再生混凝土抗凍性能研究現狀

鄔丹 鄭易 柳蘊 焦寶宇

【摘 ?要】論文在廣泛查閱國內外文獻的基礎上，對再生混凝土抗凍性從研究方法和研究成果方面進行了分析和總結，旨在尋找提高再生混凝土抗凍性能的技術措施，以期促進再生混凝土在寒帶地區的應用，并對今后的相關研究提出建議。

【Abstract】On the basis of extensively consulting domestic and foreign literature， this paper analyzes and summarizes the frost resistance of recycled concrete from the aspects of research methods and results， aiming to find technical measures to improve the frost resistance of recycled concrete， so as to promote the application of recycled concrete in cold regions， and puts forward some suggestions for future related research.

【關鍵詞】再生混凝土;抗凍性;凍融循環

【Keywords】recycled concrete; frost resistance; freeze-thaw cycle

【中圖分類號】TU528 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2021）07-0181-02

1 引言

隨著政府提倡并日益普及的“垃圾分類”新風尚，將廢舊建筑垃圾回收重新作為骨料生產的再生混凝土既可變廢為寶又能降低成本，這種再生混凝土若能廣泛使用則會大幅提升經濟效益和社會效益[1]。與天然骨料相比，再生骨料存在孔隙率比較大、微裂紋相對多的特點，導致再生混凝土的耐久性[2]與強度都與同條件下的普通混凝土具有一定差距。我國北方地區的建筑物基本上都面臨著遭受凍害的問題，抗凍性是混凝土耐久性中最重要的問題之一。

2 再生混凝土抗凍性能的試驗評價方法

目前，對于混凝土抗凍性能的檢測，國內外的相關部門都制定了相關的檢驗標準，例如，美國的ASTM C666-86和ASTM C666-86，蘇聯的FOCTL006標準，歐洲地區則以RILEM TC4-CDCI-77為代表[3]。我國的基礎設施建設部門，如水利水電、建筑工程等行業制定的測量混凝土抗凍性的相關規范主要有快凍法和慢凍法這2種方法。國內主要依據《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》的相關規定進行混凝土的抗凍性試驗。慢凍法是對混凝土立方體試件進行氣凍水融試驗，以試件經受的最大凍融循環次數來表示混凝土的抗凍性能的好壞?？靸龇ㄊ菍⒒炷晾庵w試件進行水凍水融的凍融循環試驗，一次凍融循環應在2～4h完成，在多次凍融循環后，當混凝土試件的相對彈性模量下降為初始值的60%且質量損失率小于5%時，用最大的快速凍融循環次數表示混凝土的抗凍性。由于混凝土在凍融循環的環境中產生的開裂破壞是混凝土內部受到拉力才產生的開裂，所以混凝土在凍融環境中對抗拉強度比抗壓強度更加敏感，而在慢凍法中卻采用抗壓強度來評價混凝土的抗凍性，顯然是不合理的。而快凍法在測量混凝土試件抗凍性時，由于試件的降溫速度要比實際施工環境中快得多，得出的試驗結果往往不能直接推廣到實際工況中。目前，學者的研究以快凍法為主，但是想得到能夠指導實際工況的試驗結果，應該尋求更加適合評價混凝土抗凍性能的試驗方法。

3 再生混凝土抗凍性能的影響因素

3.1 再生粗骨料取代率及品質的影響

高翔使用快凍法分別對再生粗骨料取代率為0、12.5%、25%、37.5%、50%的再生粗骨料混凝土進行了抗凍性能測試試驗。

不同再生粗骨料取代率的再生混凝土在經過最大120次凍融循環后，圖1顯示隨著凍融循環次數的增加，再生混凝土的質量損失率越來越大，而由于再生粗骨料的空隙率較天然骨料要大得多，所以再生粗骨料的取代率越大，抗凍性能越差。由圖2可知，相對彈性模量隨再生骨料的增大也呈下降趨勢。在經過120次最大凍融循環后，再生骨料取代率為12.5%的再生混凝土的相對彈性模量與天然骨料混凝土的相對彈性模量接近，可見在較低的再生骨料取代率下，再生混凝土的抗凍性能和天然骨料混凝土相差無幾。但粗骨料取代率為50%時，再生混凝土的抗凍性能明顯變差。

謝靜靜等使用快速凍融法對再生粗骨料取代率分別為0%、30%、40%、50%、60%、70%的再生粗骨料混凝土進行凍融循環試驗，由于粗骨料中較多的微小空隙吸收了大量的游離水，所以在進行凍融循環時會彌補混凝土質量上的損失，但隨著凍融循環試驗次數的增加，膨脹應力不斷積累，導致混凝土表皮剝落，從而使質量驟減，50次凍融試驗后質量損失率增大。

