云南大学滇池学院 云南省昆明市 650304
摘要：现当今，我国经济发展十分迅速，城市化进程加快，废弃混凝土产量与日俱增，其处理方式以堆放、填埋为主，严重破坏生态环境。推广使用废弃混凝土生产再生骨料并用于制备再生骨料混凝土，已成为研究热点。目前，再生混凝土已应用于城市新建结构中。再生混凝土界面结构具有高孔隙率，水分及侵蚀性离子的扩散作用加剧界面结构劣化，使界面成为再生混凝土的强度限制相。近年来，众多学者通过改善再生混凝土内界面过渡区结构，以提高再生混凝土的基本力学性能，增强再生混凝土耐久性能，并取得丰硕成果。
关键词：再生混凝土；界面结构；耐久性
引言
混凝土的主要薄弱环节为相对均质的骨料与水泥浆体之间的界面过渡区。与天然骨料相比，再生混凝土骨料—浆体结构更为复杂，界面数量更多，因而再生骨料混凝土较天然骨料混凝土的而言，具有更为突出的抗冻融性、干缩率，抗渗透性，抗碳化性，抗盐酸侵蚀性和耐磨性等耐久度问题。本文从己经比较成熟的普通混凝土界面形成机理、结构特征着手，通过了解再生混凝土界面的复杂性，从而探求其作用机理及改善措施。在文章最后介绍了降低水灰比、掺加活性掺合料、选择合适骨料、改善搅拌工艺等改善界面黏结性能的有效手段。
1再生混凝土的耐久性
1.1再生混凝土的碳化
空气、土壤、地下水等环境中的酸性气体或液体侵入混凝土中，与水泥石中的碱性物质发生反应，使混凝土中的pH值下降的过程称为混凝土的中性化过程。其中，由大气环境中的CO2引起的中性化过程称为混凝土的碳化。混凝土碳化利少弊多。混凝土碳化作用产生的CaCO3填充了水泥石的孔隙，以及碳化时放出的水分有助于未水化水泥的继续水化，从而提高混凝土的密实度和强度。但另一方面，当碳化深度穿透混凝土保护层而到达钢筋表面时，钢筋钝化膜被破坏而发生锈蚀，产生体积膨胀，致使保护层开裂而破坏。一旦开裂又会加速碳化和钢筋锈蚀，导致混凝土产生顺筋开裂而破坏，从而影响混凝土的耐久性。试验证明，掺入再生集料将使混凝土的性能降低，在碳化方面尤为明显。再生混凝土的碳化速度，并与相同配合比的普通混凝土进行了对比。试验条件为温度20℃，相对湿度60%，CO2的浓度为20%，再生集料由已碳化混凝土加工而成。试验结果表明，再生混凝土的碳化速度较普通混凝土高65%。掺入再生集料比重超过50%时，混凝土的碳化深度将明显高于天然集料混凝土。同时还说明，相对于混凝土的力学性质而言，混凝土的碳化深度更主要取决于混凝土的化学成分。强度等级分别为C30和C35，再生集料取代率不同的混凝土的抗碳化性能。试验结果表明当取代率低于50%时，再生混凝土的碳化速度与普通混凝土相差不大；随着再生集料的进一步增加，再生混凝土的碳化速度略有增加。试验也发现再生混凝土的碳化深度较普通混凝土略大，同时随着水灰比增加，再生混凝土的碳化深度增加。崔正龙等人在再生混凝土抵抗碳化能力方面做了基础性试验研究。
1.2硫酸盐侵蚀
我国西北地区土壤硫酸盐含量丰富，混凝土本身也含有硫酸盐。硫酸盐在混凝土内反应生成膨胀性产物，产生拉应力，当膨胀应力超过混凝土抗拉强度时，会造成已硬化的混凝土膨胀、开裂、剥落，丧失强度和黏结性。再生骨料替代率对硫酸根离子的迁移有显著的影响，试验结果证实，硫酸根离子迁移系数随再生骨料替代率的增加不断升高，再生粗骨料的掺入明显削弱了混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。采用分光光度计法定量表征不同深度处水溶性（自由）硫酸根离子的浓度，结果表明，随再生粗骨料取代率的增加，混凝土中水溶性硫酸根离子浓度先减小后增大，但硫酸根离子反应系数呈增加趋势，再生混凝土中反映硫酸根与酸溶（总）硫酸根离子含量的关系具有良好的线性关系。再生混凝土的硫酸盐侵蚀损伤过程与天然骨料混凝土相似，都经历了充填和膨胀两个阶段。
