再生骨料混凝土增强处理方法和耐久性研究综述_王雪松.pdf

第 55 卷第 2 期2023 年 2 月工程建设Engineering Construction收稿日期:2022 03 10作者简介:王雪松(1992)，男，助理工程师，从事建筑结构及抗震设计研究。再生骨料混凝土增强处理方法和耐久性研究综述王雪松(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710000)摘要:近年来，再生骨料在工程中的应用逐渐普遍化，其能够缓解我国资源不足的压力，减少我国的环境污染问题。然而，再生骨料相对天然骨料在力学性能上较差，因此在工程应用领域还比较局限。为了拓展再生骨料混凝土的应用领域，首先需要对再生骨料进行增强处理从而提高其力学性能。考虑到再生混凝土应用的可靠性、安全性与长远性，本文对再生骨料的增强处理方法和再生混凝土的耐久性进行了相关介绍，以期可在再生骨料力学性能增强的基础上，为今后研究人员对其进行耐久性性能研究提供参考，并进一步开拓再生骨料混凝土的应用领域。关键词:再生骨料混凝土;增强处理方法;耐久性中图分类号:TU528文献标识码:A文章编号:1673 8993(2023)02 0023 06doi:10.13402/j.gcjs.2023.02.018Study review of reinforcement treatment methods and durabilityof recycled aggregate concreteWANG Xuesong(China ailway First Survey and Design Institute Group Co.，Ltd.，Xian 710 000，Shaanxi，China)Abstract:In recent years，the application of recycled aggregate in engineering has been gradually popularized，whichcan alleviate the pressure of insufficient resources and reduce the environmental pollution problem in China.However，the mechanical properties of recycled aggregate are worse than those of natural aggregate，so its application inengineering is still limited.In order to expand the application field of recycled aggregate concrete，it is necessary tostrengthen recycled aggregate to improve its mechanical properties.Considering the reliability，safety and long-termapplication of recycled concrete，the strengthening treatment methods of recycled aggregate and the durability ofrecycled concrete are introduced in this paper.Based on the enhancement of mechanical properties of recycledaggregate，it is expected to provide reference for researchers to study its durability in the future，and further explore theapplication field of recycled aggregate concrete.Key words:recycled aggregate concrete;enhancement processing method;durability近年来，建筑垃圾问题越来越严峻，资源短缺与生态失衡已经成为当前的世界难题。统计分析表明，我国每年产生超过 20 亿吨的建筑垃圾，但资源回收利用率仅为 5%。再生骨料混凝土的应用与推广，响应了当前我国社会“可持续发展战略”的号召，让建筑垃圾“变废为宝”。再生骨料相对天然骨料密实度较差、强度较低，当前主要用于路面基础设施、覆盖层、散装填料等方面，在应用范围方面还比较局限。再生混凝土力学性能差的原因还体现在再生骨料上附着砂浆、再生骨料与附着砂浆间存在旧的 ITZ 界面两个方面。附着砂浆与 ITZ 界面均为混凝土的薄弱部分1 3，因此改善再生混凝土的薄弱部分是提高再生混凝土力学性能的主要途径。考虑到再生混凝土应用的可靠性、安全性与长远性，本文主要从32工程建设第 55 卷第 2 期再生骨料的增强处理方法和再生混凝土的耐久性进行相关介绍，以期可在再生骨料力学性能增强的基础上，为今后研究人员对其进行耐久性性能研究提供参考，并进一步开拓再生骨料混凝土的应用领域。1再生骨料增强处理方法研究1.1水泥裹浆处理法卜贵贤等4 通过水泥裹浆方法对 CA 性能增强进行处理。试验结果表明:水泥裹浆能够弥补 CA 孔隙率大的缺陷，降低 CA 的吸水率，强度有所提高。CA 上附着的旧水泥砂浆与 CA 界面上的水灰比也有所降低，导致 CA与旧水泥砂浆的界面破坏强度提高。水泥裹浆处理 CA，解决了以往 CA 用于工程施工中和易性差施工困难的问题。1.2有机聚合物处理法有机物溶液黏结性强并且固化时间短，因此被用于 CA 的处理上。孙宝建等5 使用有机聚合物溶液处理 CA，试验结果表明:有机物浸润处理再生粗骨料可以在再生骨料表面形成致密的薄膜，并且能够增强再生骨料与砂浆之间的粘结性。