王欣等為研究再生骨料品質對再生混凝土抗凍性的影響，先是將再生骨料按品質好壞分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ這3個等級，再選取粒徑5.0～31.5mm的再生骨料制作成100mm×100mm×100mm的混凝土試件并測量了7d和28d的再生混凝土強度，得出再生骨料的添加使混凝土強度降低且骨料品質越差強度越低。之后對再生混凝土試件進行了凍融循環試驗，結果表明，再生骨料質量對再生混凝土抗凍性影響顯著，質量等級越差抗凍性越差。此外，對于同種再生骨料，其粗骨料取代率越高，再生混凝土抗凍性越差。

綜上，再生混凝土拌合加工時，再生粗骨料的表面有許多水泥固體雜質，這些雜質會與新的水泥漿形成大量的微裂縫和空隙，使再生混凝土產生缺陷。在進行凍融循環試驗時，空隙中的水結冰膨脹，再生混凝土的內部孔隙結構會因縫隙的擴大而破壞，從而使再生混凝土的抗凍性降低。所以選用合適取代率的高品質再生骨料會對再生混凝土的抗凍性有很大提高作用。

3.2 水灰比及外加劑的影響

覃銀輝研究發現，摻入適量的YJ-4型防凍劑能夠提高再生混凝土在凍融試驗后的抗壓強度，如表1所示。當防凍劑摻量為1%時，再生混凝土的抗壓強度最高，摻量再大，強度有所降低。但由于再生混凝土受凍后的強度受多方面因素影響，防凍劑摻量在1%以下時其摻量對再生混凝土抗壓強度的影響有待進一步研究。因此，考慮防凍劑摻量時需同時考慮其對再生混凝土強度的影響。

陳德玉、譚克鋒也通過試驗研究了水灰比和外加劑對再生混凝土抗凍性能的影響，當w/c低于0.28時，再生混凝土的抗凍性達到高強再生混凝土的標準。而當w/c為0.42～0.56時，需要加入外加劑來提高再生混凝土的強度。所以我們認為當w/c低于0.28時，再生混凝土的抗凍性能夠滿足基本的施工要求。

3.3 纖維的影響

陳愛玖、王靜等采用正交分析的研究方法研究了摻入不同種纖維（聚丙烯纖維、鋼纖維）對再生混凝土抗凍性能的影響。在試驗過程中采用快凍法進行試驗，并通過測量經過最大150次凍融循環后試件的相對彈性模量和質量損失率作為評定混凝土抗凍性的指標。經過數據分析后，得到選用銑削波紋型鋼纖維時的再生混凝土的抗凍性要好于摻入聚丙烯纖維的再生混凝土。纖維能夠在混凝土中形成亂向結構，進而增強混凝土內部的約束力，抵消一部分膨脹應力，減小再生混凝土在凍融循環中的變形，抑制裂縫的進一步擴展，從而提升再生混凝土的強度和抗凍性能。

4 提高再生混凝土抗凍性能的措施

基于以上國內外關于再生混凝土抗凍性能的研究成果，歸納出以下再生混凝土施工時提高其抗凍性能的措施：①優選原材料，選取質量和級配良好的再生骨料并合理控制再生骨料取代率。②控制水灰比。研究表明，當w/c在0.28左右時，即使不添加任何外加劑，再生混凝土的抗凍性能也能滿足要求。③摻入引氣型外加劑。④摻入性能良好的礦物摻合料。大量試驗研究表明，加入陶粒、粉煤灰、硅灰等礦物摻合料可使再生混凝土的抗凍性能有很大提高。⑤加強對再生混凝土的養護。再生混凝土的抗凍性會隨水泥水化的程度而變化，養護的時間越長，水泥的水化程度越高，抗凍性能越好。

5 結論及發展方向

抗凍性是再生混凝土耐久性能評價的一個重要內容，是目前我國北方地區工程中急需解決的問題。本文根據目前國內外對再生混凝土抗凍性的研究和相關資料，通過對比其試驗方法和研究成果，總結得出如下結論和發展方向：①再生混凝土若想在寒區廣泛使用，必須提高其抗凍耐久性，需要仔細控制的因素主要有再生骨料的質量和摻量、水灰比、外加劑和礦物摻合料等。②已有的研究多是通過將再生混凝土的抗凍性與普通混凝土的抗凍性進行對比來評價。多數學者采用質量損失率和相對彈性模量變化率來評價其抗凍性，但由于試驗材料、方法和研究方式不同，得到的結果并不統一，有的結果間甚至差異很大，因此，需要將其評價標準統一化、試驗方法規范化。③對于凍融環境中再生混凝土結構構件的研究目前多數是對其進行靜荷載加載研究，而動荷載作用下的研究成果有待進一步探討。

【參考文獻】

【1】楊靜，劉燕麗.我國城市建筑垃圾資源化現狀及對策研究[J].中小企業管理與科技（中旬刊），2021（2）：95-97.

【2】嚴天巍.再生集料對水泥混凝土耐久性的影響及改善措施[D].重慶：重慶交通大學，2016.

【3】高翔.骨料添加對再生混凝土抗凍性能的影響[J].粉煤灰綜合利用，2019（2）：39-41+45.