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　　關鍵詞：再生骨料；高強高性能混凝土；自收縮

　　
　　1 引言
　　
　　近年來，隨混凝土技術發展，高強高性能混凝土得到了越來越多的應用。然而，由于水灰比較小且含大量水泥和摻合料，高強高性能混凝土的體積變形性能，尤其是早期自收縮，與普通混凝土有很大區別。由于水灰比小，高強混凝土密實度高，混凝土內部很難與外界進行水分交換而處于絕濕狀態，當膠凝材料水化時混凝土內自由水迅速消耗，而外界水分很難遷入補充，使混凝土內部相對濕度下降，產生自干燥現象，從而在混凝土毛細孔內產生毛細壓力，導致混凝土的表觀體積減小。高強高性能混凝土的自收縮與混凝土開裂尤其是早期開裂關系密切^[1]。為減少自收縮，研究人員^[2，3]嘗試采用輕骨料與普通骨料組成復合骨料，利用輕骨料的吸水還水特性，降低自干燥程度，結果表明，采用復合骨料可明顯減小高強高性能混凝土自收縮。然而，與普通骨料相比，輕骨料強度很低，摻加輕骨料不可避免會導致高性能混凝土強度下降。
　　
　　隨建筑業和基礎設施建設蓬勃發展，建設廢棄物也大幅增加，對廢混凝土再生利用的研究也引起越來越多關注。然而，采用廢棄混凝土破碎和分級得到的再生骨料表面通常附著舊砂漿，再生細骨料中還含少量水泥石細粉，與天然骨料相比，再生骨料強度和彈性模量較小，而吸水率較大；與天然骨料}昆凝土相比，新拌再生混凝土拌合物和易性較差，硬化再生混凝土物理力學性能和耐久性普遍較差^[4-7]，但這種具有高吸水率的再生骨料對減小高強高性能混凝土自收縮可能有利，且與輕骨料相比，再生骨料強度較高，部分取代天然骨料時，對混凝土強度的影響相對較小。
　　
　　然而，再生骨料的高吸水性也導致在再生骨料表面孔隙和界面處形成富水區域，從而在骨料和水泥石之間形成明顯的界面過渡區，成為混凝土結構中的薄弱環節^[8-10]，直接影響混凝土物理力學性能和耐久性。研究表明^[11]，采用水泥裹砂石工藝可有效改善混凝土中骨料一水泥石界面過渡區，從而提高再生混凝土強度和耐久性。最近，孔德玉等^[12]發展了一種摻合料裹骨料攪拌工藝(ACM)，使部分摻合料微細粒子吸附進入再生骨料表面的孔隙內部，并包覆于再生骨料表面，在混凝土水化硬化過程中，可吸收在再生骨料一水泥石界面和表面孔隙處富集的CH，形成CSH凝膠，不僅可進一步改善界面過渡區，且可實現再生骨料原位強化，從而進一步提高混凝土強度和耐久性。本文主要研究了采用再生骨料取代天然骨料，并采用摻合料裹骨料攪拌工藝制備低自收縮高強高性能混凝土時，再生粗細骨料取代率對高強高性能混凝土強度和自收縮的影響。
　　
　　2 原材料與實驗方法
　　
　　2.1 原材料
　　
　　實驗采用錢潮水泥廠生產的PO42.5#水泥，基本性能見表1；采用杭州建工建材有限公司提供的II級粉煤灰和$95礦渣微粉。天然細骨料(NFA)采用天然中砂，吸水率為1.2％，細度模數為2.58。天然粗骨料(NCA)采用級配為5-20mm的天然碎石，吸水率為2.5％。所用再生骨料為舊建筑物拆除舊混凝土經顎式破碎機破碎和分級而成，舊混凝土抗壓強度約40MPa，所得再生粗骨料(RCA)和再生細骨料(RFA)級配見圖1，吸水率分別為4.9％和8.3％。減水劑選用杭州構件公司外加劑廠生產的FDN復配高效減水劑。

