組合再生混凝土及其衍生結構的應用及展望

肖建莊，藍啟彬，張青天，張凱建，羅素蓉

(1. 福州大學土木工程學院，福建福州 350116； 2. 同濟大學土木工程學院，上海 200092)

0 引 言

近年來，中國房屋及基礎設施建設發展迅猛，與此同時每年排放的建筑垃圾15.5×108～24×108t，未處理的存量垃圾超過200×108t，2020年中國新建房屋面積創歷史新高，達149.5×108m2，據估算[1]，每拆除1×104m2建筑，會產生建筑垃圾0.7×108～1.2×108t，因此，排放量逐年遞增的建筑垃圾如何處理是目前面臨的重大問題。面對該問題，再生混凝土技術是有效的解決方式之一，既可以有效消納建筑垃圾，也有利于緩解資源短缺形勢。再生混凝土是指將廢棄混凝土通過破碎、篩分、清洗和分級之后，按一定比例和級配混合形成再生骨料，再將再生骨料部分或全部替代天然骨料所制成的混凝土[2]。近年來，再生混凝土的研究趨于成熟，研究結果表明[3-5]，由于再生骨料較高的堆積空隙率和壓碎指標，使用再生骨料替代天然骨料后，再生混凝土的立方體抗壓強度、棱柱體抗壓強度及彈性模量均小于普通混凝土，抗彎強度、抗折強度也有不同程度的降低，且存在流動性不足、混凝土內部缺陷較多易產生集中應力等問題。

為優化混凝土結構的性能，肖建莊等[6]提出了“組合混凝土”的概念，其基本思想是通過在不同層次上(材料、構件、結構)組合不同種類的混凝土，對混凝土材料以及結構進行優化設計，從而提升其安全性、適用性和耐久性。將再生混凝土應用至“組合混凝土”中，可利用骨料、混凝土之間的組合效應改善再生混凝土的性能，進一步為再生混凝土結構可持續性設計提供新的思路，這樣的組合可稱為“組合再生混凝土”。本文從組合再生混凝土的不同組合層次、界面影響因素進行闡述。

1 再生混凝土性能特點

1.1 再生骨料

再生骨料根據其粒徑大小可分為再生粗骨料(4.75～31.5 mm)和再生細骨料(不大于4.75 mm)，在加工過程中會附帶產生再生粉料。表1為再生骨料和天然骨料性能對比[7-13]?？梢园l現，再生骨料相比天然骨料堆積空隙率高7%～14.1%，密度低2.8%～15.6%，壓碎值高6.2%～14.5%，吸水率高1.73%～4.7%。這是因為與天然骨料相比，再生骨料表面附著有疏松多孔的老砂漿，且再生骨料所屬的原混凝土已經歷多年的碳化、物理擠壓、化學腐蝕、溫差變化等作用。此外，破碎工藝的不同也會對其內部結構帶來影響，形成微裂縫。通過對比再生粉料與磚瓦黏土、粉煤灰的化學成分可知，磚瓦黏土中SiO2含量(質量分數)最高為65.12%，粉煤灰中Al2O3含量最高為33.51%，而CaO和MgO等成分高于粉煤灰，這些物質有助于水泥水化產物的二次水化反應，提高再生粉料的反應活性[14]。

1.2 再生混凝土力學性能

再生混凝土的力學性能受再生骨料的品質、取代率、摻合料和水灰比的影響，與普通混凝土相比，再生混凝土的抗壓強度、抗拉強度及抗折強度較低。研究結果表明[3,15-16]，再生混凝土抗壓強度、抗拉強度分別較普通混凝土低20%～30%和10%～20%；當再生粗骨料取代率為30%、70%、100%時，其抗壓強度都低于普通混凝土，但在取代率為50%時可能會出現相反的情況；再生混凝土的立方體抗拉強度、劈裂抗拉強度和抗折強度隨立方體抗壓強度的增加而增加[17]，相關關系可總結為式(1)～(3)。與普通混凝土相比，再生混凝土彈性模量降低，峰值應變增大；在取代率較低時，其泊松比與普通混凝土相差不大，其值隨著取代率的增加而降低。已有學者[18-21]的研究表明，再生骨料的存在會使再生混凝土的彈性模量低于普通混凝土，其彈性模量相比普通混凝土低18.2%～24.6%[18]。再生骨料的存在會使再生混凝土的峰值應變高于普通混凝土[22]，當再生骨料取代率大于30%時，泊松比略微下降。

