再生粗骨料對再生混凝土基本力學及抗凍性能的影響研究摘要本研究旨在深入探究再生粗骨料對再生混凝土基本力學性能及抗凍性能的影響。通過設計不同再生粗骨料取代率的再生混凝土配合比，進行立方體抗壓強度、軸心抗壓強度、劈裂抗拉強度等基本力學性能試驗，以及快凍法抗凍試驗。研究結果表明，隨著再生粗骨料取代率的增加，再生混凝土的基本力學性能呈現(xiàn)下降趨勢，抗凍性能也有所降低。同時，分析了再生粗骨料影響再生混凝土性能的作用機理，并提出了改善再生混凝土性能的優(yōu)化措施，為再生混凝土的工程應用提供理論依據和技術支持。關鍵詞再生粗骨料；再生混凝土；力學性能；抗凍性能；影響研究一、引言（一）研究背景隨著城市化進程的加速，大量建筑物的拆除與新建產生了數(shù)量龐大的建筑垃圾。據統(tǒng)計，我國每年產生的建筑垃圾已達數(shù)十億噸，且呈逐年增長趨勢。傳統(tǒng)的建筑垃圾處理方式如填埋、露天堆放等，不僅占用大量土地資源，還會對土壤、水體和大氣環(huán)境造成嚴重污染。將建筑垃圾中的廢棄混凝土加工成再生粗骨料用于制備再生混凝土，是實現(xiàn)建筑垃圾資源化利用的有效途徑之一，對于緩解天然骨料資源短缺、減少環(huán)境污染、推動可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。（二）研究目的及意義盡管再生混凝土在資源循環(huán)利用方面具有顯著優(yōu)勢，但其性能與天然骨料混凝土存在一定差異。再生粗骨料的物理力學性能、顆粒形狀及級配等特性，會對再生混凝土的基本力學性能和抗凍性能產生重要影響。深入研究再生粗骨料對再生混凝土性能的影響規(guī)律，有助于優(yōu)化再生混凝土配合比設計，提高再生混凝土的質量和工程適用性，推動再生混凝土在實際工程中的廣泛應用，進而促進建筑行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。（三）國內外研究現(xiàn)狀國外在再生混凝土研究方面起步較早，學者們對再生粗骨料的性能、再生混凝土的力學性能和耐久性等進行了大量研究。例如，[國外學者姓名]研究發(fā)現(xiàn)，再生粗骨料的吸水率較高，會影響再生混凝土的工作性和強度發(fā)展；[另一國外學者姓名]通過試驗表明，再生混凝土的抗凍性能隨著再生粗骨料取代率的增加而降低。國內對再生混凝土的研究雖起步相對較晚，但發(fā)展迅速。眾多學者圍繞再生粗骨料的預處理、再生混凝土的配合比優(yōu)化、性能改善等方面展開研究。[國內學者姓名]提出通過對再生粗骨料進行強化處理，可以有效提高再生混凝土的力學性能；[其他國內學者姓名]研究了不同摻合料對再生混凝土抗凍性能的改善作用。然而，目前關于再生粗骨料對再生混凝土基本力學及抗凍性能影響的研究仍存在一些不足，如不同地區(qū)再生粗骨料性能差異對混凝土性能影響的研究較少，再生粗骨料影響混凝土性能的微觀機理研究還不夠深入等。二、試驗材料與方法（一）試驗材料水泥：采用P?O42.5普通硅酸鹽水泥，其各項性能指標均符合國家標準要求。水泥的強度等級、凝結時間、安定性等參數(shù)對混凝土的強度發(fā)展和工作性能具有關鍵影響。再生粗骨料：試驗所用再生粗骨料由廢棄混凝土經破碎、篩分而成，粒徑范圍為5-25mm。對再生粗骨料的基本性能進行了測試，其表觀密度為[X]kg/m3，堆積密度為[Y]kg/m3，吸水率為[Z]%，壓碎指標為[W]%。與天然粗骨料相比，再生粗骨料的表觀密度較低，吸水率較高，這主要是由于再生粗骨料表面附著有大量的硬化水泥砂漿，存在較多的孔隙和微裂縫。天然粗骨料：選用連續(xù)級配的石灰?guī)r碎石，粒徑范圍同樣為5-25mm，表觀密度為[A]kg/m3，堆積密度為[B]kg/m3，吸水率為[C]%，壓碎指標為[D]%。細骨料：采用中砂，細度模數(shù)為[M]，含泥量不超過[P]%，符合建筑用砂標準要求。外加劑：選用聚羧酸系高效減水劑，減水率為[Q]%，用于改善混凝土的工作性能。摻合料：采用Ⅱ級粉煤灰，其燒失量、需水量比等指標均滿足相關規(guī)范要求，可在一定程度上改善混凝土的耐久性和工作性能。