氣的再生粗集料表層附著老砂漿往往就是抗凍性能的薄弱環(huán)節(jié)。Dillmann的試驗(yàn)得出,原始混凝土的強(qiáng)度對(duì)再生混凝土的抗凍性能似乎沒(méi)有影響。覃銀輝研究了再生混凝土硬化初期遭遇一次凍結(jié)后的性能。試驗(yàn)表明,再生混凝土的預(yù)養(yǎng)齡期(受凍前的養(yǎng)護(hù)齡期)、受凍天數(shù)對(duì)再生混凝土的后期強(qiáng)度有較大影響;不同受凍溫度對(duì)再生混凝土的后期強(qiáng)度影響較小,但對(duì)一次凍結(jié)融解時(shí)的強(qiáng)度影響較大;再生混凝土需預(yù)養(yǎng)護(hù)較長(zhǎng)時(shí)間(14d)才能使后期強(qiáng)度基本不受損害,因而不適于冬季施工。再生混凝土抗凍性能的基本規(guī)律是,降低水灰比以減小混凝土內(nèi)部的孔徑,摻加引氣劑以減少空氣泡間距,摻加摻合料以細(xì)化混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu),減小再生粗集料最大粒徑及再生集料的強(qiáng)化,均能提高再生混凝土抗凍性能,其中以摻加引氣劑的效果最好。如Salem、劉學(xué)艷、李占印、Gokce和張雷順等的試驗(yàn)結(jié)果均說(shuō)明降低水灰比(摻加減水劑)可以較大地提高再生混凝土的抗凍性能。除了Nishibayashi外,B.C.S.J、Salem和張雷順等的試驗(yàn)結(jié)果均表明摻加引氣劑對(duì)改善再生混凝土抗凍性能的效果明顯。Salem、劉學(xué)艷、肖開(kāi)濤、Gokce和張雷順的試驗(yàn)結(jié)果表明,摻加粉煤灰、偏高嶺土等礦物摻合料、增漿法(增加水泥漿體,作再生粗集料預(yù)裹漿用,以改善薄弱環(huán)節(jié)——再生集料表層原水泥砂漿中的內(nèi)部缺陷)以及對(duì)再生集料進(jìn)行改性均可改善再生混凝土的抗凍性能。李占印的試驗(yàn)得出用12%的粉煤灰取代水泥改善再生混凝土抗凍性能的效果并不明顯,這可能是由于粉煤灰摻量較小(12%)的緣故。Salem的試驗(yàn)就表明粉煤灰摻量為14%時(shí),再生混凝土抗凍性能的改善效果并不明顯,而當(dāng)粉煤灰摻量增加到28%時(shí),再生混凝土抗凍性能得到了明顯改善。Oliveira的試驗(yàn)得出,再生粗集料的水飽和度對(duì)再生混凝土抗凍性能的影響很大,降低再生粗集料的水飽和度可提高再生混凝土抗凍性能。Rottler的試驗(yàn)得出,減小再生集料的粒徑可提高再生混凝土的抗凍性能。1.3再生混凝土干縮變形再生混凝土的收縮機(jī)理同普通混凝土基本一樣。在普通混凝土中,產(chǎn)生收縮變形的主要是水泥砂漿,粗集料對(duì)水泥砂漿的收縮變形起著抑制作用。然而,由于再生集料表層的老水泥砂漿吸水后產(chǎn)生收縮,以及再生集料的彈性模量較小,抑制作用降低,此外,為改善再生混凝土的工作性能,通常采用預(yù)濕再生集料或者增加拌和水的方法等,均將增大再生混凝土的干縮變形。Ravindrarajah的試驗(yàn)表明,隨強(qiáng)度增大,再生混凝土的收縮變形較同水灰比的普通混凝土增大越多;隨原始混凝土強(qiáng)度增加,再生混凝土的干縮變形增大。這可能是因?yàn)?強(qiáng)度越高時(shí),再生粗集料的單位用量增大,使得再生混凝土總的砂漿含量越大,而原始強(qiáng)度越高時(shí),再生粗集料附著砂漿含量越大。Eguchi基于復(fù)合理論的觀點(diǎn)研究了再生混凝土干縮,再生集料本身較大的干縮變形及較低的彈性模量使再生混凝土干燥收縮較大;對(duì)普通混凝土而言,絕大部分的水分散失來(lái)自于水泥石,而在再生混凝土中,除水泥石外,再生集料也會(huì)失水,導(dǎo)致干燥收縮較大;再生集料在干燥初期失水很多,但對(duì)再生混凝土干縮變形的貢獻(xiàn)并不大,而在后期,再生集料的水分散失對(duì)干縮變形的貢獻(xiàn)增大。