表1 再生骨料與天然骨料性能對比[7-13]Table 1 Comparison of properties between recycled aggregate and natural aggregate[7-13]

(1)

(2)

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式中：ft為單軸抗拉強度；ft,sp為劈裂抗拉強度；ff為抗折強度；fcu為立方體抗壓強度。

1.3 再生混凝土耐久性能

再生混凝土的耐久性能研究包括抗碳化性能、抗凍性能、抗氯離子滲透性能、抗硫酸鹽滲透性能等[23]。多數研究[24-25]表明，隨著再生粗骨料取代率提高，混凝土碳化深度增加，再生粗骨料取代率大于70%時，碳化深度有所下降。陳德玉等[26-27]研究發現，300次凍融循環后再生骨料會降低再生混凝土的抗凍性能，當橡膠粉摻量(質量分數)為5%和10%，取代率在50%以下和75%時，其抗凍性能有一定提升。Kou等[28-31]認為再生混凝土的抗氯離子滲透性能低于普通混凝土，添加粉煤灰等礦物摻合料可以提高其抗氯離子滲透性能，粉煤灰的最佳摻量(質量分數)為10%～20%，提高水灰比對抗氯離子滲透性能不利。Azevedo等[32]研究表明，再生混凝土的抗硫酸鹽侵蝕等能力低于普通混凝土，使用15%粉煤灰和15%偏高嶺土替代水泥，可提高其抗硫酸鹽侵蝕能力。肖建莊等[33]發現再生混凝土在28 d內收縮變形較大，荷載下的徐變在60 d內較大。崔正龍等[34-35]研究了再生混凝土的透氣性能和耐磨性能，發現再生粗骨料取代率對透氣性能的影響小于再生細骨料，再生粗骨料取代率小于40%時對磨損性能影響較小，高于40%后，磨損量隨著再生粗骨料取代率的提高而顯著增加。

整體而言，原生混凝土服役期的受荷損傷、環境作用以及再生骨料加工時受到的物理擠壓等因素，使再生骨料表觀密度、堆積密度等呈現不同程度的下降。再生混凝土由于受到再生骨料的影響，其抗壓強度、抗折強度與耐久性能等低于同水灰比下的普通混凝土?？梢?，若將再生混凝土單獨用于結構中，可能在一些結構部位處難以達到設計要求，例如，在一些關鍵節點部位，會出現承載力、變形能力不滿足的問題。因此，若將再生混凝土與其他混凝土進行不同層面的組合設計，可達到取長補短的效果。

2 組合再生混凝土

再生骨料相對天然骨料存在的缺陷、再生混凝土相對普通混凝土性能上的不足，均會使其應用受到一定限制。而通過再生骨料與其他骨料的組合、再生混凝土與其他混凝土的組合、再生混凝土構件和其他混凝土構件的組合，可利用組合的優勢來彌補再生混凝土的不足。

2.1 骨料層面組合

吳波等[39]通過研究再生混凝土塊體與新混凝土組成的再生混合混凝土發現：使用塊體(特征尺寸為50～400 mm)相比使用再生骨料制備混凝土，其能耗可降低40%～60%，水泥用量減少30%；當再生混合塊體取代率低于33%時，對再生混合混凝土柱的軸壓、初始剛度和延性系數的影響可忽略不計，其受壓破壞過程未出現明顯裂紋聚集和應力集中現象。蔡敏偉等[40-42]對再生塊體混凝土的單軸受壓性能、疲勞性能以及不同溫度下的力學性能開展了研究，結果發現：抗壓強度分別為26.7 MPa和45 MPa的舊混凝土塊體與新混凝土結合良好，當取代率從0%提升至30%時，立方體抗壓強度下降20.1%；當新舊混凝土強度相差不大且取代率不高時，其強度性能和普通混凝土基本一致，疲勞性能相比普通混凝土無明顯降低，經過高溫后，再生塊體混凝土的抗壓強度與普通混凝土亦無明顯差異。熊焱等[43]進行了再生塊體混凝土剪力墻的抗震性能研究，結果發現，摻再生混凝土塊的剪力墻破壞位移角大于1/50，位移延性系數為5.40～5.91，當再生混凝土塊和新澆筑混凝土的抗壓強度相差不大時，滿足規范要求，再生混凝土塊取代率為20%的剪力墻抗震性能與普通混凝土剪力墻基本一致。高林等[44]采用大粒徑再生骨料(5～100 mm)制備再生混凝土，結果發現，通過調整級配可使再生混凝土滿足跟普通混凝土一樣的性能要求，減少破碎工序，從而降低再生混凝土制作成本。

