再生骨料混凝土破壞機(jī)理與改性研究綜述

李文貴　龍初　羅智予　黃政宇　龍炳煌　任杰強(qiáng)

摘要：針對(duì)再生骨料混凝土破壞機(jī)理與破壞性能改性研究做了系統(tǒng)性的歸納和總結(jié)。提出了再生骨料混凝土的研究背景、思路、目標(biāo)、內(nèi)容和技術(shù)路線的改性研究體系。根據(jù)再生骨料混凝土受拉破壞和受壓破壞的破壞形態(tài)和斷面特征總結(jié)了其破壞的一般規(guī)律，依據(jù)破壞機(jī)理得到再生骨料混凝土力學(xué)性能提高的改性研究思路，并提出了相應(yīng)的改性方法。介紹了再生骨料的強(qiáng)化技術(shù)，如納米材料、纖維材料和礦物添加劑改性再生骨料混凝土的研究，歸納了再生骨料混凝土需進(jìn)一步解決的問題，即再生骨料加工機(jī)制的形成、數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用體系的形成和有效監(jiān)測(cè)機(jī)制的建立。結(jié)果表明：界面過渡區(qū)是再生骨料混凝土的最薄弱區(qū)域，改善再生骨料混凝土的破壞性能最為關(guān)鍵的是強(qiáng)化界面過渡區(qū)；相關(guān)結(jié)論可為改善再生骨料混凝土破壞性能和推廣其在工程中的應(yīng)用提供支持。

關(guān)鍵詞：再生骨料混凝土；破壞機(jī)理；改性；力學(xué)性能；綜述

中圖分類號(hào)：TU528文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract： The failure mechanism and modification research of damage performance of recycled aggregate concrete （RAC） were systematically summarized. The research background， idea， objective， content and technical route of recycled aggregate concrete were put forward. According to the failure mode and fracture characteristics of recycled aggregate concrete under tensile and compressive damage， the general laws of damage were summarized. Based on the failure mechanism， the modification research ideas of improving the mechanical properties were obtained， and the modification method was proposed. The strengthening technology of recycled aggregate was introduced， such as nano materials， fiber materials and mineral additives used to modify recycled aggregate concrete. The problems that need to be solved for recycled aggregate concrete were also summarized， including the formation of recycled aggregate processing mechanism， the development of numerical simulation technology， the formation of application system and the establishment of effective monitoring mechanism. The results show that interfacial transition zone is the weakest area of recycled aggregate concrete， and strengthening the interfacial transition zone is the key to improve the failure behavior of recycled aggregate concrete. The relevant conclusion can be used to provide support for improving the performance of recycled aggregate concrete and its application in engineering.

Key words： recycled aggregate concrete； failure mechanism； modification； mechanical property； review

0引言

隨著社會(huì)快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施大量重建，使得混凝土的需求也日益增大，而且面對(duì)大量被拆建筑廢棄物的處理問題，勢(shì)必給環(huán)境帶來一定的危害。因此，提出了再生骨料混凝土的設(shè)想，希望通過再生骨料混凝土部分取代普通混凝土，在滿足社會(huì)需求的同時(shí)又能降低對(duì)環(huán)境的危害，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，再生骨料混凝土的研究也就成了當(dāng)今社會(huì)研究的重點(diǎn)課題。然而，由于再生骨料中老砂漿的大量存在，致使其在各項(xiàng)力學(xué)性能方面相比普通混凝土都存在一定的缺陷[13]，并且目前對(duì)于再生骨料混凝土技術(shù)的加工機(jī)制還不夠完善，對(duì)于提高各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)也還有許多亟需突破的瓶頸。這些都在很大程度上限制了再生骨料混凝土的發(fā)展。到目前為止，再生骨料混凝土大多應(yīng)用于一些非承重構(gòu)件或道路的路面。關(guān)于再生骨料混凝土破壞機(jī)理與改性方法的研究對(duì)提高再生骨料混凝土的破壞性能，加強(qiáng)其在工程中的應(yīng)用具有重要的意義。

根據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，不管是再生骨料混凝土的受拉破壞還是受壓破壞，都表現(xiàn)為老砂漿的斷裂和界面過渡區(qū)的破壞，并且破壞過程中初始微裂縫往往最先出現(xiàn)在界面過渡區(qū)，然后再向砂漿區(qū)域延伸和擴(kuò)展。因此，界面過渡區(qū)就是再生骨料混凝土的最薄弱環(huán)節(jié)，而造成這種現(xiàn)象的主要因素是老砂漿的存在。老砂漿在很大程度上影響界面過渡區(qū)在數(shù)量、分布和性能上的不同。

近年來，各國(guó)已有不少學(xué)者對(duì)再生骨料混凝土進(jìn)行了研究，并在改善再生骨料性能，提高再生骨料混凝土強(qiáng)度等方面取得了階段性研究成果，本文將對(duì)這些成果進(jìn)行梳理和總結(jié)，以期為進(jìn)一步拓展和完善再生骨料混凝土破壞機(jī)理和改性研究工作提供參考。1再生骨料混凝土研究?jī)?nèi)容

1.1研究背景

已有大量研究表明，再生骨料混凝土在抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗劈裂強(qiáng)度等方面相對(duì)于普通混凝土來說存在著一定的性能缺陷[47]。Nixon等[89]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度比普通混凝土要低，降低幅度為8%～24%，這在一定程度上限制了再生骨料混凝土的應(yīng)用。

由于再生骨料混凝土與普通混凝土惟一的區(qū)別就是骨料不同，可以斷定再生骨料在很大程度上決定著再生混凝土的性能。再生骨料含有大量的老砂漿，而老砂漿又比天然骨料疏松、強(qiáng)度低，有高的吸水率和壓碎指標(biāo)。再生骨料混凝土的界面過渡區(qū)由于老砂漿的存在，也會(huì)致使新老砂漿的結(jié)合不穩(wěn)定、不密實(shí)，容易出現(xiàn)界面過渡區(qū)的破壞[10]。這些都是再生骨料混凝土相比于普通混凝土的不足之處，也恰好說明其強(qiáng)度為何要比普通混凝土低。

