引言近年來，我國經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，大規(guī)模的城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)加快，混凝土作為建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)材料，其用量急劇上漲。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅2020年我國商品混凝土用量已超20億m3，這意味著同樣消耗了大量的砂石和水泥等原材料。隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，我國對這些資源的需求仍然在不斷增大，進(jìn)一步加劇了砂石的供應(yīng)不足。僅2019年，我國砂石緊缺約170億噸[1-2]。此外，在水泥的生產(chǎn)過程中，燃料燃燒和石灰石煅燒分解會排放大量的CO2，據(jù)國際能源署統(tǒng)計(jì)，2018年全球CO2排放總量已達(dá)331億噸，其中水泥行業(yè)排放的CO2總量占了7%。如果不控制CO2氣體的排放量，到本世紀(jì)末全球氣溫將會在2012年溫度的基礎(chǔ)上進(jìn)一步上升1.4～5.8℃。與此同時(shí)，近些年我國每年產(chǎn)生了數(shù)以億噸的建筑垃圾，這些建筑垃圾粗獷的堆放在道路兩旁，主要用于路基回填、填充材料，簡單粗放，實(shí)質(zhì)上是一種資源浪費(fèi)，其有效利用率不足5%。這不僅占用了大量的土地，而且還極大的浪費(fèi)了資源，同時(shí)也對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生二次污染，導(dǎo)致土壤、水質(zhì)劣化[3-4]。針對上述問題，本文系統(tǒng)研究了再生骨料不同取代率對混凝土中力學(xué)性能及抗凍性能的影響，建立了再生混凝土累積損傷劣化模型，此外，采用壓汞法探究了再生粗骨料不同取代率對混凝土孔結(jié)構(gòu)的影響，為再生骨料在混凝土中的應(yīng)用提供了理論支撐。1、試驗(yàn)部分

1.1原材料水泥：某廠生產(chǎn)的P·O42.5水泥。細(xì)骨料：天然河砂，其細(xì)度模數(shù)2.7，表觀密度2450kg/m3，堆積密度1620kg/m3。粗骨料：某橋梁破碎后通過篩分得到的粒徑5～20mm骨料，且破碎前原生混凝土的強(qiáng)度等級為C30；天然粗骨料為石灰石；再生粗骨料與天然粗骨料均為連續(xù)級配，其物理性能見表1。減水劑：聚羧酸高效減水劑，其含固量35%，為保證再生混凝土的流動性在150mm左右，要控制減水劑摻量。表1

粗骨料的物理性能1.2試驗(yàn)方案按照J(rèn)GJ/T240—2011《再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，系統(tǒng)研究不同再生粗骨料取代率、水灰比對混凝土力學(xué)和耐久性的影響。再生粗骨料取代率分別為0、30%、50%、70%、100%，水灰比分別為0.60、0.50、0.40。具體配合比見表2。

表2

再生混凝土配合比按照表2中的配合比制備再生混凝土，調(diào)節(jié)減水劑摻量保證混凝土坍落度約150mm左右，排除坍落度對測量結(jié)果的影響。試件尺寸分別為100mm×100mm×100mm（力學(xué)性能測試）和100mm×100mm×400mm（抗凍性能測試）。

1.3測定方法按照GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測量再生混凝土的抗壓強(qiáng)度。按照GB/T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》研究再生混凝土的抗凍性能。2、結(jié)果與討論

2.1再生粗骨料對混凝土力學(xué)性能的影響圖1為0.60水灰比下再生粗骨料不同取代率對混凝土28d力學(xué)性能的影響。由圖1可以看出：（1）當(dāng)再生粗骨料的取代率為30%時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度略有增長，由32.2MPa增長到35.7MPa，然而，隨著再生粗骨料取代率的繼續(xù)增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸降低，當(dāng)再生粗骨料取代率為100%時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度降至24.3MPa；（2）再生粗骨料取代率為30%時(shí)，混凝土的抗折強(qiáng)度最大，達(dá)到4.4MPa，隨著再生粗骨料取代率的繼續(xù)增加，混凝土的抗折強(qiáng)度逐漸降低，當(dāng)再生粗骨料取代率為100%時(shí)，混凝土的抗折強(qiáng)度降至3.5MPa。究其原因，廢棄混凝土被破碎后，再生粗骨料上附著了水泥漿體，附著的漿體含有未完全水化的水泥顆粒，當(dāng)再生粗骨料與水混合到一起后，未完全的水泥顆粒發(fā)生水化，增加了混凝土的力學(xué)強(qiáng)度，這體現(xiàn)為再生粗骨料的“正效應(yīng)”；然而，因再生粗骨料自身存在缺陷以及混凝土新舊界面強(qiáng)度低等特性，再生粗骨料的摻入導(dǎo)致混凝土內(nèi)部存在更多缺陷，這體現(xiàn)為再生粗骨料的“負(fù)效應(yīng)”，當(dāng)再生粗骨料取代率為30%時(shí)，再生粗骨料的“正效應(yīng)”大于其“負(fù)效應(yīng)”，隨著再生粗骨料取代率的增加，混凝土的力學(xué)強(qiáng)度體現(xiàn)為再生粗骨料的“負(fù)效應(yīng)”。圖1

