为什么再生骨料混凝土通常强度较低?
再生骨料混凝土(RAC)强度较低的主要原因是旧砂浆附着在再生骨料上。这种附着砂浆多孔且存在裂缝,会在骨料与新水泥浆体之间形成薄弱的界面过渡区(ITZ)。研究发现,该界面过渡区的孔隙率可比原生骨料混凝土高出30%[1]。这些孔隙和微裂缝如同水和化学物质的渗透通道,同时降低了混凝土的承载能力。因此,RAC的抗压强度通常比普通混凝土低14%-32%[9],弹性模量(刚度)可降低25%-40%[9]。随着替代率的提高,性能下降更为显著:使用100%再生粗骨料时,抗压强度最高可降低58%,抗弯强度最高可降低64%[4]。
再生骨料混凝土能否达到原生混凝土的强度?
是的——但这取决于再生骨料的质量以及是否使用了处理工艺或添加剂。其中最关键的因素是骨料来源的原始混凝土强度。一项综合研究发现,当再生骨料来自高强度母体混凝土(超过80兆帕)时,所制成的再生骨料混凝土性能可达到甚至优于传统天然骨料混凝土[8]。例如,使用再生骨料制造的铁路枕木抗压强度为23.4兆帕,而天然骨料为25.1兆帕——两者仅相差7%,且在可接受范围内[3]。
通过处理手段可进一步缩小性能差距。将再生骨料浸泡在纳米硅溶液中,能使硫酸盐渗透深度降低30%以上,且在硫酸盐暴露28天后,抗压强度实际提升了15%[1]。采用两阶段搅拌法——即对骨料进行预浸泡并分阶段搅拌——相较于常规搅拌,28天强度提升12%,90天强度提升17.5%[7]。使用磨细高炉矿渣(GGBFS)等辅助材料,并配合石灰与减水剂,可使抗压强度比对照组提高多达16%[6]。甚至在再生骨料各替代率下,仅添加1-2%的椰壳纤维也能提升强度[5]。
真正的权衡是什么?强度损失与环保收益
核心权衡显而易见:高比例使用未经处理的再生骨料会牺牲强度,但能显著节约资源并减少排放。一项针对再生骨料铁路轨枕的全生命周期评估发现,与天然骨料轨枕相比,其温室气体排放量减少25%,隐含能耗降低30%,同时机械性能几乎保持不变[3]。即便强度有所下降,环境效益依然可观——使用100%再生骨料并添加2%椰壳纤维制成的混凝土,其二氧化碳排放量降低了25%[5]。
然而,这种权衡并非总是必要。通过适当的处理和高品质再生骨料的筛选,完全可以在获得环境效益的同时,达到与原生混凝土相当的强度。关键在于避免一个常见误区——并非所有再生骨料都相同,原始混凝土的强度等级至关重要[8],而纳米二氧化硅浸泡或两阶段搅拌等简单处理方式,便能显著提升性能[1][7]。对于许多结构应用而言,与环保效益相比,5%-15%的微小强度损失完全可以接受,更何况通过合理的配合比设计,长期性能也能得到保障[2]。
本文引用的文献
多尺度研究改性再生骨料混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能
再生骨料混凝土在界面过渡区的孔隙率比原生混凝土高出30%,但纳米二氧化硅处理可使硫酸盐渗透率降低30%以上,同时抗压强度提升15%。
掺入天然沸石的再生骨料混凝土长期性能研究
经过3年时间,掺有天然沸石或硅灰的再生骨料混凝土表现出与对照组相当的长期强度,再生骨料的内养护作用部分弥补了早期强度损失。
用于增强能量转换的再生骨料混凝土铁路轨枕
再生骨料混凝土铁路轨枕的抗压强度达到23.4兆帕(天然骨料为25.1兆帕),同时温室气体排放减少25%,隐含能耗降低30%。
浮石粉与纳米粘土对掺有再生混凝土骨料的纤维增强透水混凝土强度及渗透性的影响
使用100%再生骨料使抗压强度降低高达58%,抗弯强度降低高达64%,但添加1%的钢纤维和10%-25%的浮石可将强度恢复至对照组水平。
掺入不同含量椰纤维和再生骨料的普通强度混凝土的力学性能与环境影响。
添加1%-2%的椰壳纤维后,再生骨料混凝土在各替代率下的抗压强度和劈裂抗拉强度均有所提升;其中,掺入2%纤维的100%再生骨料混凝土,其抗拉强度已达到与普通混凝土相当的水平。
含高掺量磨细粒化高炉矿渣与石灰再生粗骨料的钢筋混凝土梁的结构性能
掺入磨细高炉矿渣、石灰和高效减水剂的再生骨料混凝土,其抗压强度比对照组最高提升16%,破坏模式由脆性剪切转变为延性弯曲。
细骨料再生骨料对通过两阶段搅拌法改性的混凝土强度与耐久性能的影响。
采用两阶段混合法使再生骨料混凝土的28天强度提升12%,90天强度提升17.5%,同时吸水率降低7.5%,氯离子渗透减少18%。
母体混凝土强度对再生骨料混凝土质量的影响:综述
来自高强度母体混凝土(超过80兆帕)的再生骨料,可生产出性能等同于甚至优于天然骨料混凝土的再生骨料混凝土。
再生骨料混凝土的强度与弹性模量
再生骨料混凝土的抗压强度比普通混凝土低14%-32%,弹性模量低25%-40%。
