再生混凝土收缩性能研究综述

张彧铭 桑伟 陆俊 王建苗 李静

（1绍兴文理学院 土木工程学院；2浙江永坚新材料科技股份有限公司）

0 引言

随着我国城镇化进程的不断推进，新兴建筑的建造以及废旧建筑物的拆除在不断进行，这导致大量建筑垃圾的产生。把拆除后的混凝土破碎成再生粗骨料（RCA），取代天然骨料是有效处理此类建筑垃圾的一种方式。然而，与天然骨料混凝土相比，加入RCA的混凝土各项性能较差[1-4]，无法做到大面积的使用以及推广。为了提升再生混凝土的性能以及利用率，针对再生混凝土的收缩性能进行分析，从而为再生混凝土的推广和应用提供参考。

1 再生混凝土收缩性能的影响因素

1.1 基体混凝土强度

再生骨料主要采用破碎的混凝土制备而成，混凝土的强度会影响其最终的收缩性能。如图1所示，采用不同强度的混凝土制备的再生混凝土，随着基体混凝土强度提升收缩逐渐减少。Wang等[5]也通过实验发现，高强度的基体混凝土使得再生混凝土表现出较小的收缩。张欢等[6]采用鄂式破碎机二次破碎制备再生骨料，实验发现基体混凝土强度对干燥收缩的影响相比于再生混凝土自生强度的影响更为明显，这可能是高强的混凝土有较低的孔隙使得吸水能力降低所致。

图1 不同基体混凝土强度的收缩性能[6]

1.2 水灰比

再生混凝土水灰比的不同对其自收缩影响明显，主要是在不同的水灰比下再生混凝土内部的密实程度也有差异，内部水分迁移也随之改变。另外，混凝土低水灰比还使得混凝土内供水泥水化的自由水变少，混凝土在早期就可能产生较大的自收缩。与普通混凝土类似，梁娜等[8]发现全再生混凝土的自收缩出现相同的趋势，自收缩随着水灰比的降低而增大。朱伟伟[9]则通过实验发现全再生棱柱体试块的28d、60d的干燥收缩率随着水胶比大致呈现抛物线变化趋势。

1.3 再生骨料取代率

骨料是影响混凝土收缩的重要因素之一，因此在再生混凝土中，再生骨料的取代率也是影响收缩性能的决定性因素。肖建庄等[10]对比了普通混凝土以及取代率为50%和100%的再生混凝土，实验发现取代率为50%和100%的再生混凝土收缩变形分别提高了17%、59%。王新杰等[11]发现无论是干燥收缩还是自收缩都随着再生骨料取代率的增加而增加，在28d时干燥收缩增长幅度相比于自收缩更为明显。可见再生骨料取代率的提升对收缩性能有非常不利的影响，这是由于再生混凝土中的孔隙随着再生骨料取代率的增加而增加，从而导致水分扩散速率随之提升，再生混凝土收缩性能也伴随增加[12]。

1.4 再生骨料混凝土搅拌工艺

对于低强混凝土，再生骨料的搅拌工艺也存在着一定的影响，在赵阳豪[13]等的实验中，通过对C10、C20、C30的混凝土采用不同搅拌工艺进行搅拌，数据表明新搅拌顺序（天然粗骨料和再生粗骨料和50%的水搅拌30s、加水泥搅拌60s，加50%的水搅拌60s）相对旧搅拌顺序（天然粗骨料和水泥搅拌30s，加所有水搅拌60s，加再生粗骨料搅拌60s）在收缩性能上有所降低。

1.5 再生骨料的品质

再生骨料由于表面附着老砂浆，并且通过破碎得来，内部存在较多的孔隙以及微裂缝，这对混凝土收缩有着不利的影响。研究发现，通过改善再生骨料本身的性能，使之与普通混凝土各项性能相近，对再生混凝土性能的提升是非常明显的。韩帅等[15]发现通过对再生骨料颗粒整形有利于减少再生混凝土收缩率的变化，在一次颗粒整形后的再生混凝土收缩性能与普通混凝土类似，二次颗粒整形后再生混凝土收缩率较普通混凝土收缩率降低2.8%～14.6%，收缩性能已经优于普通混凝土。可见骨料品质提升对于收缩性能提升较大。