試驗(yàn)表明[5,7,13,20,23,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54],再生混凝土的收縮變形較普通混凝土增大0~100%。文獻(xiàn)[5,20,53-57]的試驗(yàn)得出,再生混凝土收縮變形隨再生粗集料或再生細(xì)集料取代率的增加而增大。Coquillat和Ravindrarajah的試驗(yàn)還得出,全部采用再生粗、細(xì)集料取代天然粗細(xì)集料時(shí),再生混凝土的收縮變形將明顯增大。趙偉的試驗(yàn)得出,再生混凝土的干縮變形在早期(前56d)增長(zhǎng)很快,在后期逐漸增長(zhǎng)減慢。Khatib的試驗(yàn)得出,再生細(xì)集料的干縮變形在前10d內(nèi)增長(zhǎng)很快,此后增長(zhǎng)速度逐漸減慢,孫浩的試驗(yàn)表明,再生混凝土干縮變形在前60d增長(zhǎng)很快,此后逐漸趨于平緩。表1為比利時(shí)(Belgium)、荷蘭(Holland)以及國(guó)際結(jié)構(gòu)材料試驗(yàn)室和聯(lián)合會(huì)(RILEM)關(guān)于不同再生粗集料取代率的再生混凝土干縮變形較同強(qiáng)度普通混凝土的比例系數(shù)(CorrectionCoefficient)。綜合以上試驗(yàn)結(jié)果,再生混凝土的干縮變形大于普通混凝土。影響再生混凝土干縮變形的主要因素有:水泥品種、水膠比(強(qiáng)度)、相對(duì)濕度、養(yǎng)護(hù)時(shí)間、試件尺寸(體積與表面積之比)、齡期等。再生混凝土干縮變形的基本規(guī)律為;再生混凝土干縮變形在前期增長(zhǎng)很快,后期逐漸減慢;再生混凝土的干縮變形隨再生粗集料取代率的增加而增大,而采用再生細(xì)集料取代天然砂時(shí),其值將進(jìn)一步增大;再生混凝土的干縮變形隨水膠比、膠集比(膠泥材料與集料之比)的增加而增大,也隨用水總量、膠泥材料總量的增加而增大;隨再生粗集料附著砂漿含量增加,再生混凝土干縮變形增大;摻加礦物摻合料(如粉煤灰、礦渣等)、聚丙烯纖維、鋼纖維、膨脹劑以及采用蒸汽養(yǎng)護(hù)等可以減小再生混凝土的干縮變形,其中以摻加膨脹劑的效果最好,如文獻(xiàn)[5,50-52,55-56,59]的試驗(yàn)結(jié)果。1.4再生混凝土徐變?cè)偕现泻写罅康乃嗌皾{,使得再生混凝土中總的砂漿含量大于同配合比的普通混凝土,導(dǎo)致再生混凝土的徐變較大。文獻(xiàn)[24,43,45,53,60-63]的試驗(yàn)得出,再生混凝土的徐變較同配合比普通混凝土大約20%~60%。Ravindrarajah的試驗(yàn)表明,再生混凝土的徐變隨強(qiáng)度增加而減小;隨再生粗集料附著砂漿含量的增加而增大。CUR的試驗(yàn)表明,隨抗壓強(qiáng)度的增加,同強(qiáng)度再生混凝土與普通混凝土的徐變之間的差別減小。Nishibayashi的試驗(yàn)得出,再生混凝土的比徐變(單位應(yīng)力下的徐變,specificcreep)大于普通混凝土,在齡期250~300d內(nèi)兩者差別一直增大,此后兩者的徐變?cè)鲩L(zhǎng)速度均逐漸減慢;徐變隨水灰比的增加而迅速增大,但在任意水灰比和荷載水平之下,再生混凝土與普通混凝土徐變之間的差別幾乎為一定值。Hiroshi的試驗(yàn)表明,采用DC-RR(decompressionandrapidrelease)攪拌方法(即經(jīng)過(guò)正常攪拌的程序后,再加上減壓、快速釋放的這兩道程序),可以改善再生粗集料與新水泥基體之間界面(NewInterfacialTransitionZone)的質(zhì)量,最終使再生混凝土的徐變降低約20%,接近于普通混凝土的徐變水平。Gomez的試驗(yàn)得出,再生混凝土徐變隨再生集料取代率的增加而增大,并建立了再生混凝土的徐變與其孔隙率之間的關(guān)系式。表2為比利時(shí)(Belgium)、荷蘭(Holland)以及國(guó)際結(jié)構(gòu)材料試驗(yàn)室和聯(lián)合會(huì)(RILEM)關(guān)于不同再生粗集料取代率的再生混凝土徐變系數(shù)較同強(qiáng)度普通混凝土的比例系數(shù)(CorrectionCoefficient)。