1.2研究思路

通過總結(jié)有關(guān)再生骨料混凝土力學(xué)性能、破壞機(jī)理等方面的研究，就再生骨料混凝土受拉破壞和受壓破壞的破壞形態(tài)與斷面情況來研究其破壞的一般規(guī)律。找到再生骨料混凝土相對(duì)普通混凝土性能相對(duì)低的真正原因，然后從改善這些薄弱環(huán)節(jié)入手，達(dá)到改善其力學(xué)性能的目的，實(shí)現(xiàn)由破壞機(jī)理到破壞性能提高的改性思路。

1.3研究目標(biāo)

再生骨料混凝土破壞機(jī)理和改性研究的總體目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)再生骨料混凝土破壞機(jī)理與改性研究的科學(xué)認(rèn)識(shí)和有效處置。具體包括：

（1）對(duì)再生骨料混凝土破壞機(jī)理有一個(gè)科學(xué)的認(rèn)識(shí)，能詳細(xì)了解其破壞全過程和破壞發(fā)展趨勢(shì)。

（2）對(duì)界面過渡區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)和組成認(rèn)識(shí)更深刻，找到其薄弱原因。

（3）找到改善界面過渡區(qū)性能的有效辦法，例如添加合適的納米材料等。

（4）找到合適的再生骨料強(qiáng)化方法和提高老水泥砂漿強(qiáng)度的方法，加強(qiáng)其在工程中的應(yīng)用。

（5）找到提高再生骨料混凝土破壞性能的有效方法，實(shí)現(xiàn)再生骨料混凝土的應(yīng)用與推廣。

1.4研究?jī)?nèi)容

1.4.1再生骨料混凝土破壞機(jī)理

破壞機(jī)理的研究主要包括破壞形態(tài)的分析、破壞區(qū)域斷面觀察與細(xì)微觀結(jié)構(gòu)分析、微裂縫的開展與發(fā)展軌跡研究等。由于再生骨料混凝土和普通混凝土最大差別就是老砂漿的存在，所以目前強(qiáng)化再生骨料混凝土大都從老砂漿入手，認(rèn)為通過除去再生骨料表面的老砂漿就可以很好改善再生混凝土性能。顯然這些方法都是有效的，但不夠嚴(yán)謹(jǐn)，研究再生骨料混凝土破壞機(jī)理的主要目的就在此，希望通過再生骨料混凝土的破壞機(jī)理找到其破壞的一般規(guī)律，抓住其真正意義上的薄弱環(huán)節(jié)，然后通過合適的措施與技術(shù)手段來改善其缺陷，達(dá)到提高再生骨料混凝土破壞性能目的。

1.4.2再生骨料混凝土界面過渡區(qū)

越來越多研究表明，界面過渡區(qū)是混凝土最薄弱環(huán)節(jié)，破壞往往都是由界面過渡區(qū)首先開始，然后裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展和貫穿，最終造成整個(gè)混凝土塊的破壞。然而，對(duì)于再生骨料混凝土，界面過渡區(qū)更多更復(fù)雜，影響因素也更多[1115]。因此，為了強(qiáng)化再生骨料混凝土，需要弄清其界面過渡區(qū)細(xì)微觀結(jié)構(gòu)，分析其各組分的性質(zhì)與相互關(guān)系。從本質(zhì)上弄清界面過渡區(qū)為何是再生骨料混凝土的薄弱區(qū)域，微裂縫為何最先從此處開展，具體又與哪些因素相關(guān)等。只有從事物的本源出發(fā)，才能找到最有效的解決辦法。

1.4.3再生骨料

研究再生骨料是因?yàn)樗窃偕橇匣炷恋闹匾M成部分，在很大程度上影響著再生骨料混凝土的力學(xué)性能。盡管已有許多研究都證實(shí)老砂漿是影響再生骨料性能的主要因素，并對(duì)此提出了一些改良方法。然而，需要在此基礎(chǔ)之上對(duì)再生骨料開展進(jìn)一步研究，看如何才能處理好再生骨料表面老砂漿孔隙率高、密實(shí)度低和吸水性大的問題，怎樣才能最大限度降低老砂漿對(duì)再生骨料混凝土性能的影響，實(shí)現(xiàn)再生骨料強(qiáng)化，加快再生骨料混凝土在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

1.4.4再生骨料混凝土水泥砂漿

相關(guān)研究表明，再生骨料混凝土中新老砂漿含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）占到75%，使再生骨料混凝土性能在一定程度上趨于砂漿。老砂漿對(duì)再生骨料混凝土性能的影響是多方面的，它涉及到再生骨料的強(qiáng)度和界面過渡區(qū)的性能。因此，為了改善再生骨料混凝土的破壞性能，在水泥砂漿方面必須做出2點(diǎn)改善。首先，提高再生骨料表面老砂漿強(qiáng)度，減少孔隙率，增加密實(shí)度；其次，強(qiáng)化新水泥砂漿，增強(qiáng)新老砂漿粘結(jié)性能，減少界面粘結(jié)破壞。另外，普通混凝土中新水泥砂漿強(qiáng)度的提高對(duì)它將來成為再生骨料的一部分應(yīng)用于再生骨料混凝土也是有幫助的，因?yàn)橄嚓P(guān)研究表明再生骨料混凝土性能與再生骨料初始強(qiáng)度息息相關(guān)。

1.5技術(shù)路線

再生骨料混凝土破壞性能改性研究的技術(shù)路線主要是走理論與實(shí)踐相結(jié)合的路徑。通過理論與實(shí)踐的對(duì)比來說明問題的可行性。再生骨料混凝土改性研究技術(shù)路線如圖1所示。