綜上，骨料層面的組合在減少天然資源使用的同時，可以實現再生混凝土的性能優化，同時降低生產成本。骨料的組合可改善再生混凝土界面過渡區和孔結構分布，將再生骨料與金屬骨料、浮石、河卵石等特殊骨料進行組合，可在后續研究中嘗試。

2.2 構件層面組合

將再生混凝土與其他混凝土在不同部位上組合，可對柱、梁、板等構件進行性能優化設計。

對于柱構件，其內部區域受到外部的保護作用且受力相對較小，因此，柱內部的混凝土強度要求可低于柱外部，可將性能較低的混凝土材料用于柱內部，將高性能的混凝土材料用于柱外部，不僅契合柱的受力特點還能顯示各混凝土優勢。采用這一設計思路，Xiao等[45]制備了再生骨料混凝土半預制柱[表2(a)]，研究了不同再生骨料取代率(0%、100%)、施工順序和柱芯尺寸對柱抗震性能的影響，結果發現，外部預制再生混凝土柱和內部預制再生混凝土的峰值荷載分別高于普通混凝土柱15.1%和5.7%，其破壞模式與普通混凝土柱相似，具有良好的抗震性能。Zhang等[46-47]對海水海砂再生混凝土整體柱和組合柱進行了研究，發現海水海砂再生混凝土柱的峰值荷載相比一般再生混凝土高約17%；采用普通混凝土外殼和海水海砂再生混凝土內芯的組合柱，其承載力為海水海砂再生混凝土柱的0.9倍～1.8倍，采用ECC(engineered cementitious composite)外殼的組合柱承載力最高可達整澆海水海砂再生混凝土柱的2倍，組合柱構造形式也如表2(a)所示。Robalo等[48]將超高性能混凝土與再生混凝土進行了組合使用。

根據梁的受力特點，可有兩種設計方式，一種是在梁縱向的不同部位進行組合[表2(b)]，在彎矩控制段采用取代率較大的再生混凝土，在剪力控制段采用取代率較小的再生混凝土，并用振搗棒在分界面進行振搗[6]。另一種組成方式是截面上下的組合形式，在梁橫截面的受拉區和受壓區澆筑不同種類的混凝土，Xiao等[49]提出了再生混凝土疊合梁[表2(c)]，進行剪切試驗時，剪跨比為3.0的C型和U型疊合梁與整澆梁一樣承載性能良好，當荷載加載到60 kN時出現第一條裂縫，斜剪切裂縫在荷載為160 kN時出現，350 kN時梁完全破壞，疊合梁未發生對承載力和變形不利的影響。Lapko等[50]設計出一種組合梁，該組合梁以再生混凝土為基礎，將高強混凝土(抗壓強度為100 MPa)設置在構件的受壓區中心部分[表2(d)]，組合梁相比整澆再生混凝土梁抗彎強度高出20%～36%，撓度降低20%～40%，具有更高的剛度和抗彎能力。Fahmy等[51]設計了組合T型梁，梁腹板分為外預制U型部分和腹板核心部分，外預制U型部分都采用高強度普通混凝土，腹板核心部分分別采用普通強度再生混凝土、高強度再生混凝土和普通強度再生混凝土砌塊，梁翼緣部分采用高強度普通混凝土；兩種組合梁，一種為腹板核心采用C50再生混凝土，翼緣采用C50普通混凝土；另一種腹板核心采用C25再生混凝土塊，翼緣采用C50再生混凝土[表2(e)]，其抗彎強度分別高于一般梁11.4%和9.8%，屈服荷載分別高于參考梁20%和13.5%，延性比低于參考梁10%～55%，采用普通強度再生混凝土塊體填充具有與參考梁相同的變形能力。在抗壓強度方面，不同組合梁與參考梁相近。