　　2.2 混凝土配合比

　　
　　摻再生骨料的高性能混凝土配合比見表1。分別采用再生粗骨料和細骨料部分取代天然粗骨料和細骨料，取代率為分別為0、20％和40％。混凝土總用水量為凈用水量和骨料吸附用水量之和，其中凈用水量按混凝土凈水灰比均為0.25計算，吸附水用量根據粗細骨料吸水率和骨料用量進行計算。對全天然骨料混凝土，采用常規工藝進行攪拌，摻再生骨料時，采用摻合料裹骨料攪拌工藝進行攪拌，工藝流程見圖2。通過調整減水劑用量控制新拌混凝土坍落度為220mm左右。

　　
　　2.3 實驗方法
　　
　　混凝土抗壓強度測定按GBJ 81—85《普通混凝土力學性能試驗方法》進行，試件尺寸為100×100×100mm。
　　
　　高性能混凝土自收縮測定按文獻^[13]方法進行，試件尺寸為100×100×400mm。為防止混凝土的變形受到約束，在鋼模內側的底面貼有厚度為0.5mm 的低摩擦系數特富綸片材。考慮到水化熱引起溫度上升會發生混凝土膨脹，為使其自由變形而不受約束，在鋼模的端部粘帖厚度為2mm 的非吸水軟質發泡橡膠片。成型前在試模內部敷設塑料薄膜。成型時將新拌混凝土分兩次裝入試模，并進行適當插搗，插搗過程中避免碰到預埋件。待試模裝滿抹平后立即用塑料薄膜密封，在試模中部插上熱電偶，同時用濕毛巾覆蓋在塑料薄膜上，防止混凝土表面水分蒸發。混凝土試件放在恒溫恒濕養護室內養護10h后拆模，拆模后將試件放到收縮測試臺上，使用收縮膨脹儀測定混凝土試件初始長度，磁性表針的測頭與預埋在混凝土內的測頭對中，并使兩者相互接觸，使用LVDT位移傳感器采集試件長度變化，精度為±1×10^-6。用TDS一303進行混凝土內部溫升和自收縮應變數據采集，采集的數據包括混凝土試塊內部實時溫度及應變值，測得的混凝土試件內部溫度變化如圖3所示。測得的應變值包括兩部分，即混凝土自收縮與水泥水化放熱產生的溫度變形。按如下公式計算自收縮值：
　　
　　ε= (t－t₀)×10+1000×(δ₁+δ₂)／0.35    (1)
　　
　　式中，ε為某時刻自收縮值，t為該時刻試件的溫度，t₀為試件開始測量時的初始溫度，δ₁為左端千分表測得的應變值，δ₂為右端千分表測得的應變值。

　　3 結果分析與討論
　　
　　圖4所示為采用再生粗細骨料部分取代天然粗細骨料，摻合料裹骨料攪拌工藝對摻再生骨料高強高性能混凝土抗壓強度的影響。大量研究表明，采用再生粗細骨料部分取代天然粗細骨料，混凝土強度均在不同程度上有所降低，且隨再生骨料摻量增大，強度下降更為顯著。然而，由圖4可以發現，與采用普通攪拌工藝的全天然骨料混凝土(對比混凝土)相比，采用摻合料裹骨料工藝制備的摻20％再生粗骨料混凝土強度不但未下降，反而略有增大；摻40％再生粗骨料時，其3d和7d強度與對比混凝土強度相當，但28d強度仍高于對比混凝土強度，由此可見，采用摻合料裹骨料工藝可有效彌補由于再生骨料部分取代天然骨料而導致的強度下降，且由于摻合料裹骨料工藝可有效提高天然和再生骨料一水泥石界面粘結強度，采用摻合料裹骨料工藝制備的摻20％和40％再生粗骨料混凝土強度超過普通攪拌工藝制備的天然骨料混凝土。