2再生骨料混凝土破壞性能提高機(jī)理

2.1再生骨料混凝土破壞形態(tài)

已有研究表明，再生骨料混凝土的破壞形態(tài)與普通混凝土類似，但在局部又存在一定差別，尤其是再生骨料混凝土內(nèi)各相材料在破壞時(shí)表現(xiàn)出的形態(tài)?？偟膩碚f，再生骨料混凝土試塊的破壞主要表現(xiàn)為受拉破壞和受壓破壞。

2.1.1受拉破壞

目前來看，針對(duì)再生骨料混凝土受拉破壞的研究并不太多，就其破壞形態(tài)來看，再生骨料混凝土的破壞面主要表現(xiàn)為砂漿的斷裂，其次是天然骨料與新砂漿或老砂漿界面過渡區(qū)的破壞，而再生骨料的斷裂相對(duì)較少?，F(xiàn)有研究表明，再生骨料混凝土的抗拉強(qiáng)度與再生骨料的取代率、配合比、水灰比等很多因素相關(guān)。Tabsh等[16]的劈裂受拉試驗(yàn)表明，再生骨料混凝土的劈裂受拉強(qiáng)度與再生骨料混凝土的配合比有關(guān)，一般較普通混凝土劈裂受拉強(qiáng)度降低10%～25%。Ikeda等[1718]發(fā)現(xiàn)再生骨料混凝土抗拉強(qiáng)度較普通混凝土降低6%～10%，SagoeCrentsil等[19]的試驗(yàn)則表明再生骨料混凝土的抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的比值略高于普通混凝土，Gupta[20]的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)水灰比較低時(shí)，再生骨料混凝土的抗拉強(qiáng)度低于普通混凝土，而水灰比較高時(shí)，再生骨料混凝土的抗拉強(qiáng)度則高于普通混凝土。

圖2為再生骨料混凝土軸心受拉斷面。從圖2可以看出：斷裂面大部分是新砂漿，同時(shí)能明顯看到老砂漿的斷裂，如圖2中標(biāo)示①；有沿著天然骨料與老砂漿的界面過渡區(qū)，如圖2中標(biāo)示②；存在沿著天然骨料與新砂漿的界面過渡區(qū)，如圖2中標(biāo)示③；極少有天然骨料的斷裂，偶有斷裂也往往是針片狀的，如圖2中標(biāo)示④?？傊瑪嗝娲蟛糠质切吕仙皾{的斷裂，并且部分沿天然骨料與新砂漿或老砂漿之間的界面過渡區(qū)，未見沿新砂漿與老砂漿之間的界面過渡區(qū)斷裂的現(xiàn)象。

2.1.2受壓破壞

由于受壓是混凝土的主要性能，關(guān)于再生骨料混凝土受壓破壞和抗壓強(qiáng)度的研究屢見不鮮。肖建莊等[21]研究表明，再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度與再生骨料取代率、水灰比、齡期等密切相關(guān)，而再生骨料混凝土的破壞面基本上始于粗骨料和水凝膠體的粘結(jié)破壞。李旭平[22]通過對(duì)再生骨料混凝土力學(xué)性能的研究表明，再生骨料混凝土相比普通混凝土彈性模量降低，峰值應(yīng)變和脆性增加，其棱柱體在單軸受壓條件下破壞形態(tài)為縱向劈裂破壞。張學(xué)兵等[23]通過研究證實(shí)，水灰比對(duì)不同配合比的再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度影響很大。

縱觀現(xiàn)有研究，再生骨料混凝土試塊的受壓破壞主要呈斜裂縫破壞，也有少數(shù)呈局部壓潰現(xiàn)象，如圖3所示。再生骨料混凝土大多數(shù)斷裂面為老砂漿斷裂和界面過渡區(qū)破壞，即天然骨料與新砂漿或老砂漿之間的界面過渡區(qū)。

2.2破壞性能提高機(jī)理

從上述關(guān)于再生骨料混凝土受拉破壞和受壓破的破壞形態(tài)來看，其斷裂面主要表現(xiàn)為老砂漿斷裂和界面過渡區(qū)破壞。這不但證實(shí)再生骨料中含有的老砂漿是導(dǎo)致其性能劣于普通混凝土的原因，也在一定程度上肯定了再生骨料混凝土中老砂漿和界面過渡區(qū)就是其薄弱區(qū)域的研究結(jié)論。

肖建莊等[2425]做了再生骨料混凝土細(xì)微觀結(jié)構(gòu)和破壞機(jī)理研究，表明再生骨料混凝土界面過渡區(qū)表現(xiàn)出疏松、孔隙率高等特點(diǎn)，是其破壞的薄弱區(qū)域，并認(rèn)為在再生骨料混凝土力學(xué)性能中起決定性作用的是新硬化水泥砂漿。李文貴等[26]通過再生骨料混凝土單軸受壓破壞機(jī)理試驗(yàn)研究也證實(shí)了上述結(jié)論，并得出初始微裂縫最先出現(xiàn)在新界面過渡區(qū)還是老界面過渡區(qū)與兩者相對(duì)力學(xué)性能有關(guān)。張學(xué)兵等[27]通過DSP漿液預(yù)處理再生骨料對(duì)再生骨料混凝土破壞機(jī)理做了分析，發(fā)現(xiàn)直接在再生骨料混凝土中加入DSP漿液能使再生骨料界面過渡區(qū)得到強(qiáng)化，破壞一般發(fā)生在薄弱骨料中，能顯著提高再生骨料混凝土強(qiáng)度。劉瓊等[28]通過試驗(yàn)與格構(gòu)數(shù)值模擬對(duì)再生骨料混凝土破壞機(jī)理進(jìn)行了研究，結(jié)果表明再生骨料混凝土中砂漿的增加是再生骨料混凝土力學(xué)性能劣化的根本原因，而且其破壞與普通混凝土破壞差不多，大多表現(xiàn)為斜裂縫。