板的組合方式也可分為兩種，一種是截面上下組合不同種類混凝土，另一種是平面上不同位置的組合?；诎宓氖芰μ攸c，平面上不同位置的板有較強的關聯性，而且不同位置板的受力并沒有顯著差異，所以這方面的研究意義不大。而對截面而言，上下采用的材料不同，其受力有著明顯的差異，具體分為受拉區、受壓區以及中性軸區域，可根據不同區域的特點，相應采用不同種類的混凝土。在板截面上下組合不同的混凝土，既可以組合不同種類的混凝土，也可以組合同一種類不同物質摻量的混凝土。Xiao等[52]通過在截面上設置不同再生骨料取代率(0%、50%、100%)制備了再生骨料混凝土梯度板[表2(f)]，發現再生混凝土梯度板與普通混凝土板的彎曲變形性能相似，其彎曲性能和彎曲剛度隨著配筋率的提高而增強，在配筋率為0.70%和0.98%時，梯度板的承載能力良好，與普通混凝土相近。

表2 柱、梁、板構件組合形式Table 2 Combination forms of column, beam and slab

2.3 結構層面組合

結構中不同部位的構件有著不同的性能要求。對于框架結構、框架-剪力墻結構，梁柱之間節點的性能對框架整體性能影響很大。上海市建筑示范樓采用預制再生混凝土框架結構[54]，該樓框架柱在工廠預制，柱的縱向鋼筋采用灌漿套筒技術連接，框架梁和框架都是復合形式，樓的整體預制率超過70%，研究發現預制再生混凝土框架結構耗能能力良好，與預制普通混凝土框架結構具有相同側移機理和抗坍塌能力，抗地震性能也無顯著差異，為預制再生混凝土框架在實際工程中的應用提供了依據。

Marthong等[55]設計了再生混凝土與微膨脹混凝土(微膨脹混凝土是一種高強度混凝土，通過波特蘭水泥、級配骨料、填料和外加劑組成的干粉與水結合生成，流動度大且收縮小，可用于混凝土的修復)的組合梁柱節點(圖1)，開展了節點的抗震性能研究，參照組節點區域采用普通混凝土，節點區域采用微膨脹混凝土30%和100%(質量分數)取代普通混凝土的梁柱結構相比參照組剛度分別降低8%和15%，節點區域采用再生混凝土30%和100%(質量分數)取代普通混凝土的梁柱結構相比參照組剛度分別降低30%和42%，組合梁柱節點的耗能能力是一般再生混凝土梁柱節點的1.39倍～1.47倍，極限荷載和延性均有顯著提升。Ding等[56]根據解構設計(design for deconstruction,DfD)方法，設計了可拆裝連接構造(圖2)，并開展了DfD梁柱框架節點的抗震性能研究，結果發現其位移延性相比整體構件降低10%，所有節點在1.5%位移比下具有相近的耗能能力，DfD梁柱框架節點可滿足抗震要求。

綜上所述，在柱、梁和板等構件的設計中，將再生混凝土與其他混凝土進行組合，在特定部位使用具有特定功能的混凝土以發揮其性能特點，可充分利用材料達到資源節約的目的，同時能提高組合再生混凝土構件的受壓、受彎及抗震等性能，形成工業化生產后將具有良好的經濟與生態效益。在設計中，結構不同部位具有不同的性能要求，柱主要承擔軸向壓力，梁和板主要承擔彎矩、剪力，節點部位起到連接不同構件的重要作用，需根據構件的力學性能和功能需求選取恰當的混凝土，充分發揮再生混凝土和其他混凝土的各自優勢。

3 組合再生混凝土界面性能

組合再生混凝土的性能很大程度上受到再生混凝土與其他混凝土界面性能的影響，改善界面的黏結抗剪性能可更好地發揮組合再生混凝土的作用，其界面可從再生混凝土界面過渡區和混凝土與混凝土間界面性能兩方面展開闡述。

3.1 再生混凝土界面過渡區

混凝土中骨料邊緣存在一定區域，該區域漿體的性能與遠離該區域漿體的性能存在顯著不同，稱為混凝土界面過渡區，再生混凝土內部新/舊界面過渡區如圖3所示，其性能受到再生骨料品質、原生混凝土強度以及攪拌方式等影響。

