摘要：对不同再生细骨料替代率混凝土的抗压性能和干燥收缩性能进行研究。结果表明，随着再生细骨料替代率的提高，再生混凝土呈脆性趋势发展，但当采用基于自由水灰比的配合比设计方法和二次搅拌工艺时，再生细骨料混凝土的强度基本与普通混凝土相近。再生混凝土的收缩机理与普通混凝土基本相同，再生细骨料混凝土的收缩值随龄期增长而逐渐增大；再生混凝土的干燥收缩率大于普通混凝土；随着再生细骨料替代率的增加，再生混凝土收缩率随之增大。
关键词：再生细骨料；取代率；再生混凝土；抗压强度；干燥收缩
目前国内外大都着眼于再生粗骨料用于混凝土的研究，而对细骨料用于混凝土的研究很少。
本文着眼于破碎建筑垃圾作为再生细骨料替代天然砂在混凝土中应用。试验破碎的再生骨料由郑州大学土木工程学院实训基地废弃的建筑垃圾经分拣破碎加工而成。该批建筑废弃物中混凝土的强度等级为C30。试验中应用的再生细骨料颗粒级配没有经过人为调整，试验结果能够反映实际情况。
由于通过改进混凝土搅拌工艺可提高混凝土的流动性和强度[1]，本试验采用基于自由水灰比的配合比设计方法，拌制混凝土时采用二次搅拌工艺。
1 试验
1.1 原材料
水泥为河南孟电集团水泥有限公司生产的孟电牌P·O 42.5级普通硅酸盐水泥；洛阳首阳山电厂的Ⅱ级粉煤灰；TH-2聚羧酸系高效减水剂；天然粗骨料为河南贾峪生产的碎石；天然砂为平顶山鲁山生产的中粗砂，细度模数为2.82；水为自来水。 再生细骨料的取样及试验方法均按GB/T14684—2001《建筑用砂》进行。
再生细骨料及天然砂的物理性能测试结果见表1，颗粒级配见表2。
由表1、表2可见，再生细骨料的松散堆积密度较天然细骨料下降24.2%，但孔隙率较天然砂提高36.0%，这说明废弃混凝土再生细骨料表面孔隙较多。再生细骨料明显较天然砂粒径粗。 再生细骨料的24h吸水率为天然砂的1.7倍，高吸水率是再生细骨料的显著特征。这是因为废弃混凝土再生细骨料中的部分大颗粒表面附着水泥砂浆，而颗粒小的部分由水泥砂浆碎屑组成，水泥砂浆孔隙率高，具有高吸水性。再生细骨料的高吸水率决定了在配制再生混凝土时需要计算附加用水量。
1.2再生细骨料混凝土的配合比设计
普通混凝土的标准配合比是经计算所得的C30混凝土配合比。试验共配制再生细骨料替代率分别为0、30%、50%、70%和100%等5种再生细骨料混凝土。
本文采用基于自由水灰比的配合比设计方法[2-4]。自由水灰比决定了再生混凝土的强度，其附加用水量的计算见式（1）。
ΔW＝mRCA×（S＇RCA-S'OCA）
（1）式中：
ΔW———附加用水量，
kg；mRCA———再生骨料的质量，
kg；S＇RCA———再生骨料相对于自然状态的吸水率；
S'OCA———天然砂相对于自然状态的吸水率。
1.3试验配合比
再生混凝土抗压及收缩变形试验配合比见表3。
表3再生混凝土抗压及收缩变形试验配合比。
2 再生细骨料混凝土抗压试验
混凝土立方体抗压强度试验依照GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行。
2.1再生混凝土受压破坏形态
再生细骨料混凝土破坏形态大致可分为3种：（1）达到破坏荷载时，试块角部出现近似垂直的裂缝，然后试块破坏（见图1）；（2）在试块的一个侧面首先出现角部斜裂缝，然后沿对角线向中间发展，形成对角线裂缝，试块破坏[见图2（a）]；（3）在试块角部首先出现斜向裂缝，斜裂缝逐渐向中间发展，在中部位置出现一道水平裂缝，然后试块破坏[见图2（b）]。
试验中发现，角部垂直裂缝在再生细骨料替代率为100%的再生混凝土试块中发生最多；不同再生细骨料替代率的再生混凝土试块对比发现，再生细骨料替代率越高，角部垂直裂缝发生的现象越明显，而其它2种破坏形式偶然发生，未发现规律。由上可见，随着再生细骨料替代率的提高，再生混凝土呈脆性趋势发展。
2.2再生细骨料替代率对混凝土抗压强度的影响（见图3）
由图3可见，再生细骨料替代率为50%时，混凝土7d、28d抗压强度最大，分别为28.97、39.39MPa；再生细骨料替代率为70%的混凝土抗压强度与之较为接近，7d、28d抗压强度分别为27.25、38.73MPa；再生细骨料替代率为100％的混凝土抗压强度与普通混凝土接近，均低于再生细骨料替代率为70％、50％、30％的混凝土；再生细骨料替代率为30％的混凝土强度介于最高与最低之间，7d、28d抗压强度分别为26.40、35.11MPa。