綜合分析上述有關(guān)再生骨料混凝土破壞機(jī)理的研究，可以認(rèn)為老砂漿和界面過渡區(qū)就是再生骨料混凝土的薄弱區(qū)域，對(duì)再生骨料混凝土力學(xué)性能的影響不可忽視。不過到目前為止，在這方面還沒有相對(duì)成熟的研究方法，通常是利用掃描電鏡觀測(cè)界面形貌，然后再對(duì)界面過渡區(qū)對(duì)再生混凝土性能的影響做出定性分析。

由此看來，要提高再生骨料混凝土破壞性能，在老砂漿和界面過渡區(qū)尋求突破是最佳選擇，再生骨料混凝土力學(xué)性能改性研究體系如圖4所示。對(duì)于老砂漿可以通過各種強(qiáng)化再生骨料的方法進(jìn)行去除。對(duì)于界面過渡區(qū)，主要是老砂漿的疏松、高孔隙率引起的老砂漿斷裂和天然骨料與新老硬化砂漿之間的粘結(jié)破壞。要想改善界面過渡區(qū)的性能，首先可通過某種合適的納米材料或是聚合物來填充界面過渡區(qū)的孔隙結(jié)構(gòu)，或是利用納米材料的火山灰效應(yīng)、晶核效應(yīng)、釘扎效應(yīng)等來強(qiáng)化再生骨料混凝土界面結(jié)構(gòu)；其次，可以通過改善新水泥砂漿來強(qiáng)化界面過渡區(qū)的性能，增強(qiáng)新水泥砂漿與老硬化砂漿、新水泥砂漿與天然骨料之間的粘結(jié)強(qiáng)度，畢竟再生骨料混凝土中水泥砂漿的成分占絕大部分；最后，當(dāng)再生骨料混凝土的改性發(fā)展到一定程度后，可根據(jù)再生骨料混凝土不同的需求來改善其破壞性能，發(fā)展不同特性的再生骨料混凝土。

3再生骨料混凝土改性

3.1再生骨料強(qiáng)化技術(shù)

由于再生骨料具有強(qiáng)度低、壓碎指標(biāo)大和孔隙率高[2930]等特點(diǎn)，可通過去除再生骨料表面老砂漿來強(qiáng)化再生骨料。再生骨料強(qiáng)化技術(shù)作用機(jī)理在于通過減少老砂漿含量來降低再生骨料孔隙率和吸水率，并利用化學(xué)漿液浸泡填充再生骨料孔隙結(jié)構(gòu)，減少微裂紋的存在，從而達(dá)到強(qiáng)化再生骨料的目的。目前其主要方法有物理強(qiáng)化法、化學(xué)強(qiáng)化法、高溫蒸壓和微波加熱等，現(xiàn)針對(duì)具體方法做簡(jiǎn)要介紹。

3.1.1物理強(qiáng)化方法

（1）機(jī)械研磨

現(xiàn)有研究表明，機(jī)械研磨能在一定程度上去除再生骨料表面老砂漿，有效改善再生骨料性能。Montgomery[31]在研究再生骨料表面砂漿量對(duì)再生骨料混凝土性能影響時(shí)，就曾使用球磨法很好地除去了再生骨料表面的老砂漿。何德湛[32]發(fā)現(xiàn)在日本經(jīng)立式偏心裝置研磨和臥式回轉(zhuǎn)裝置研磨處理的再生骨料性能都有很大提高，其中經(jīng)立式偏心裝置研磨處理后的再生骨料相對(duì)原混凝土的回收率達(dá)到了67%，并且達(dá)到了日本關(guān)于再生骨料性能的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）加熱研磨

加熱研磨是在原有機(jī)械研磨基礎(chǔ)上發(fā)展的一種改良方法，相比機(jī)械研磨效果要更好，但工序更復(fù)雜。日本相關(guān)工廠采用加熱研磨法使再生骨料經(jīng)60 min加熱和120 min研磨后，其表面砂漿附著率可減少到0%～20%，吸水率和孔隙率都明顯下降，性能得到顯著提升。Bru等[33]曾利用選擇性加熱研磨法對(duì)廢棄混凝土塊先微波輻射，再通過機(jī)械研磨去除骨料表面老砂漿，得到了性能很好的再生骨料。另外，Tateyashiki等[3435]也都通過試驗(yàn)證實(shí)了加熱研磨法能制得品質(zhì)不錯(cuò)的再生骨料。

（3）顆粒整形

顆粒整形強(qiáng)化法主要是通過再生骨料高速自擊與摩擦來擊掉骨料表面附著的砂漿或水泥石，除掉骨料顆粒上較為突出的棱角，使其成為較為干凈、圓滑的再生骨料，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)再生骨料的強(qiáng)化。李秋義等[3637]通過對(duì)骨料顆粒整形研究發(fā)現(xiàn)，再生骨料經(jīng)顆粒整形強(qiáng)化后其性能顯著提高，某些高品質(zhì)再生粗骨料的性能甚至可與天然碎石相媲美，并且再生細(xì)骨料的性能也有大幅改善。朱崇績(jī)等[38]通過對(duì)骨料的顆粒整形發(fā)現(xiàn)，經(jīng)顆粒整形后的再生骨料制得的混凝土對(duì)氯離子抗?jié)B透性和抗碳化能力明顯增強(qiáng)。