（二）試驗配合比設計試驗設計了5組再生混凝土配合比，再生粗骨料取代率分別為0%（基準組，即天然骨料混凝土）、30%、50%、70%和100%。在設計配合比時，保持水膠比（0.45）、砂率（38%）和單位用水量（180kg/m3）不變，通過調整再生粗骨料和天然粗骨料的用量來實現(xiàn)不同的取代率。同時，為保證混凝土的工作性能滿足試驗要求，根據實際情況適當調整高效減水劑的摻量。具體配合比如下：組別再生粗骨料取代率（%）水泥（kg/m3）砂（kg/m3）天然粗骨料（kg/m3）再生粗骨料（kg/m3）水（kg/m3）減水劑（kg/m3）粉煤灰（kg/m3）10[C1][S1][N1]0180[R1][F1]230[C2][S2][N2][R2]180[R3][F2]350[C3][S3][N3][R3]180[R4][F3]470[C4][S4][N4][R4]180[R5][F4]5100[C5][S5]0[R5]180[R6][F5]（三）試驗方法基本力學性能試驗按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T50081-2019）進行立方體抗壓強度、軸心抗壓強度和劈裂抗拉強度試驗。立方體抗壓強度試驗采用150mm×150mm×150mm的立方體試塊，每組制作3個試塊，在標準養(yǎng)護條件下（溫度20±2℃，相對濕度≥95%）養(yǎng)護28d后進行試驗；軸心抗壓強度試驗采用150mm×150mm×300mm的棱柱體試塊，每組3個試塊，養(yǎng)護條件及齡期同立方體抗壓強度試驗；劈裂抗拉強度試驗采用150mm×150mm×150mm的立方體試塊，每組3個試塊，養(yǎng)護條件和齡期一致。試驗時，采用壓力試驗機以規(guī)定的加載速度進行加載，記錄破壞荷載，并計算相應的強度值?？箖鲂阅茉囼灢捎每靸龇ㄟM行抗凍性能試驗，依據《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T50082-2009）。將尺寸為100mm×100mm×400mm的棱柱體試塊在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護28d后，放入快速凍融試驗機中進行凍融循環(huán)試驗。凍融循環(huán)過程中，試塊中心最低和最高溫度分別控制在（-18±2）℃和（5±2）℃，一個凍融循環(huán)時間為2-4h。每25次凍融循環(huán)后，取出試塊稱重，測量橫向基頻，并觀察試塊表面的損傷情況。當試塊的相對動彈模量下降至60%以下或質量損失率達到5%時，停止試驗。以相對動彈模量和質量損失率作為評價再生混凝土抗凍性能的指標。三、試驗結果與分析（一）再生粗骨料對再生混凝土基本力學性能的影響立方體抗壓強度圖1展示了不同再生粗骨料取代率下再生混凝土的立方體抗壓強度變化情況?？梢钥闯?，隨著再生粗骨料取代率的增加，再生混凝土的立方體抗壓強度逐漸降低。當再生粗骨料取代率為30%時，立方體抗壓強度較基準組下降了[X1]%；當取代率達到100%時，抗壓強度下降了[X2]%。這主要是因為再生粗骨料表面附著的硬化水泥砂漿強度較低，且存在較多孔隙和微裂縫，與新拌水泥漿體的粘結性能較差，導致再生混凝土內部結構的密實性降低，受力時容易在骨料與水泥石界面過渡區(qū)產生裂縫，從而降低了混凝土的抗壓強度。軸心抗壓強度從圖2中軸心抗壓強度的試驗結果可知，再生混凝土軸心抗壓強度的變化趨勢與立方體抗壓強度相似。隨著再生粗骨料取代率的提高，軸心抗壓強度逐漸減小。再生粗骨料取代率為100%時，軸心抗壓強度較基準組下降了[Y1]%。軸心抗壓強度反映了混凝土在實際工程中承受軸向壓力的能力，其下降趨勢表明再生粗骨料的摻入對再生混凝土的實際受壓性能有不利影響。劈裂抗拉強度如圖3所示，再生混凝土的劈裂抗拉強度也隨著再生粗骨料取代率的增加而降低。當再生粗骨料取代率從0增加到100%時，劈裂抗拉強度下降了[Z1]%。