張玉棟等[57]研究發現再生混凝土的界面過渡區相比普通混凝土更疏松、存在孔洞或者微裂縫，主要是由于再生骨料表面附著的舊砂漿以及破碎過程中產生的缺陷造成的。王繼娜等[58]通過對比原生混凝土強度為C30、C50、C80的再生混凝土與普通混凝土的強度以及微觀結構發現，齡期為3 d時，其水化不完全，原生混凝土強度越高吸水率越大，而原生強度為C30、C50、C80的再生混凝土結構完整性逐漸下降；在28 d時，其水化完全，原生混凝土強度越大，其砂漿層強度越高，表面附著砂漿越多，其與新砂漿層黏結越緊密，隨著原生混凝土強度的提升，其微觀結構更加密實。李文貴等[59]使用納米壓痕和掃描電鏡觀察再生混凝土界面過渡區，采用二次攪拌工藝時，C—S—H凝膠體積分數為68%，大于普通攪拌的55%，二次攪拌工藝使界面過渡區更加致密，孔隙率和彈性模量離散性降低。宮堯堯等[60-62]研究發現，對于氯離子溶液浸泡后的再生混凝土，其舊界面過渡區的顯微硬度從100～150 MPa降至35～45 MPa，新界面過渡區的顯微硬度降低10～20 MPa，在硫酸根離子溶液中浸泡后，顯微硬度也會降低，摻入硅灰對再生骨料進行裹漿可提升界面過渡區的抗滲透性能。當再生骨料和其他骨料組合時，其形成的界面過渡區體系以及孔結構分布均會產生差異，進而產生性能上的差異。

3.2 混凝土與混凝土間界面

3.2.1 界面測試方法

混凝土與混凝土間的界面性能對組合混凝土性能有著重要影響，可通過多種不同的方法測定混凝土間的界面黏結性能，目前已有學者開展了準靜態和動態下的黏結性能試驗研究。Ray等[63]通過一種直接剪切試件對雙層復合混凝土界面性能進行表征，試驗測得普通混凝土與高性能混凝土界面強度在1.5～2.9 MPa之間，滿足加拿大標準協會要求(大于0.9 MPa)，驗證了普通混凝土與高性能混凝土滿足實現界面剪切強度要求，試件形狀如圖4(a)所示。Santos等[64]通過雙面剪切試驗認為，混凝土間界面的影響因素主要為表面粗糙度、黏合劑種類、強度最低混凝土的強度，試件形狀如圖4(b)所示。Figueira等[65]在直接剪切的基礎上對試件形式進行改造，試件由同一種混凝土分3個時間進行澆筑[圖4(c)]，通過循環推拉試驗對不同時間澆筑混凝土間界面的剪切性能進行分析，使用液壓試驗機的球形座對試件界面施加軸向荷載，將變壓傳感器安置在試件的界面測量滑移，用公式(4)進行剪力計算，界面斷開后的試件再分別進行單調荷載剪切試驗。Ceia等[66]通過直接剪切對圖4(d)試件進行試驗，研究不同粗糙度下界面抗剪強度的變化，界面粗糙度對抗剪強度有提升作用。

(4)

式中：τ為剪應力；F為施加荷載；L為界面長度；b為界面寬度。

Hu等[67]進行了動態黏結性能研究，采用霍普金森壓桿對斜剪試件施加動態壓縮荷載，結果顯示：應變率從1×10-5s-1提升至9.91 s-1時，界面黏結強度顯著提高；當應變率從9.91 s-1提高到21.63 s-1時，試件吸收能量更多，但破壞更嚴重；試件齡期增大或者新舊混凝土齡期差增大也會使黏結強度增大；試件傾角30°比傾角40°更容易失效，測試試件如圖4(e)所示。 Frenzel等[68]通過施加位移控制荷載，直至試件發生破壞，測量界面的抗剪強度，試件為五層[圖4(f)]，試件3種組合分別為：覆蓋層為結構輕混凝土，核心層為次輕混凝土；覆蓋層為普通混凝土，核心層為次輕混凝土和泡沫混凝土。使用垂直引伸計和水平引伸計測量試件上下區域的垂直偏轉和應變，通過荷載分配板和三角形鋼條將力傳到試件上邊緣，以使試件產生0.005 mm·s-1速度施加位移控制荷載，直至試件發生破壞。