（4）攪拌工藝

合理的攪拌工藝除了能強(qiáng)化再生骨料，還能在一定程度上改善界面過渡區(qū)性能。二次攪拌工藝主張?jiān)诳紤]混凝土組分中各物料相互均勻混合的基礎(chǔ)上，利用物料投放量、攪拌順序來改良混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高其性能，二次攪拌工藝主要特點(diǎn)是可以消除水泥顆粒抱團(tuán)現(xiàn)象，使水泥水化更充分，同時(shí)能有效改善界面過渡區(qū)高水灰比的情況，提高混凝土強(qiáng)度。Ryu等[3940]通過二次攪拌工藝制備再生骨料混凝土的研究表明，與常規(guī)攪拌工藝相比，相同條件下經(jīng)二次攪拌工藝制備的再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度都有不同程度提高，而且發(fā)現(xiàn)界面過渡區(qū)厚度下降了38%。Tam等[41]發(fā)現(xiàn)采用二次攪拌工藝使界面過渡區(qū)更加致密，可明顯提高再生骨料混凝土強(qiáng)度并減少其離散性。Tamura等[42]采用減壓攪拌工藝制備再生骨料混凝土，發(fā)現(xiàn)其能使混凝土抗壓強(qiáng)度提高20%。此外，趙悟等[4344]通過不同的攪拌方法證實(shí)了攪拌工藝有助于提高再生骨料混凝土強(qiáng)度和性能。

（5）濕處理法

濕處理法主要是用水對(duì)再生骨料進(jìn)行沖洗，然后通過分離再生骨料中的雜質(zhì)而獲得品質(zhì)較好的再生骨料。這種處理方法比較簡(jiǎn)單，對(duì)于除掉再生骨料中的粉塵而增強(qiáng)界面粘結(jié)力有一定成效。Jungmann[45]通過改善生產(chǎn)工藝，在篩分之前先對(duì)破碎的再生骨料進(jìn)行水沖洗，獲得了品質(zhì)不錯(cuò)的再生骨料。Katz[46]通過超聲波清洗再生骨料的研究發(fā)現(xiàn)，此類處理方法效果并不明顯，可能只對(duì)基體混凝土比較弱的再生骨料才有所改善。

不難發(fā)現(xiàn)濕處理法與其他強(qiáng)化方法相比最大的特點(diǎn)就是操作簡(jiǎn)單，可以就地取材，而且沖洗掉骨料表面的粉塵對(duì)于改善再生骨料混凝土界面過渡區(qū)也有一定成效，但僅僅用水沖洗其優(yōu)化性能是有限的，因此還需尋求與其他強(qiáng)化方法的結(jié)合來使用。

綜上所述，這些物理強(qiáng)化方法在改性再生骨料方面都取得了一定的成效，但有些方法可能對(duì)設(shè)備要求較高，且工序也較復(fù)雜，而那些工序簡(jiǎn)單的可能強(qiáng)化效果又不夠好。因此，如何進(jìn)行再生骨料加工工藝的改良還需開展進(jìn)一步研究與探討。

3.1.2化學(xué)方法

（1）化學(xué)浸泡

與物理強(qiáng)化方法不同，化學(xué)浸泡主要是改善再生骨料表面的孔隙結(jié)構(gòu)，通過加強(qiáng)其密實(shí)度來達(dá)到強(qiáng)化效果?；瘜W(xué)浸泡分為化學(xué)溶液浸泡和化學(xué)漿液浸泡。Kou等[47]采用聚乙烯醇浸泡再生骨料的研究發(fā)現(xiàn)，改性后再生骨料的表觀密度顯著提高，吸水率明顯下降。陳建良等[48]利用機(jī)械研磨結(jié)合聚乙烯醇浸泡的方法處理再生骨料，發(fā)現(xiàn)處理后再生骨料混凝土的和易性與抗壓強(qiáng)度均有所提高。楊寧等[49]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在骨料表面噴灑聚乙烯醇溶液外裹水泥的方法可以將再生骨料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度提高約22%。這種方法相對(duì)其他方法來說是一種可行性較強(qiáng)的方法。Abbas等[50]證實(shí)采用濃硫酸鈉溶液浸泡再生骨料，再伴隨機(jī)械攪拌使砂漿凍結(jié)與解凍剝離，能很好去除再生骨料表面老砂漿，改善再生骨料性能。這些都是通過化學(xué)溶液浸泡強(qiáng)化再生骨料，效果也各有不同，但經(jīng)化學(xué)溶液浸泡后對(duì)再生骨料耐久性有沒有影響還有待進(jìn)一步研究。

對(duì)于通過化學(xué)漿液浸泡強(qiáng)化再生骨料，范小平等[51]發(fā)現(xiàn)用水灰比1∶1的水泥外摻無機(jī)鋁鹽復(fù)合防水劑漿液可以很好地強(qiáng)化再生骨料。杜婷等[52]通過高活性超細(xì)礦物摻和料漿液對(duì)再生骨料進(jìn)行強(qiáng)化試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)再生骨料在水泥外摻Kim粉混合漿液的浸泡下性能改善比較顯著。Katz[53]嘗試在再生骨料表面覆蓋一層硅粉顆粒，以期與殘留在再生骨料表層的水泥水化產(chǎn)物反應(yīng)而使骨料表面覆蓋一密實(shí)層，因此采用硅粉溶液強(qiáng)化再生粗骨料，發(fā)現(xiàn)7 d和28 d抗壓強(qiáng)度分別提高了30%和15%，而早期強(qiáng)度比后期強(qiáng)度增長(zhǎng)要多，說明硅粉溶液的填充效應(yīng)相比火山灰效應(yīng)要占主導(dǎo)作用。