再生细骨料替代率为0和100％的混凝土7d强度发展最快；替代率为70％的混凝土强度发展最慢；替代率为50%的混凝土次之；替代率为30%的混凝土强度发展速度介于最快与最慢之间。本批试验再生混凝土强度不低于普通混凝土强度，主要原因为：（1）设计配合比时采用基于自由水灰比的配合比设计方法；（2）拌制混凝土时采用二次搅拌工艺，提高了混凝土的流动性和强度。从抗压强度角度考虑，再生细骨料可以完全替代天然砂配制混凝土。
3 再生细骨料混凝土的收缩变形试验
表4为不同再生细骨料替代率混凝土在各龄期的收缩。
3.1龄期对混凝土收缩的影响
由表4可以看出，除再生细骨料替代率为100%的再生混凝土外，其它替代率（30%、50%、70%）再生细骨料混凝土的28d收缩值与普通混凝土相差不大，但90d收缩要大于普通混凝土。由于再生细骨料吸水率高于天然砂，使得再生细骨料混凝土的用水量高于天然骨料混凝土。在混凝土龄期较短时，一部分水被微细粉吸附不易失去，所以对再生细骨料混凝土的收缩影响不大。但随着龄期的增长这部分被微细粉吸附的水不断参与混凝土的水化和干燥损失，使得再生细骨料混凝土的收缩值随龄期增长而逐渐增大[5]。再生细骨料替代率为30%、50%、70%的再生混凝土28d干燥收缩率分别仅占整个龄期（90d）干燥收缩率的31.3%、36.1%和60.1%，平均值为42.5%，小于普通混凝土的67.2%。再生细骨料替代率为30%、50%、70%、100%的再生混凝土90d干燥收缩率分别是普通混凝土90d干燥收缩率的1.13、1.21、1.41和2.19倍。
混凝土试件在收缩过程中有不同程度的收缩恢复现象（即收缩值变小），以普通混凝土为甚。这是因为试件处于相对湿度比自身相对湿度大的环境中，材料不仅不会失水反而还会吸收环境中的水分，从而导致试件出现收缩恢复，直至试件自身湿度与环境湿度平衡。在标准养护环境下，再生细骨料内部含水较多，自身相对湿度较大，天然砂浆内部含水少，自身相对湿度低，因此，天然混凝土的收缩恢复现象较为明显。
在3～7d内，试件的收缩率较小，特别是普通混凝土试件和再生细骨料替代率为30%、50％的再生混凝土试件还出现了收缩率为负值的现象（试件不缩反胀）。据文献[6-7]可知，在硅酸盐水泥中，C3A含量较多，C3A是水泥中水化反应速度最快的矿物，前3d完成其水化反应的80%，由它水化反应生成的凝胶体体积比原来其固相体积增大1.2倍，当这种体积增大到一定情况时，试件就会出现收缩率低或膨胀现象。之后，随着水泥水化反应的进一步发展，由水化收缩、干燥收缩、碳化收缩等造成试件收缩程度远大于试件膨胀程度，因此就表现出混凝土的收缩状态。
3.2再生细骨料替代率对混凝土收缩的影响
由表4可以看出，随着再生细骨料替代率的增加，再生混凝土收缩率在相同龄期均随之增大，其中再生细骨料替代率为100％的混凝土收缩值最大，与文献[8]试验结果一致。这种早期干燥收缩特别是在混凝土构件有相对较大的收缩约束时，会造成混凝土构件较大的收缩裂缝。
4 结语
（1）再生细骨料的表观密度、吸水率、松散堆积密度均高于天然砂，表明再生细骨料表面孔隙较多，导致利用其拌制再生混凝土或生产再生混凝土制品时要达到相同的工作性需要增加拌合水的用量。
（2）随再生细骨料替代率增加，混凝土破坏呈脆性趋势发展。
（3）采用基于自由水灰比的配合比设计方法和二次搅拌工艺制备再生混凝土，可提高再生混凝土的流动性和强度。
（4）再生混凝土的收缩机理与普通混凝土基本相同，产生收缩变形的主要是水泥砂浆，由于再生骨料表层的水泥砂浆吸水后产生收缩，再生混凝土的干燥收缩率大于普通混凝土。
（5）再生细骨料混凝土28d收缩值与普通混凝土相差不大，但90d收缩要大于普通混凝土，占主导地位。在选用再生混凝土时，应采取措施防止混凝土产生较大的干燥收缩裂缝。
（6）100%采用再生细骨料制备的混凝土干燥收缩值比普通混凝土大得多，因此不建议用再生细骨料完全替代天然砂配制再生混凝土。