3.2.2 界面影響因素

混凝土與混凝土間界面性能的影響因素很多，主要影響因素有截面的粗糙程度、黏合劑性能、混凝土齡期、混凝土的強度、骨料特性。

Frenzel等[68]綜合變形和剪力來研究界面粗糙度對黏結強度影響，用引伸計測量試件上下區域垂直偏轉和變形，用公式(5)計算出剪力，綜合變形和剪力來評估界面抗剪性能。覆蓋層為結構輕混凝土，核心層為次輕混凝土，覆蓋層為普通混凝土，核心層為次輕混凝土，在這兩種組合下界面為光滑時的平均極限剪切應力分別為0.69、0.66 MPa，粗糙界面下分別為0.69、0.73 MPa，凹陷界面失效荷載比光滑界面和粗糙界面兩者平均值高出16%，與Ceia等[66]認為隨著粗糙度增加，界面抗剪強度增加的結論基本一致。次輕混凝土與結構輕混凝土的黏合效果最好，普通混凝土與泡沫混凝土組合的界面由于泡沫混凝土的表面光滑使組合界面強度較低。

(5)

式中：τm為平均剪應力；A為界面面積。

Robalo等[48]試驗發現膠黏劑失效是超高耐久性混凝土和低水泥再生混凝土(水泥用量減少)界面破壞的主要原因。Santos等[69]探究發現，當舊混凝土層與新混凝土層的澆筑時間間隔增大，收縮會變大，收縮產生的壓縮應力會抵消剪切試驗時試件界面上的拉伸應力，因此隨著收縮的增加，試件的抗剪黏結強度會提高。葉果[70]研究發現，新混凝土和舊混凝土的強度等級越高，界面的抗剪性能越強。

再生骨料對再生混凝土的影響也會對界面性能產生作用。Ceia等[66]研究再生混凝土和普通混凝土界面的黏結強度，用鋼刷將界面打造成輕度粗糙，用針槍將界面打造成粗糙，界面情況見圖5。3種界面抗剪強度平均值分別為5.90、7.00、10.31 MPa，隨著再生骨料取代率提高，3種界面抗剪強度最高分別降低121%、136%和161%，再生骨料對界面粗糙程度更高的試件抗剪強度降低效果更明顯。Robalo等[48]研究了超高性能混凝土與再生混凝土間的界面性能，構件形式與Ceia等[66]采用的構件形式相同，結果顯示當提高界面粗糙度時，混凝土界面抗剪強度可提高至40%，超高耐久性混凝土的抗剪強度隨著黏合劑強度的增加而增加，增加界面的粗糙度和黏結劑強度對抗剪強度很重要。目前混凝土界面的研究短齡期居多，其長齡期性能以及耐久性是今后研究的方向之一[71]。

再生混凝土中的界面過渡區相比普通混凝土存在更多缺陷，并受到原生混凝土強度、攪拌工藝等因素的影響，在材料組合時，需將界面過渡區的性能考慮在其中。另外，混凝土與混凝土間的界面性能是不同混凝土間能夠共同作用的基礎，其界面黏結強度會影響組合再生混凝土結構的整體性。針對界面的準靜態和動態測試發現，混凝土間界面性能主要受界面粗糙度、黏合劑種類、混凝土強度的影響，且隨著應變率提高會出現黏結強度提高的現象?？偨Y現有試驗結果，提高界面粗糙度是提高界面剪切性能的有效措施，提高混凝土強度等級也可以提高界面剪切性能。在組合再生混凝土結構中，為保證界面具有足夠的黏結力，應從提高界面粗糙度、提高膠黏劑性能和混凝土強度等級等方面入手，從而保證組合再生混凝土結構具有良好的性能。

4 組合再生混凝土未來展望

4.1 基于再生混凝土特點的組合優化

4.1.1 材料層面

將海砂資源和再生骨料組合應用是目前發展的方向之一。邢麗等[37]發現海水海砂里面的鹽分結晶后可以填充混凝土里面的孔隙，使混凝土強度提高。肖建莊等[72]考慮到再生骨料堆積空隙率較高，提出將海水海砂與再生骨料結合來提高再生骨料混凝土的性能，然而其具體影響過程仍需進一步研究。將密度較低的再生骨料與密度較高的金屬骨料結合、與具有改性作用的輕骨料(火山渣、粉煤灰、黏土陶粒)的結合，或者復摻不同的骨料以發揮各自的優勢也是值得研究的方向。

4.1.2 構件與結構層面

目前已有的組合再生混凝土構件研究表明，再生混凝土在構件、結構層面進行組合可對其性能進行優化。在應用中，結構-功能一體化是現在設計的發展趨勢，將再生混凝土放在構件的內層，各種功能性混凝土放在外層，如超高耐久性混凝土、耐火性混凝土，既能滿足性能、功能需求，也能減少資源能量消耗，還可根據結構不同部位功能需求，將各混凝土設置于恰當地方，如連接節點使用性能較高的混凝土，其余部分應用再生混凝土，不同組合方式的再生混凝土結構是需進一步研究的方向。