（2）聚合物和碳化

鑒于再生骨料的某些特性，可以嘗試?yán)镁酆衔锏奶畛渥饔煤蛥⑴c水泥水化反應(yīng)改變其絮凝結(jié)構(gòu)等來改善再生骨料混凝土性能。已有不少學(xué)者在這方面做了相關(guān)研究，但根據(jù)其所選材料的不同，最終達(dá)到的效果也各有差異。王子明等[54]通過苯乙烯—丁二烯橡膠（SBR）、聚丙烯酸酯（EVA）、乙烯醋酸—乙烯酯（PAE）三種聚合物對(duì)再生細(xì)骨料進(jìn)行了改性研究，發(fā)現(xiàn)聚合物對(duì)再生細(xì)骨料砂漿的抗壓強(qiáng)度并無改善，只是經(jīng)PAE乳液處理后再生細(xì)骨料抗彎強(qiáng)度明顯增加。Kou等[55]的研究表明，用聚乙烯醇（PVA）浸漬再生骨料可顯著提高再生骨料的物理性能，尤其是改善再生骨料的吸水性。

Spaeth等[56]采用硅烷聚合物、硅氧烷聚合物和硅烷與硅氧烷復(fù)摻的聚合物浸泡再生骨料，發(fā)現(xiàn)均能減小再生骨料吸水性，且減小量與聚合物的種類相關(guān)。Tsujino等[57]也得到了與上述類似的結(jié)論，但發(fā)現(xiàn)經(jīng)硅烷聚合物處理后的再生骨料制得的再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度反而降低，這極有可能是由于試驗(yàn)方法的不同所致。

針對(duì)上述現(xiàn)象，同樣是通過聚合物的浸泡來填充再生骨料孔隙結(jié)構(gòu)，為何有的有效而有的又無效，這需要研究幾種材料之間的化學(xué)效應(yīng)。Grabiec等[58]通過生物沉淀法生成CaCO3晶體，使其填充在再生骨料表面附著的砂漿中以增加其密實(shí)度，發(fā)現(xiàn)對(duì)提高再生骨料混凝土強(qiáng)度有不錯(cuò)成效。

眾所周知碳化使混凝土堿性降低，易導(dǎo)致鋼筋銹蝕，但由于碳化令水泥水化產(chǎn)物發(fā)生改變，在一定程度上可使混凝土更加密實(shí)，硬度提高。Zhang等[59]受此啟發(fā)，通過CO2強(qiáng)化處理再生骨料，發(fā)現(xiàn)能使再生骨料吸水率和壓碎指標(biāo)明顯減小，表觀密度顯著增大，對(duì)提高再生骨料強(qiáng)度有不錯(cuò)成效。

3.1.3高溫蒸壓與微波加熱

為了除去再生骨料表面的老砂漿而強(qiáng)化再生骨料性能，高溫蒸壓和微波加熱也有一定成效。崔正龍等[60]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高溫蒸壓養(yǎng)護(hù)再生骨料效果并不理想，而且后期強(qiáng)度還有一定幅度的下降趨勢(shì)，這可能是高溫蒸壓使骨料本身受到了損傷。

Akbarnezhad等[61]對(duì)再生骨料進(jìn)行了高功率（10 kW）的微波強(qiáng)化，證實(shí)微波確實(shí)對(duì)去除再生骨料表面砂漿有一定作用，但過高的功率瞬間加熱會(huì)導(dǎo)致再生骨料內(nèi)部天然骨料溫度過高，從而導(dǎo)致骨料本身的高溫?fù)p傷。肖建莊等[62]在此基礎(chǔ)上提出了低功率微波加熱強(qiáng)化再生骨料的設(shè)想，即通過微波加熱循環(huán)的方法去除再生骨料上附著的老砂漿，從而提高再生骨料的品質(zhì)。與傳統(tǒng)的外裹純水泥漿和機(jī)械研磨法等相比，微波加熱改性再生骨料效果更為明顯。另外，戴俊等[63]通過試驗(yàn)證實(shí)利用微波加熱輔助機(jī)械剔選能顯著改善再生骨料性能。

3.2納米材料改性再生骨料混凝土

納米材料是指顆粒尺寸在納米量級(jí)（100 nm）以內(nèi)的超細(xì)材料，它的超細(xì)化特性使得其晶體結(jié)構(gòu)與電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，具有許多特殊性質(zhì)，如體積效應(yīng)、表面效應(yīng)、尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等，被譽(yù)為21世紀(jì)最有前途的材料。據(jù)Richardson[64]的研究發(fā)現(xiàn)，水泥的水化產(chǎn)物CSH凝膠尺寸在納米級(jí)范圍，并且在水泥的水化產(chǎn)物中CSH凝膠比重占到了70%。因此，研究與CSH同一尺度的納米材料對(duì)水泥基材料的改性作用已經(jīng)引起許多學(xué)者的興趣。

目前，納米材料改性再生骨料混凝土破壞性能的主要途徑是將無機(jī)納米材料（納米SiO2、納米硅粉和納米CaCO3等）引入混凝土中，通過填充再生骨料混凝土內(nèi)部的孔隙與微裂紋來改善其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使水泥石與骨料的界面結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，起到早期強(qiáng)度提高、基體韌性增強(qiáng)的效果。錢曉倩等[65]通過引入高活性納米粒子（納米CaCO3和硅溶膠）和納米礦物摻和料，并采用不同攪拌工藝制得納米改性再生骨料混凝土，研究表明高活性納米粒子和納米礦物摻和料可提高再生骨料混凝土早期和后期強(qiáng)度，改善混凝土耐久性。張津踐[66]通過納米CaCO3對(duì)再生骨料進(jìn)行強(qiáng)化，研究表明經(jīng)處理后再生骨料混凝土拌和性得到改善，抗壓強(qiáng)度得到提高。朱勇年等[67]采用納米SiO2浸漬再生骨料的方式對(duì)再生骨料進(jìn)行了改性處理，發(fā)現(xiàn)經(jīng)納米SiO2改性處理后的再生骨料混凝土力學(xué)性能明顯改善，其強(qiáng)度與變形性能甚至與普通預(yù)拌混凝土相當(dāng)，但惟一的不足就是納米SiO2價(jià)格昂貴，不利于其推廣應(yīng)用。