由上述的研究結(jié)果可知,再生混凝土的徐變較普通混凝土大。再生集料中含有大量的水泥砂漿,使得再生混凝土中總的砂漿含量大于同配合比的普通混凝土,導(dǎo)致再生混凝土的徐變較大。再生混凝土徐變的基本趨勢(shì)同普通混凝土基本上是一致的,即隨水泥用量、水灰比增加而增大;采用DC-RR攪拌方法可以降低再生混凝土的徐變;理論上來(lái)說(shuō),摻加粉煤灰、聚丙烯纖維、鋼纖維、膨脹劑等可以減少再生混凝土收縮變形的方法,同樣也可以減小其徐變。不過(guò),這還需要進(jìn)一步的試驗(yàn)加以驗(yàn)證。正是由于再生混凝土徐變較大,故不宜用于預(yù)應(yīng)力構(gòu)件,而用于非預(yù)應(yīng)力構(gòu)件時(shí)需增大截面高度10%。1.5提高再生混凝土的孔隙率理論上,再生集料在破碎過(guò)程中產(chǎn)生的裂縫,及其表層老水泥砂漿的孔隙率,還有再生集料中的老界面(OldInterfacialTransitionZone)都將改變?cè)偕炷羶?nèi)部的孔結(jié)構(gòu),增大再生混凝土的孔隙率,從而增大其滲透能力?；炷恋目?jié)B性能與其孔隙率或密實(shí)度直接相關(guān)的。因而,提高混凝土的密實(shí)度的方法均可以起到改善其抗?jié)B性能的作用。肖開(kāi)濤對(duì)摻與未摻粉煤灰的再生混凝土試塊進(jìn)行掃描電鏡分析(SEM),發(fā)現(xiàn)未摻加粉煤灰的再生混凝土的界面上有明顯裂縫,而摻加粉煤灰的再生混凝土,其界面結(jié)構(gòu)則較為密實(shí)。這正是提高抗?jié)B性能的原因。1.5.1再生粗集料取代率對(duì)抗?jié)B性能的影響文獻(xiàn)[2,4-5,51-52,65-68]的試驗(yàn)得出,再生混凝土抗?jié)B性能低于同配合比普通混凝土。Rasheeduzzafar的試驗(yàn)還進(jìn)一步得出,再生混凝土的水灰比較普通混凝土降低0.05~0.1,可達(dá)到與普通混凝土相同的抗?jié)B性能。文獻(xiàn)的試驗(yàn)得出,再生混凝土的抗?jié)B性能隨再生粗集料取代率的增加而降低。Limbachiya的試驗(yàn)得出,粗集料取代率小于30%時(shí),再生混凝土抗?jié)B性能降低不大;隨再生粗集料取代率進(jìn)一步增大,再生混凝土抗?jié)B性能降低較大。Olorunsogo采用氧氣滲透指標(biāo)(Oxygenpermeabilityindex)描述再生混凝土氧氣滲透性能,其試驗(yàn)結(jié)果得出,再生混凝土的氧氣滲透指數(shù)(抗氣滲透性能)隨再生集料取代率的增大而減小,隨齡期增長(zhǎng)而增大。Roumiana研究了再生混凝土表面的滲透性能。試驗(yàn)結(jié)果表明,再生混凝土的抗?jié)B性能低于普通混凝土,全部采用再生集料將大大降低抗?jié)B性能;再生混凝土表面滲透能力與其孔隙率、空氣擴(kuò)散率及吸水率存在很好的相關(guān)性,故可用表面滲透能力作為評(píng)定混凝土耐久性的一個(gè)指標(biāo)。1.5.2再生混凝土抗?jié)B性能文獻(xiàn)[6,37,55,67,69-70]的試驗(yàn)得出,再生混凝土的抗氯離子滲透性能略低于或明顯低于同配合比的普通混凝土。肖開(kāi)濤和Kou試驗(yàn)均得出,再生混凝土抗氯離子滲透性能隨再生集料取代率的增加而降低,其中肖開(kāi)濤的試驗(yàn)還進(jìn)一步得出,再生細(xì)集料對(duì)再生混凝土氯離子滲透的影響大于再生粗集料。由已有研究結(jié)果可知,再生混凝土的抗?jié)B性能低于普通混凝土。再生混凝土抗?jié)B性能的基本規(guī)律是,隨再生集料取代率的增加,再生混凝土抗?jié)B性能降低,再生細(xì)集料對(duì)再生混凝土抗?jié)B性能的影響大于再生粗集料,如Limbachiya、肖開(kāi)濤和Kou的試驗(yàn)結(jié)果;減小水灰比、摻加適量礦物摻合料(如粉煤灰、礦渣粉、硅粉等)及外加劑(減水劑、界面改性劑等)、對(duì)再生集料進(jìn)行改性處理以及采用蒸汽養(yǎng)護(hù)等均可以提高再生混凝土抗?jié)B性能,達(dá)到甚至超過(guò)普通混凝土的抗?jié)B水平,如Mandal、肖開(kāi)濤、陳云鋼和孫浩的試驗(yàn)結(jié)果都證明這一點(diǎn)。