1.6 养护条件

再生混凝土受养护条件的影响较大，崔正龙[15]等人的试验表明，再生混凝土在相对湿度(RH60%)的养护环境下，其收缩率随着环境温度的提升而增加，并且早期裂缝产生的时间也随之降低。其次，养护环境的湿度对于再生混凝土的收缩性能也有着极大的影响，张冰[16]等通过研究不同养护条件（浸水养护、干湿循环养护、薄膜覆盖养护）下的再生混凝土收缩性能的变化，发现120d时薄膜覆盖养护相比于干湿循环养护，收缩应变增加了11.18%。

2 再生混凝土收缩的优化方法

2.1 减小再生骨料的取代率

再生骨料的性能比天然骨料差，是再生混凝土收缩性能低于普通混凝土的主要原因之一，通过降低再生骨料的取代率，可以从根本上改善再生混凝土的性能，从而有效降低再生混凝土的收缩变形。

2.2 掺外加剂

2.2.1 粉煤灰

粉煤灰具有填充作用，能够填充水泥砂浆中的孔隙，改善孔隙结构，有效提升混凝土的密实度；并且粉煤灰能够降低水化热，延迟水泥的水化，从而对混凝土自收缩有明显的抑制作用。粉煤灰的掺入能够提升再生混凝土的各项性能，但并非掺量越多越好，粉煤灰掺量存在一个阈值，超过阈值后效果反而不佳。

2.2.2 减水剂

减水剂能在一定程度上减低水泥水化放热的速度，延缓拌合物的凝结时间，因此能够对早期的自收缩有一定的抑制作用。朱磊[18]等通过实验发现取代率为100%的再生混凝土，掺入0.5%的萘系高效减水剂后，60d的干缩率为普通混凝土的1.5倍，降低了约24%。

2.2.3 膨胀剂

根据崔正龙[18]等人的试验表明，在再生混凝土中加入膨胀剂会使混凝土的强度有所降低，但在取代率为50%的再生混凝土中加入8%～15%的膨胀剂能使收缩与相同条件下的普通混凝土相近。在混凝土内部膨胀剂与水泥产生了争水现象，在早期水化反应中膨胀剂的水化产物钙矾石使混凝土的体积膨胀，与混凝土本身的干燥收缩互相抵消。

2.2.4 纤维

研究发现，添加纤维能够改善再生混凝土的部分缺陷[19]。掺入0.5%和1%的钢纤维能够有效抑制干缩[19]，钢纤维的掺入约束了自由水的移动，从而减小了再生混凝土的干缩[21]。掺入较低掺量的废弃聚丙烯纤维对再生混凝土也有明显的效果，但掺入0.16%的废弃聚丙烯纤维对干缩的抑制效果反而不如掺入0.12%，可见纤维掺量增加有利于减小干缩，但掺入过量的纤维反而效果不佳。另外，一些研究表明纤维掺量与纤维长度对干缩也有影响，Wu等[22]通过对比发现19mm的废聚丙烯纤维相比于12mm的废聚丙烯纤维，对抑制干缩更加有利。

2.3 提高再生骨料品质

2.3.1 选用粒径较大的骨料

粒径大的骨料能够提供更大的收缩约束，对于水泥砂浆的水化收缩作用有着更大的阻力，对于降低再生混凝土的收缩有明显效果[23]。

2.3.2 预湿法

预湿法能够在一定程度上去除再生骨料表面的部分老砂浆，增强骨料的基本性能以及界面性能，从而有效提升骨料对浆体的约束，改善混凝土的收缩性能。并且预湿法能够保证混凝土内部湿度保持一个较高的水平，延迟再生混凝土自收缩的时间[24]。江艺[25]、安新正等[26]通过实验验证了预湿法对再生混凝土性能的提高。

2.4 优化养护环境

为混凝土提供良好的养护环境，如采用浸水养护，为混凝土的水化提供充足的水分，从而降低由于水分蒸发而导致的混凝土的收缩。此外，浸水养护下水分充足，使得再生骨料内部充分饱和，再生混凝土也处于饱和状态，混凝土收缩也得到抑制[16]。罗俊礼[27]也通过研究发现，蒸汽养护制度是一种提高再生混凝土收缩性能的较好的养护方式。

3 结论

由于再生骨料品质较差，相比普通混凝土，再生混凝土表现出更大的收缩。影响再生混凝土收缩性能的主要因素为：原生混凝土强度、水灰比、再生骨料取代率、再生骨料搅拌工艺、再生骨料品质以及养护条件，减小再生混凝土收缩的措施有，包括适当降低取代率，掺入外加剂，设计更好的配合比、提高再生骨料品质，选用良好的养护条件。