納米材料的價(jià)格因素決定了它不能像聚合物那樣大量的投入來填充再生骨料的孔隙結(jié)構(gòu)，但它的尺寸效應(yīng)決定了其能融入再生骨料的每一處微裂紋，通過阻裂和化學(xué)效應(yīng)等改善再生骨料混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，達(dá)到強(qiáng)化目的。Jo等[68]研究了摻納米SiO2的水泥砂漿的各方面性能及其微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)納米SiO2不僅可以作為有效填充物改善水泥砂漿的微觀結(jié)構(gòu)，而且還可以很好地發(fā)揮火山灰效應(yīng)提高水泥砂漿的強(qiáng)度。Li等[69]對(duì)添加納米微粉（納米SiO2和納米Fe2O3）水泥砂漿的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，最終得到了和上述類似的結(jié)論。

除了可利用納米材料的特性填充、阻裂再生骨料混凝土外，還可利用納米材料與水泥水化產(chǎn)物的反應(yīng)或納米材料促進(jìn)混凝土界面結(jié)構(gòu)電子云的重新排布等來強(qiáng)化再生骨料混凝土界面過渡區(qū)。Chen等[70]通過將納米TiO2摻入到水泥基材料中的研究發(fā)現(xiàn)，納米TiO2在水化過程中可作為晶核顯著增強(qiáng)水泥水化速度和水化程度，減少總孔隙率并改善孔徑分布，提高混凝土強(qiáng)度。

綜上所述，納米材料在改性再生骨料混凝土的破壞性能上有它的先天優(yōu)勢(shì)，在一定條件下可充分發(fā)揮它的性能來改善界面過渡區(qū)的孔隙結(jié)構(gòu)，促進(jìn)界面電子云重新排布等強(qiáng)化界面結(jié)構(gòu)。具體通過什么材料、依據(jù)它的什么特性強(qiáng)化效果會(huì)更好，還需今后在納米材料改性再生骨料混凝土的深度和廣度方面開展更多研究。

3.3纖維增強(qiáng)再生骨料混凝土

纖維材料在混凝土中的應(yīng)用已是一個(gè)熱點(diǎn)問題，大量的研究圍繞如何利用纖維材料增強(qiáng)、增韌混凝土展開。隨著纖維材料在高性能混凝土和超高性能混凝土中取得不錯(cuò)成效，逐漸在再生骨料混凝土中的研究也多了起來。周靜海等[71]利用廢棄纖維對(duì)再生骨料混凝土的改性研究發(fā)現(xiàn)，廢棄纖維的摻入可有效改善再生骨料混凝土力學(xué)性能，提高其強(qiáng)度。Du等[72]研究發(fā)現(xiàn)，再生纖維對(duì)再生骨料混凝土的劈裂抗拉、抗折及抗裂性能都有顯著改善，但抗壓強(qiáng)度略有降低，這可能與纖維材料的性能和摻量有關(guān)，一般來說纖維材料的抗拉性能比較顯著，可以起到增強(qiáng)混凝土延性和韌性的作用。

鋼纖維能提高再生骨料混凝土抗拉強(qiáng)度與改善其脆性破壞特征，但對(duì)是否能提高其抗壓強(qiáng)度的結(jié)論并不統(tǒng)一。潘超權(quán)等[73]通過對(duì)鋼纖維改性再生骨料混凝土力學(xué)性能的研究表明，鋼纖維的摻入對(duì)再生骨料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度影響不大，而金寶宏等[74]通過試驗(yàn)卻發(fā)現(xiàn)鋼纖維的摻入對(duì)提高再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度有一定作用，這可能與鋼纖維的摻入量和摻入方式有關(guān)。

董江峰等[75]通過玄武巖纖維對(duì)再生骨料混凝土性能的研究表明，在50%骨料取代率的情況下，玄武巖纖維用量為4 kg·m-3時(shí)對(duì)再生骨料混凝土力學(xué)性能提高最明顯。吳建華等[76]通過聚丙烯纖維和硅粉對(duì)再生骨料混凝土的強(qiáng)化試驗(yàn)研究，證實(shí)利用聚丙烯纖維和硅粉對(duì)再生骨料混凝土進(jìn)行強(qiáng)化可明顯改善其力學(xué)性能，提高其強(qiáng)度。

上述研究說明研究者在纖維材料改性再生骨料混凝土的廣度和深度方面已開始尋求擴(kuò)展，并不再停留在那么幾種材料上，而是結(jié)合再生骨料混凝土自身的特性尋求材料的結(jié)合來改性。

3.4礦物添加劑改性

由于有各種外加劑在改善普通混凝土性能的成功先例，以及硅灰可以提高普通混凝土強(qiáng)度的應(yīng)用與推廣，因此在礦物添加劑改性再生骨料混凝土性能方面尋求突破也是一種不錯(cuò)的選擇。Tangchirapat等[77]通過在再生骨料混凝土中加超細(xì)粉煤灰的研究表明，超細(xì)粉煤灰對(duì)提高再生骨料混凝土強(qiáng)度有著非常明顯的作用。張亞梅等[78]通過對(duì)再生骨料預(yù)吸水處理，然后以粉煤灰等量取代30%水泥，發(fā)現(xiàn)再生骨料混凝土工作性能得到改善，抗壓強(qiáng)度和抗壓彈性模量均有提高，并且還通過研究證實(shí)高效減水劑的單摻和粉煤灰與高效減水劑的復(fù)摻都能改善再生骨料混凝土的性能，提高其強(qiáng)度。

王社良等[79]通過粉煤灰和硅灰對(duì)再生骨料混凝土力學(xué)性能影響的研究表明，當(dāng)粉煤灰單摻時(shí)，隨著粉煤灰摻量的增加，再生骨料混凝土抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度都逐漸降低，而當(dāng)粉煤灰和硅灰復(fù)摻時(shí)，再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度顯著提高，這說明同一種材料不同的處理方式對(duì)再生骨料混凝土的改性效果也是不同的。