　　由圖4亦可見，相同摻量條件下，采用再生細骨料部分取代天然細骨料對混凝土強度的影響較大，再生細骨料摻量僅為20％時，采用摻合料裹骨料攪拌工藝制備的混凝土與普通工藝制備的天然骨料混凝土強度相當，但摻量為40％時，摻再生細骨料的混凝土強度則明顯下降。采用再生粗骨料和再生細骨料分別取代時，其對強度的影響也很明顯，總摻量為20％時，采用摻合料裹骨料攪拌工藝基本可彌補由于再生骨料取代引起的混凝土強度下降，但總摻量達到40％時，即使采用摻合料裹骨料工藝，摻再生粗細骨料混凝土強度仍比普通攪拌工藝制備的天然骨料混凝土強度低。可見，在保證和易性條件下，采用再生細骨料取代天然細骨料對混凝土強度影響很大，其原因主要是由于再生細骨料中含有較多原混凝土中的舊砂漿和舊水泥漿，與天然細骨料相比，這部分顆粒性能明顯較差所致。
　　
　　圖5所示為采用再生粗細骨料部分取代天然粗細骨料對高強高性能混凝土自收縮的影響。由圖5可見，采用再生粗、細骨料部分取代天然粗、細骨料均可有效減小高強混凝土自收縮。全部采用天然骨料的高強混凝土的自收縮較大，其14d自收縮值可達299.0με；摻加20％再生粗骨料部分取代天然粗骨料后，得到的高強高性能混凝土自收縮明顯下降，其14d自收縮值下降至201.9με；采用20％再生細骨料部分取代天然細骨料后，得到的高強高性能混凝土自收縮下降更明顯，14d自收縮值下降至149.1με。隨再生粗、細骨料摻量增大，高強混凝土自收縮進一步下降，摻量為40％，采用再生粗骨料和再生細骨料部分取代天然粗骨料和天然細骨料的高強混凝土14d自收縮值分別下降為163.6με和127.3με。由圖5亦可見，采用再生細骨料取代天然細骨料更有助于減小自收縮，總摻量相同時，單獨采用再生粗骨料取代得到的高強混凝土自收縮明顯大于采用再生粗骨料和再生細骨料共同取代時制備得到的高強混凝土，復合摻加20％和40％再生粗細骨料的高強混凝土14d自收縮值進一步下降至182.4με和137.6με。

　　結合圖4和圖5可見，雖然采用再生細骨料部分取代天然細骨料可更有效減小高強高性能混凝土自收縮，但摻加再生細骨料對混凝土強度影響較大。從保證強度和減小自收縮兩方面考慮，摻加40％再生粗骨料并采用摻合料裹骨料工藝時，其強度較全部采用天然骨料時有所增大，且其自收縮可降低一半左右。
　　
　　4 結論
　　
　　本文嘗試利用再生骨料的高吸水特性，制備摻再生骨料低自收縮高強高性能混凝土，并采用一種摻合料裹骨料工藝實現再生骨料原位強化和骨料一水泥石界面強化，提高摻再生骨料低自收縮高強商l生能混凝土強度。研究結果表明：
　　
　　(1)單摻20％和40％再生粗骨料時，采用摻合料裹骨料工藝制備的混凝土28d強度可超過常規工藝制備的天然骨料混凝土。
　　
　　(2)摻再生細骨料對混凝土強度影響較大，單摻40％再生細骨料或復摻40％再生粗、細骨料時，即使采用摻合料裹骨料攪拌工藝，制備的混凝土強度仍明顯低于常規工藝天然骨料混凝土，再生細骨料摻量較低時，制備的混凝土28d強度則可與常規工藝制備的天然骨料混凝土相當。
　　
　　(3)全天然骨料高強高性能混凝土的自收縮值較大，14d自收縮值可達299.0με，摻再生粗細骨料后，混凝土自收縮明顯下降，摻40％再生粗骨料和40％再生細骨料制備得到的混凝土14d自收縮值僅為163.6με和127．3με，其自收縮值可減小一半左右。

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　　作者：溫興水¹，苑克江²，吳明¹，孔德玉³，周澤軍³，曾洪波³

（1.杭州市公路管理局市郊公路管理處，杭州，310004；2.天津市建筑材料(控股)有限公司，天津，300051；3.浙江工業大學建工學院，杭州，310014）

編輯：金哲