4.2 與新型工藝、材料的結合和優化

組合再生混凝土在澆筑施工時，由于結構的組成相對復雜，采用現場施工方式澆筑效率較低，因此需考慮與其他新型工藝結合。BIM技術、3D打印技術和裝配式建筑是建筑行業新興研究方向，可將這些技術結合起來，使之應用于組合再生混凝土施工中，通過BIM技術對結構進行完整設計和建模，包含結構分布、構件特性以及材料的各項參數，利用3D打印在成本和效率方面的競爭性，將建成的模型通過3D打印技術進行打印[73-74]，再將構件裝配成組合再生混凝土結構，不僅具有綠色、循環、高效的優勢，還能進一步實現建造智能化。

再生骨料由于堆積空隙率高、密度低、壓碎指標大等特性，導致相關構件性能較差，而且不同的組合再生混凝土結構工作性能仍有許多未知，可將智能材料與組合再生混凝土進行結合。智能材料具有仿生性、傳感功能、自診斷、修復、調節的特性，如光導纖維通過信號傳播發現混凝土結構變化；形狀記憶芯片可以保障材料的穩定性，有效降低恢復的難度。兩者結合可及時發現組合再生結構潛在的問題和風險，確保結構的安全性和穩定性。

4.3 存在不足和研究方向

(1)目前組合再生混凝土結構的研究較少，在現有研究基礎上，需要根據再生骨料和再生混凝土的特點，在材料、構件以及結構層面，構想出可以減少再生混凝土應用風險的組合方式，以擴大再生混凝土的應用途徑。

(2)再生骨料的使用可以減少對天然砂石資源的開采，而組合再生混凝土結構在保證結構安全性和功能要求基礎上，可合理利用再生骨料，并提高所有材料的利用率，若形成規?；a，將對環境保護起到重要作用。

(3)組合再生混凝土結構目前主要停留在研究階段，還沒有實際工程案例；組合混凝土界面粗糙程度的表征、黏結劑種類和強度以及它們如何影響混凝土與混凝土之間的界面性能需要深入研究。

(4)在結合再生骨料特性的基礎上，深入研究再生混凝土在骨料、構件、結構上不同的組合，探索出新的組合方式；與BIM技術、3D打印技術、智能材料結合，在綠色建造的同時保證結構性能。

5 結語

本文總結了再生混凝土的性能特點，從骨料、構件和結構層面闡述了現有組合再生混凝土相關研究，探討了組合界面的影響因素及其對性能的影響，提出了未來發展展望，具體結論如下：

(1)再生骨料相比天然骨料，空隙率高7%～14.1%，密度低2.8%～15.6%，壓碎值高6.2%～14.5%，吸水率高1.73%～4.7%；再生混凝土的抗壓強度、抗拉強度相比普通混凝土分別低20%～30%和10%～20%，抗折強度、抗碳化性能等均一定程度低于普通混凝土，可通過與其他混凝土組合使用的方式，提高再生混凝土的應用效率。

(2)再生混凝土與其他混凝土組合設計，可優化其強度和工作性能等，海水海砂再生混凝土7 d立方體抗壓強度高于再生混凝土10%～20%；外部預制再生混凝土柱和內部預制再生混凝土柱的承載力分別高于普通混凝土柱15.1%和5.7%，再生混凝土與高強混凝土組合梁相比整澆再生混凝土梁撓度降低20%～40%；組合梁柱節點的耗能能力是一般再生混凝土梁柱節點的1.39倍～1.47倍。

(3)組合再生混凝土的界面性能對組合構件和結構的性能有著重要影響，界面性能受表面粗糙度、黏合劑、混凝土齡期、混凝土強度和骨料特性的影響，凹陷界面失效荷載比光滑界面和粗糙界面兩者平均值高出16%；提高界面粗糙度時，混凝土界面抗剪強度可提高至40%，可見界面粗糙度是影響界面抗剪強度的最重要因素。

(4)組合再生混凝土從研究到運用于實際工程還需在建造方式上進行創新，與BIM技術、3D打印技術、裝配式建筑和智能材料的結合是具有生態環境價值的研究方向。