通过再生混凝土在冻融循环和硫酸盐侵蚀共同作用下的劣化规律试验发现，硫酸根离子进入混凝土，与水泥浆中碱性物质反应生成硫酸钙和钙矾石晶体。若硫酸盐浓度过高，会导致钙矾石分解为块状的过硫酸盐，过硫酸盐的膨胀作用使界面沿骨料方向和垂直骨料方向出现微裂缝，进一步促进硫酸根离子迁移。镁离子在再生混凝土中的迁移也会对硫酸根离子反应产生影响，溶液中镁离子和硫酸根离子与再生混凝土表面水化产物反应，由表至内依次形成水镁石层、石膏层及钙矾石层，加速侵蚀区混凝土pH值降低，造成C-S-H分解为钙离子及SiO2•nH2O，进而与镁离子结合形成无胶凝性的水化硅酸镁（M-S-H），导致再生混凝土保护层脱落。另外当再生混凝土结构在MgSO4环境中服役时，再生骨料最高替代率不宜超过50%。使用扫描电镜观察硫酸盐侵蚀对再生混凝土不同界面显微结构的影响规律，发现随着硫酸盐侵蚀龄期延长，旧骨料-旧浆体、旧骨料-新浆体和旧浆体-新浆体间界面的显微硬度先增大后减小，旧骨料-旧浆体、旧骨料-新浆体界面过渡区厚度先减小后增大。这是由于在硫酸盐侵蚀过程中，硫酸根离子与界面间大量富集的水化产物反应，生成钙矾石等膨胀性侵蚀产物，前期这些侵蚀产物主要起到良好的填充孔隙作用，之后随着侵蚀龄期延长，孔隙内部钙矾石结晶压力持续累积，直到大于再生混凝土内部极限拉应力，界面处产生膨胀性裂缝。
2改善界面过渡区措施
2.1降低水灰比
再生混凝土集料表面附近区域因吸水率较大，水灰比高，使得界面过渡区域成为一个薄弱的区域。通过降低水灰比，可以使水泥石和集料间弹性模量的差异减小，从而使界面处水膜厚度减小，CH晶体生长的自由空间减小。通过降低再生混凝土的水灰比可以提高再生混凝土的抗渗性能。他们试验发现，当再生混凝土的水灰比降低至低于普通混凝土的0.05~0.10时，两者的吸水率相差不大。试验也证实了这一点，同时还发现减小再生混凝土的水灰比可以提高其抗碳化性能。
2.2选用性质合适的集料
选择性能优良的集料进行不同性质的集料生产，由此制作的混凝土界面过渡区会有不同的性质。采用性质优良的集料对混凝土界面过渡区结构和性能的改善也有重要意义。如果集料吸水，则可以降低集料周围浆体的水胶比，并因此而减小界面的不利因素。例如采用陶粒作为粗集料制作的混凝土强度可以远高于陶粒本身的强度，就是利用了陶粒吸水的原理。有水硬活性或潜在水硬活性的集料可在界面处参与水化反应而改善界面。再生集料的含水状态对再生混凝土性能的影响，试验采用的再生集料的含水状态分别为完全干燥、饱和面干和半饱和面干。结果表明，采用半饱和面干状态的再生集料后，再生混凝土的抗冻融性显著提高。通过减小再生集料的最大粒径可以提高再生混凝土的抗冻融性。基于这一原因，他建议再生集料的最大粒径宜为16～20mm。
结语
再生混凝土的资源化利用具有显著的社会效益、经济效益和环境效益，目前我国关于再生混凝土的研究正处于白热化阶段。本文以再生混凝土为综述对象，对再生混凝土的界面结构、力学性能、抗冻融循环、抗盐侵蚀性能等方面进行了综合评述，梳理了再生混凝土力学性能和耐久性的改善方法。然而，由于再生混凝土自身以及环境作用的复杂性，仍存在相当多的问题需要深入研究。
参考文献：
[1]张誉，蒋利学，张伟平，等.混凝土结构耐久性概论[M].上海：上海科学技术出版社，2018.
[2]崔中龙，杨力辉，大芳喜，等.再生混凝土的冻融循环试验研究[J].建筑材料学报，2017，10（5）：534-537.
[3]崔中龙，杨力辉，大芳喜，等.再生混凝土耐久性的试验研究（Ⅱ.再生混凝土的中性化试验）[J].科学技术与工程，2016，6（21）：3516-3519