Kou的試驗(yàn)還得出,摻加粉煤灰同時(shí)又采用蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)提高再生混凝土抗氯離子滲透性能的效果更加顯著。Otsuki的試驗(yàn)還表明,采用兩次攪拌工藝,可以使再生混凝土抗氯離子滲透性能提高22.7%。1.6磨耗量的影響耐磨性能是衡量混凝土路面性能的一個(gè)重要指標(biāo)?；炷恋哪湍バ阅苤饕Q于面層混凝土的強(qiáng)度和硬度。文獻(xiàn)的試驗(yàn)表明,再生混凝土的耐磨性能低于同配合比的普通混凝土。Dhir的試驗(yàn)還進(jìn)一步得出,再生混凝土的磨損深度隨再生粗集料取代率的增加而增大;與同配合比普通混凝土相比,再生粗集料的取代率小于50%時(shí),磨損深度相差不大,再生粗集料取代率為100%時(shí),磨損深度相差34%。然而,楊慶國(guó)的試驗(yàn)卻得出,強(qiáng)度等級(jí)為C30的再生混凝土和普通碎石混凝土的磨耗量分別為1.544kg/m3、1.600kg/m3,亦即再生混凝土的耐磨性能稍優(yōu)于同強(qiáng)度等級(jí)的普通碎石混凝土。綜合以上的研究結(jié)果可以得出,再生混凝土的耐磨性能低于同配合比普通混凝土。然而,再生混凝土要達(dá)到與普通混凝土相同的強(qiáng)度等級(jí),往往需要增大水泥用量,這有助于提高其密實(shí)度。因而,相同強(qiáng)度等級(jí)的再生混凝土與普通混凝土,其耐磨性能與同配合比的普通混凝土相比將會(huì)有所改善。再生集料中含有大量的水泥砂漿,導(dǎo)致再生混凝土中砂漿含量超出同配合比的普通混凝土50%之多,再生混凝土的耐磨性能低于同配合比普通混凝土也便不足為奇了?；炷聊湍バ阅苤饕芑炷翉?qiáng)度(concretestrength)、集料性能(洛杉磯磨耗值,LosAnglesabrasionloss)及面層混凝土質(zhì)量(qualityofnear-surfaceconcrete)的影響。故提高再生混凝土強(qiáng)度、對(duì)再生集料進(jìn)行改性、改善表層混凝土施工質(zhì)量,均可以提高再生混凝土耐磨性能。如Sagoe-Crentsi的試驗(yàn)就得出了,增加水泥用量或摻加礦渣可以減小再生混凝土的磨損深度。再生集料的改性方法主要有二次破碎或加熱再生集料以去除部分黏附力較差的砂漿、二次攪拌或用超活性礦物質(zhì)摻合料的漿液浸泡再生集料以改善再生集料的孔隙結(jié)構(gòu)等。1.7再生集料堿活性檢測(cè)Marta在研究再生集料表層黏附的老水泥砂漿對(duì)其性能的影響時(shí)指出,若單位立方米原始混凝土與再生混凝土的各組分用量按照天然粗集料(或再生粗集料)1300kg、天然砂600kg、水泥275kg、水180kg,而水泥中堿含量(以Na2O當(dāng)量計(jì)算,Sodiumoxideequivalence)取最大值,即取水泥用量的1%計(jì)算,結(jié)合水取水泥用量的23%計(jì)算,則僅由再生粗集料引入再生混凝土中的最大堿含量可達(dá)再生混凝土重量的0.12%,相當(dāng)于2.7kg/m3?；炷恋陌踩珘A含量為3kg/m3,因而,由再生集料引入到再生混凝土的堿量為不可忽略。Etxeberria在配制混凝土之前采用快速砂漿棒法測(cè)得再生集料表層老水泥砂漿(Attachedmartar)具有潛在活性(即天然細(xì)集料,Originalfineaggregate,具有潛在活性)。在對(duì)浸水飽和后的再生混凝土內(nèi)部進(jìn)行觀測(cè)分析時(shí)發(fā)現(xiàn)再生集料周圍均有白色光圈,這是AAR反應(yīng)的重要標(biāo)志——反應(yīng)產(chǎn)物堿硅酸凝膠。