有机物浸润处理再生粗骨料有效弥补了再生粗骨料“吸水性强、粘性差”的缺点。聚乙烯醇(PVA)乳液除了具有大多数有机物溶液的特点外，还具有“憎水性”的特点。KOU 等6 对 CA 使用不同浓度的 PVA 溶液浸泡处理，研究结果表明:CA 吸水率随着 PVA浓度的增加而降低;12%浓度的 PVA 溶液相比10%浓度的 PVA 溶液浓度对 CA 处理效果改善不明显，建议采用10%浓度的 PVA 溶液对 CA处理;PVA 溶液能够通过 CA 的孔隙降低旧水泥砂浆与 CA 界面的水灰比，有效防止 AC的界面破坏。1.3纳米 SiO2处理法纳米 SiO2的粒径较小，能够起到填充再生骨料孔隙的作用。除了纳米 SiO2的物理特性外，纳米 SiO2还能够与水泥砂浆反映生成水化硅酸钙。纳米 SiO2的物理和化学的共同作用提高了 AC 的密实度和强度。建议纳米 SiO2采用真空方式对再生骨料进行处理，以防纳米 SiO2团聚不利于纳米 SiO2进入再生骨料7。1.4碳化处理法CA 上的黏结砂浆主要成分为 Ca(OH)2和Ca5Si6O16(OH)4H2O，CO2可以与黏结砂浆充分反应生成硅胶和碳酸钙。CA 在碳化处理下密实度增加，能够有效弥补 CA 孔隙率大的缺陷。具体化学反应如下8。Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O(1)C S H+CO2CaCO3+SiO2 nH2O(2)TAM 等9 研 究 了 不 同 室 压(0、75、150 kPa)、处理 CA 时间(0、30、90 min)和CA 替代率(0%、30%、100%)条件下对再生骨料混凝土性能的影响。试验结果表明:经过CO2处理的 CA 在较低室压或者长时间处理下再生骨料混凝土的力学性能较好，取代率为30%时再生骨料混凝土的力学性能优于普通混凝土。1.5纤维增强法再生混凝土同混凝土力学性能相似，再生混凝土的抗拉强度较差。加入纤维能够有效提升再生混凝土的抗拉强度，增强再生混凝土的延性。然而，纤维的亲水性差，容易导致纤维与骨料之间的界面强度较低。进一步研究发现:硅粉能够增强纤维与再生骨料之间的粘结性10，因此建议硅粉与纤维联合作用对再生骨料混凝土进行改性处理。为保证纤维掺量的和易性，纤维掺量应该适中。2再生骨料混凝土的耐久性研究2.1再生骨料混凝土的抗渗性能研究再生骨料混凝土的渗透性主要包括渗水性、透气性、扩散性和吸水率 4 个方面。氯离子进入混凝土的 3 种主要方式为扩散、毛细孔吸收和渗透。BAO 等11 通过 CM 测试法对不同 CA 取代率与氯离子渗透性关系进行了研究。结果表明:氯离子的扩散系数随着 CA 取代率的增加而增加。他还发现，CA 强度等级也是影响氯422023 年第 2 期王雪松:再生骨料混凝土增强处理方法和耐久性研究综述离子渗透性能的重要指标，混凝土中掺入较差等级质量的 CA，混凝土的抗氯离子渗透性能越差，这主要与 CA 的多孔结构以及初始缺陷有关。BAO 等也做了相关的实验研究，将不同水灰比的 NAC 和 AC 分别置于纯水和 3%NaCl溶液环境，研究发现 AC 的吸水率随着 CA的增加而增加，这主要 CA 的孔数、平均孔径以及 CA 加工过程导致的微裂缝有关。他们还发现相比暴露于纯水环境下的 AC，暴露于3%NaCl 溶液的 AC 吸水较多。这种现象主要发生于 AC 毛细吸水的初始阶段，这可能与浓度梯度有关。通过 CM 试验发现，氯离子扩散系数受 CA 质量等级和取代率的影响。氯离子扩散系数随 CA 质量等级的提高而降低，随CA 取代率的增加而增加。这种现象主要归结于 CA 内部的孔隙率，CA 质量等级越高，其内部孔隙率越小。CA 取代率越大，AC 中的孔隙数量越多，对 AC 抗氯离子渗透性越不利。WU 等12 研究发现掺有粉煤灰的 AC 相对未掺有粉煤灰的 AC 在抗氯离子渗透性方面有所提升，粉煤灰掺量能够有效填充 CA 内部的孔隙;此外，20%粉煤灰掺量相比 30%粉煤灰掺量对 AC 表面抗氯离子渗透性更好。这种现象可以进行如下解释:粉煤灰掺量虽然降低了再生混凝土内部的总孔隙率，但是由于粉煤灰掺量的过多导致部分粉煤灰不能够水化，从而引起内部大孔数量的增加，大孔增加的速率大于再生混凝土内部孔隙数量的减少速率。因此，再生混凝土抗氯离子渗透性的粉煤灰最佳掺量为 20%。另外，浸泡方式和 AC 内部深度影响氯离子渗透速度。AC 在干湿循环条件下氯离子渗透速度更快，这种试验现象主要与氯离子的渗透机理有关。干湿循环条件下 AC 的氯离子渗透机理主要为扩散作用和毛细管吸收作用，两者的共同作用促进了 AC 对氯离子的吸收。干湿循环条件下，毛细管吸收在氯离子渗透中占主导地位。随着再生混凝土内部深度的深入，毛细管吸收作用逐渐减弱，从而导致氯离子渗透速度随 AC 内部深度增加而降低。KOU 等13 研究了再生骨料经 CO2处理后的抗氯离子渗透性能。试验分别设置试验组CI CA1、CI CA2 和对照组 CA1、CA2。试验结果表明，用 CI CA1 和 CI CA2 制成的混凝土比 CA1 和 CA2 制成的混凝土抗氯离子渗透性分别提升了 41%和 46%。这可能归咎于 CO2与 AC 黏结砂浆发生化学反应引起AC 吸水率的增加。崔正龙等14 研究了再生骨料对再生混凝土透气性的影响。试验结果表明:再生细骨料在混凝土的透气性能中起决定性作用。原因在于再生细骨料的种类决定混凝土的密实度，再生粗骨料取代率对混凝土的密实度影响次之。以上学者对 AC 的研究均集中于抗氯离子渗透性和透水性，对 AC 的透氧性研究涉及较少。THOMAS 等15 对不同混凝土龄期、不同再生粗骨料取代率下混凝土透氧性与水灰比间关系进行试验研究，结果表明:混凝土的透氧性受其龄期的影响，龄期越长，混凝土的透氧性越差。无论普通混凝土还是再生混凝土，水灰比均是影响其透氧性的重要因素。低水灰比的混凝土透氧性达到稳定阶段所需的时间更短。相同水灰比下，AC 的透氧性随着 CA 取代率的增加而降低。综上可知，AC 的抗氯离子渗透性随 CA取代率增加而降低，且随