0.60水灰比下再生粗骨料不同取代率對混凝土28d力學(xué)性能的影響圖2為不同水灰比對再生混凝土力學(xué)性能的影響。由圖2可以看出，隨著水灰比的減小，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度均呈現(xiàn)增加的趨勢，M100、N100和S100試件的抗壓強(qiáng)度分別為24.3MPa、38.5MPa和48.7MPa，抗折強(qiáng)度分別為3.5MPa、4.7MPa和5.6MPa。圖2

不同水灰比對再生混凝土28d力學(xué)性能的影響2.2再生粗骨料對混凝土抗凍性能的影響圖3為再生粗骨料對混凝土抗凍性的影響。由圖3可知：（1）水灰比一定時(shí)，混凝土的質(zhì)量損失率呈現(xiàn)先增大再減小的趨勢，且當(dāng)再生粗骨料取代率為70%時(shí)，混凝土的質(zhì)量損失率最大。M0、M30、M50、M70和M100在凍融循環(huán)150次后的質(zhì)量損失率分別為6.7%、6.3%、7.3%、7.4%和6.5%。究其原因，天然粗骨料和再生粗骨料的孔隙率、吸水率不同，通常再生粗骨料大于天然粗骨料，導(dǎo)致在凍融時(shí)再生粗骨料和天然粗骨料的膨脹速度不同，試件內(nèi)部出現(xiàn)較大的應(yīng)力差，使混凝土抵抗凍融的能力變差，造成質(zhì)量損失進(jìn)一步擴(kuò)大。（2）隨著水灰比的降低，混凝土的質(zhì)量損失率在逐漸降低，這表明強(qiáng)度等級越高，混凝土的質(zhì)量損失率越少。（3）再生粗骨料取代率為30%時(shí)，混凝土的相對動彈性模量相差不大，但是其質(zhì)量損失率變化相對較大。這說明質(zhì)量變化率和相對動彈性模量單一指標(biāo)難以準(zhǔn)確評估混凝土的抗凍性，只有將質(zhì)量變化和相對動彈性模量變化結(jié)合才能更加準(zhǔn)確評估再生混凝土的抗凍性。圖3

不同再生粗骨料取代率對混凝土抗凍性的影響2.3累積損失模型在目前的研究中，基于試驗(yàn)結(jié)果建立的混凝土數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅粡V泛應(yīng)用于分析之中，本文采用相對動彈性模量的損失量作為混凝土累計(jì)損傷模型的評價(jià)指標(biāo)，并根據(jù)損傷度演變規(guī)律擬合累計(jì)損傷預(yù)測模型，結(jié)果如圖4所示。圖4凍融循環(huán)作用下不同再生粗骨料取代率對混凝土損傷度的演變由圖4可以明顯看出，不同影響因素下的累計(jì)損傷模型均較好的符合二次函數(shù)。公式見式（1），回歸系數(shù)見表3，相關(guān)系數(shù)R2為0.99。表3

回歸系數(shù)值2.4模型分析為了判定不同影響因素下混凝土損傷速率隨侵蝕時(shí)間的演變規(guī)律，對公式（1）進(jìn)行一階求導(dǎo)dD/dt，得到了不同影響因素下混凝土的損傷率與凍融循環(huán)次數(shù)的關(guān)系，如圖5所示。由圖5可以看出，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，混凝土的損傷率在逐漸增大；此外，當(dāng)粗骨料取代率為50%時(shí)，混凝土的損傷率最大，隨著水灰比的降低，混凝土的損傷率減小。圖5凍融循環(huán)作用下不同再生粗骨料取代率對混凝土損傷速率的演變

2.5MIP試驗(yàn)混凝土的力學(xué)性能及抗凍性能與其孔結(jié)構(gòu)密切相關(guān)[5-7]。通過研究養(yǎng)護(hù)28d齡期混凝土的孔結(jié)構(gòu)，探究再生粗骨料對混凝土孔結(jié)構(gòu)的影響。吳中偉院士將混凝土中孔分為四類孔，分別是無害孔（<20nm）、少害孔（20~100nm）、有害孔（100~200nm）和多害孔（>200nm）[8-9]。圖6為再生粗骨料混凝土養(yǎng)護(hù)28d后的孔結(jié)構(gòu)分布。由圖6可以看出，隨著再生粗骨料取代率的增加，混凝土的孔隙率呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢，且當(dāng)再生粗骨料取代率為70%時(shí)，混凝土的孔隙率最大，多害孔的孔隙率最大；此外，隨著水灰比的減小，混凝土孔隙率在逐漸降低。圖6再生粗骨料混凝土養(yǎng)護(hù)28d后