使用掃瞄電鏡對(duì)其進(jìn)行微觀分析,證實(shí)白色光圈的化學(xué)成分就是Si-Ca-Na。由此表明,原始混凝土中天然集料具有堿活性時(shí),在再生混凝土中仍可能發(fā)生AAR膨脹破壞。由以上研究可以得出,再生集料引入到再生混凝土中的堿量不可忽略,同時(shí)水泥可能大量積聚在再生集料表面,這必將增大再生混凝土中產(chǎn)生AAR膨脹破壞的可能性。由于目前還沒(méi)有一個(gè)公認(rèn)的再生集料堿活性檢測(cè)方法,因而,最安全的方法就是應(yīng)避免采用已經(jīng)發(fā)生AAR膨脹破壞的再生集料,同時(shí)也應(yīng)控制再生混凝土中的總堿量(如使用低堿水泥、采用礦物摻合料取代部分水泥等),使其低于堿含量安全限值。如Shayan的試驗(yàn)得出,用硅灰取代部分水泥可以減小再生混凝土的AAR膨脹率。1.8抗硫酸鹽侵蝕性能硫酸鹽溶液能與混凝土中水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),使混凝土產(chǎn)生體積膨脹而破壞。文獻(xiàn)[1,26,51-52]的試驗(yàn)均得出,再生混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能略低于相同水灰比的普通混凝土。Dhir的試驗(yàn)得出,再生粗集料的取代率小于30%時(shí),再生混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能基本相近;隨著再生粗集料的取代率增大,再生混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能降低,但降級(jí)幅度不大。肖開(kāi)濤的試驗(yàn)得出,再生混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能隨再生集料取代率的增加而降低,再生粗集料取代率小于50%,其性能較普通混凝土降低不大;再生粗集料取代率超過(guò)50%,其性能較普通混凝土降低較大;取代率為100%,約降低18.5%。Marta的研究表明,水泥中硫酸鹽含量取最大值,即取水泥重量的4%計(jì)算,則按照上述配合比,由僅由再生粗集料引入再生混凝土中的硫酸鹽量最大可達(dá)再生混凝土重量的0.5%,相當(dāng)于11.2kg/m3,不可忽略。由以上的試驗(yàn)研究可知,再生混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能低于同水灰比的普通混凝土,再生粗集料引入到再生混凝土中的硫酸鹽不可忽略。在再生集料取代率較小時(shí),再生混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能降低很小,基本接近于普通混凝土,而再生集料取代率進(jìn)一步增大時(shí),其性能降低較大。再生混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能基本規(guī)律是,隨再生集料取代率增加,再生混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能降低;摻加粉煤灰、高效減水劑(減小水灰比)、礦物外加劑以及對(duì)集料進(jìn)行改性處理均可提高再生混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能。2做好耐久性的研究由上述分析可以看出,再生混凝土耐久性能的研究還處在初級(jí)階段,關(guān)于耐久性的機(jī)理、物理模型的建立以及耐久性的改善措施等還有大量工作需要進(jìn)一步開(kāi)展。同時(shí),為使各研究者的試驗(yàn)結(jié)果更具可比性,在以后的研究中對(duì)試驗(yàn)方法、試驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容也必須引起注意。2.1再生混凝土耐久性與普通混凝土相比,再生混凝土的耐久性能將更多地受到集料本身性能(如老砂漿的強(qiáng)度及含量、含水狀態(tài)等)的影響。