孫慶和等[80]通過煅燒硅藻土改性再生骨料混凝土發(fā)現(xiàn)，煅燒硅藻土能顯著提高再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度。王俊杰等[81]通過磷渣微粉對(duì)再生骨料混凝土性能影響的研究表明，磷渣微粉能夠有效改善再生骨料混凝土內(nèi)的孔隙結(jié)構(gòu)，消耗氫氧化鈣并生成CSH凝膠和鈣礬石，能夠很好提高材料密實(shí)度和強(qiáng)度。

通過上述礦物添加劑改性再生骨料混凝土的研究發(fā)現(xiàn)，在充分考慮再生骨料混凝土特殊性的同時(shí)結(jié)合材料本身的特性，并適當(dāng)借鑒其在普通混凝土、超高性能混凝土中的研究成果也是很有必要的。4尚需解決的問題

4.1再生骨料加工機(jī)制

再生骨料對(duì)再生混凝土性能的影響是毋庸置疑的。再生骨料與天然骨料最本質(zhì)的區(qū)別就在于多了老砂漿成分，雖說目前關(guān)于強(qiáng)化再生骨料的方法多種多樣，但最后效果也各有不同。然而，拋開這些因素，由于廢舊混凝土來源復(fù)雜，因此再生骨料的生產(chǎn)與加工必須標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；?，只能在有相應(yīng)資質(zhì)的工廠加工處理，而且要做到不同強(qiáng)度等級(jí)的分類，絕不允許有私人的小工廠、小作坊存在，只有這樣才能保證再生骨料的品質(zhì)。因此，強(qiáng)化再生骨料是實(shí)現(xiàn)再生骨料混凝土技術(shù)發(fā)展的前提條件。

4.2數(shù)值仿真技術(shù)

一項(xiàng)土木工程技術(shù)的發(fā)展除了有效的試驗(yàn)研究外，合理的理論分析也是分不開的。就再生骨料混凝土技術(shù)的應(yīng)用與推廣來說，對(duì)再生骨料混凝土進(jìn)行細(xì)微觀結(jié)構(gòu)的模擬對(duì)于了解其宏觀性能也是非常有意義的。雖然目前學(xué)者提出了各種細(xì)微觀數(shù)值模型，如格構(gòu)模型、隨機(jī)粒子模型、微平面模型、MH模型、梁顆粒模型和細(xì)胞自動(dòng)機(jī)模型等，但這些模型都各有不足，只符合再生骨料混凝土某一方面的性能要求，并不十分完善。因此，在數(shù)值模擬這方面的技術(shù)手段也還有待提升。

4.3應(yīng)用體系的形成

目前，關(guān)于再生骨料混凝土的應(yīng)用還處于試驗(yàn)和謹(jǐn)慎使用階段，雖然已經(jīng)有一些示范工程的研究，并且制定了相應(yīng)的再生骨料和再生骨料混凝土的技術(shù)規(guī)程與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但考慮到再生骨料混凝土的離散性，現(xiàn)階段應(yīng)用仍然比較謹(jǐn)慎。每一項(xiàng)研究的最終目的都是為了應(yīng)用，因此在改性再生骨料混凝土破壞性能的研究達(dá)到一定成效后，應(yīng)該建立科學(xué)有效的應(yīng)用體系，研究如何在保證再生骨料混凝土強(qiáng)度的條件下最大限度地實(shí)現(xiàn)它的應(yīng)用與推廣。

4.4建立科學(xué)有效的監(jiān)測(cè)機(jī)制

對(duì)再生骨料混凝土在工程中的應(yīng)用，特別是在某些重要承重構(gòu)件中的應(yīng)用，應(yīng)該建立科學(xué)有效的監(jiān)測(cè)機(jī)制，能夠隨時(shí)隨地掌握其在環(huán)境作用與受力條件下的各項(xiàng)性能指標(biāo)。例如隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，它的表面碳化情況怎么樣，內(nèi)部鋼筋銹蝕怎么樣，經(jīng)化學(xué)浸泡后再生混凝土耐久性是不是受影響，與相同條件下的普通混凝土構(gòu)件相比又存在哪些不足等。對(duì)這些信息進(jìn)行綜合分析后，再對(duì)該再生骨料混凝土構(gòu)件性能做出進(jìn)一步改善，為今后指導(dǎo)工程應(yīng)用提供依據(jù)。5結(jié)語

（1）現(xiàn)有研究資料表明，再生骨料混凝土相比普通混凝土有更大的離散性和更為復(fù)雜的界面過渡區(qū)。為了提高改性再生骨料混凝土的破壞性能，必須先了解其破壞機(jī)理，根據(jù)不同需求與破壞形態(tài)找到不同的改性措施。

（2）根據(jù)再生骨料混凝土的研究背景與現(xiàn)實(shí)狀況提出了改性再生骨料混凝土的研究體系，包含再生骨料混凝土的研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容、研究技術(shù)路線、破壞性能提高機(jī)理和改性技術(shù)等。

（3）依據(jù)現(xiàn)有資料提出了由破壞機(jī)理到破壞性能改善的改性思路，并對(duì)再生骨料混凝土的改性研究進(jìn)行了綜述，指出了完善再生骨料混凝土發(fā)展與應(yīng)用需進(jìn)一步解決的問題。

（4）無論是受拉破壞還是受壓破壞，再生骨料混凝土都表現(xiàn)為老砂漿的斷裂和界面過渡區(qū)的破壞，由此可斷定界面過渡區(qū)就是其最薄弱區(qū)域，因此，要想改善再生骨料混凝土破壞性能，最為關(guān)鍵的就是強(qiáng)化界面過渡區(qū)。

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