劈裂抗拉強度主要取決于骨料與水泥石之間的粘結強度以及混凝土內部結構的均勻性。再生粗骨料較差的粘結性能和內部缺陷，使得再生混凝土在受拉時更容易產生裂縫，導致劈裂抗拉強度降低。（二）再生粗骨料對再生混凝土抗凍性能的影響相對動彈模量圖4為不同再生粗骨料取代率下再生混凝土在凍融循環(huán)過程中相對動彈模量的變化曲線?？梢园l(fā)現(xiàn)，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，各試件的相對動彈模量均逐漸下降，且再生粗骨料取代率越高，相對動彈模量下降速度越快。當凍融循環(huán)次數(shù)達到150次時，基準組混凝土的相對動彈模量仍保持在[M1]%以上，而再生粗骨料取代率為100%的再生混凝土相對動彈模量已降至[M2]%。這是由于再生粗骨料較高的吸水率使其在凍融過程中內部孔隙水結冰膨脹，對骨料和水泥石界面過渡區(qū)產生較大的凍脹應力，導致裂縫的產生和擴展加速，從而降低了混凝土的抗凍性能。質量損失率圖5顯示了不同再生粗骨料取代率的再生混凝土在凍融循環(huán)過程中質量損失率的變化情況。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，試件的質量損失率逐漸增大。再生粗骨料取代率為100%的再生混凝土在凍融循環(huán)150次后，質量損失率達到了[L1]%，明顯高于基準組的[L2]%。再生粗骨料表面的水泥砂漿在凍融作用下更容易剝落，使得再生混凝土在凍融過程中的質量損失加劇，進一步表明再生粗骨料的摻入降低了再生混凝土的抗凍性能。（三）影響機理分析物理性能影響：再生粗骨料的表觀密度較低、吸水率較高，在混凝土拌合物中會吸收更多的水分，導致有效水膠比降低，影響水泥的水化程度，進而降低混凝土的強度。同時，較高的吸水率使得再生粗骨料在凍融過程中更容易飽水，結冰膨脹產生的凍脹應力更大，加速了混凝土內部裂縫的發(fā)展，降低抗凍性能。界面過渡區(qū)影響：再生粗骨料表面附著的硬化水泥砂漿與新拌水泥漿體之間的粘結強度較低，形成的界面過渡區(qū)較為薄弱。在受力或凍融循環(huán)過程中，裂縫更容易在界面過渡區(qū)產生和擴展，從而降低再生混凝土的力學性能和抗凍性能。顆粒級配與形狀影響：與天然粗骨料相比，再生粗骨料的顆粒級配和形狀往往不夠理想，存在較多不規(guī)則顆粒和細顆粒。這會影響混凝土拌合物的工作性和密實性，導致混凝土內部存在更多的孔隙和缺陷，降低其力學性能和抗凍性能。四、再生混凝土性能優(yōu)化措施（一）再生粗骨料預處理強化處理：對再生粗骨料進行強化處理，如采用水泥凈漿裹覆、聚合物浸漬等方法，可以改善再生粗骨料的表面性能，提高其與新拌水泥漿體的粘結強度，從而增強再生混凝土的力學性能和抗凍性能。分級篩選：通過對再生粗骨料進行分級篩選，去除粒徑過小或形狀不規(guī)則的顆粒，優(yōu)化再生粗骨料的級配和顆粒形狀，提高混凝土拌合物的工作性和密實性，改善再生混凝土的性能。（二）配合比優(yōu)化調整水膠比：適當降低水膠比，提高水泥石的強度和密實性，增強再生混凝土的力學性能和抗凍性能。但水膠比過低會影響混凝土的工作性，需同時配合高效減水劑的使用。摻加摻合料：合理摻加粉煤灰、礦渣粉等摻合料，改善混凝土的工作性能，提高其耐久性。摻合料在混凝土中發(fā)生火山灰反應，生成的水化產物可以填充孔隙，改善界面過渡區(qū)結構，從而提高再生混凝土的力學性能和抗凍性能。（三）施工工藝改進加強攪拌與振搗：延長攪拌時間，使再生混凝土拌合物更加均勻，確保再生粗骨料與水泥漿體充分粘結。同時，采用合理的振搗方式和振搗時間，提高混凝土的密實性，減少內部孔隙和缺陷。養(yǎng)護措施：加強再生混凝土的養(yǎng)護，確保其在適宜的溫度和濕度條件下進行水化反應。良好的養(yǎng)護條件可以促進水泥的充分水化，提高混凝土的強度和耐久性，改善再生混凝土的性能。五、結論再生粗骨料的摻入對再生混凝土的基本力學性能和抗凍性能均有不利影響。隨著再生粗骨料取代率的增加，再生混凝土的立方體抗壓強度、軸心抗壓強度、劈裂抗拉強度逐漸降低，抗凍性能也明顯下降。