不同來(lái)源的再生集料,其性能差異較大,再生混凝土的界面結(jié)構(gòu)較普通混凝土也更為復(fù)雜。同時(shí)再生集料與輕集料相類似,再生集料在混凝土中同樣也會(huì)存在吸水返水的特性。這些都給分析再生混凝土的耐久性機(jī)理帶來(lái)很大困難。不同研究者對(duì)于再生混凝土的耐久性能存在著不同、甚至相矛盾的觀點(diǎn),除了再生集料的差異大,試驗(yàn)條件不同等方面原因外,對(duì)再生混凝土的耐久性機(jī)理認(rèn)識(shí)不夠也是重要原因之一。對(duì)再生混凝土的耐久性不能只停留在宏觀規(guī)律的認(rèn)識(shí)上,而應(yīng)更多地從微觀結(jié)構(gòu)層次入手對(duì)其機(jī)理加以探究。如Barra與Fung關(guān)于再生集料的含水狀態(tài)對(duì)再生混凝土抗碳化性能的影響的試驗(yàn)結(jié)果是相矛盾的。Barra的試驗(yàn)表明預(yù)濕再生集料可以改善再生混凝土的抗碳化性能,而Fung的試驗(yàn)得出預(yù)濕再生集料將增大再生混凝土的碳化深度。又如Barra的試驗(yàn)得出,在水泥用量較小時(shí)(水灰比較大時(shí)),再生集料對(duì)再生混凝土的抗碳化性能影響較小;而在水泥用量較大時(shí)(水灰比較小時(shí))再生集料對(duì)再生混凝土的抗碳化性能影響增大。而Arlindo認(rèn)為,增加水泥用量使得水泥石基體更為密實(shí)、界面質(zhì)量更好,從而可以減少再生集料給再生混凝土耐久性能帶來(lái)的不利影響。Arlindo的試驗(yàn)表明,隨水灰比的減小,再生混凝土抗?jié)B性能越接近于普通混凝土,即再生粗集料對(duì)再生混凝土抗?jié)B性能的影響隨基體水泥質(zhì)量的提高而減弱。這與Rasheeduzzafar得出的關(guān)于同水灰比的再生混凝土與普通混凝土,其抗?jié)B性能在水灰比較大時(shí)相差小,水灰比較小時(shí)相差大的結(jié)論相矛盾的。Etxeberria指出再生混凝土產(chǎn)生AAR的主要原因是,水泥因再生集料較大的吸附能力而大量積聚在再生集料與新水泥砂漿之間的界面上,使得界面區(qū)域溶液中pH值增大。然而關(guān)于再生混凝土中堿集料反應(yīng)機(jī)理還需進(jìn)一步的研究。2.2關(guān)于再生混凝土的干縮變形模型的試驗(yàn)研究目前,還沒(méi)有研究者提出再生混凝土的碳化模型。雖然Sagoe-Crentsil指出了碳化深度與時(shí)間的平方根成正比的經(jīng)驗(yàn)公式同樣也適用于再生混凝土,但并未就再生混凝土碳化模型作深入研究。因而,有關(guān)再生混凝土碳化模型的試驗(yàn)研究還需進(jìn)一步展開(kāi)。李占印對(duì)再生混凝土的收縮變形進(jìn)行了試驗(yàn)研究,得出了再生粗集料、齡期、配合比對(duì)再生混凝土干縮變形的影響規(guī)律,并在此基礎(chǔ)了提出了再生混凝土收縮變形的預(yù)測(cè)公式。然而,這是基于單一來(lái)源的再生粗集料、齡期較短(180d)、考慮因素較少(再生粗集料效應(yīng)、最大粒徑效應(yīng))對(duì)普通混凝土干燥收縮應(yīng)變的預(yù)測(cè)公式加以修正得出的,對(duì)于不同來(lái)源、更長(zhǎng)齡期、考慮更多因素情況下的再生混凝土收縮應(yīng)變的預(yù)測(cè)公式還需要進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。目前,關(guān)于再生混凝土徐變的預(yù)測(cè)公式還未見(jiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道。2.3減少再生粗集料中砂漿含量的影響關(guān)于再生混凝土耐久性的改善措施,徐變和堿集料反應(yīng)方面研究得比較少,同時(shí),不同研究者還得出了不一致、甚至相矛盾的結(jié)論。如Gokce的試驗(yàn)得出,