摘要：近年来，由于城市的发展，老建筑的改造和重修，废旧混凝土越来越多，废旧混凝土不仅会占用土地资源还会污染环境，为响应国家“十四五规划”的建设蓝图，废旧混凝土再生利用研究刻不容缓。本文通过研究再生骨料混凝土和加外掺剂再生骨料混凝土的综合性能，展示再生骨料混凝土的性能，为施工提供混凝土选择依据。
一、前言
在当下高速发展的时代，建筑物和道路的更新换代越来越频繁，在拆除建筑物和改造道路的同时，不可避免的生成许多的建筑和拆卸垃圾，相应的建筑和拆卸垃圾的处理也就成为社会关注的重点问题。再生骨料混凝土路用，将废旧混凝土经过一系列的处理后与水泥拌和生成新的混凝土，再应用于道路建设中去。用此种方法，既能解决建筑垃圾越堆越多的问题，还可以进行再利用。但再生骨料处理后，导致再生骨料内外出现裂缝，生成的再生混凝土存在质量问题，所以为了满足实际建设中的需要，常常需要向再生混凝土中加入外掺剂，借用外掺剂的加入，让新生成的再生混凝土质量变好，更适合工程使用。本文基于榕江县高雅至高台公路（X856）路面改善提升工程，主要针对再生混凝土本身的综合性能和加外掺剂后再生混凝土的综合性能进行研究，得出对应结论，以便为施工提供更好的混凝土选择依据。
二、项目概况
榕江县高雅至高台公路（X856）路面改善提升工程项目起点位于八开至计划公路 K8+200 党央路口桥桥尾，与八开至计划公路平交，起点桩号为 K0+000，项目整体呈南北走向，途经党央村、加五小寨、加宜村，终点位于榕江县与从江县交界处，终点桩号为 K23+613，路线全长23.613km，路基宽度为 6.5m，公路等级为四级公路，本项目是党央村、加宜村、高台村主要外出通道。
三、再生混凝土的综合性能
本文主要是通过改变再生骨料的内部成分组成、颗粒级配和再生混凝土外部环境，利用试验和模拟研究再生混凝土本身的综合性能。Wajeeha Mahmood 等人用建筑和拆卸垃圾作为粗骨料来分别替代 0、30%、50%、70% 和100% 的天然骨料制备混凝土试件，再通过半电池电位法（ASTM C876）、盐雾腐蚀试验（DIN 1048）、拉拔试验（ASTM C900） 和 碳 化 试 验（CEN 试 验）， 对 28、90、180、365 和 720 天后再生骨料混凝土的力学性能和耐久性进行研究，建筑和拆卸垃圾粗骨料替代率为0和30%时，新生成的再生混凝土综合性能与原混凝土基本相似。Li Tan等人主要针对大粒径再生骨料制成的混凝土，通过离散元分析软件生成模型，观察大粒径再生骨料的内应力状态和开裂情况，研究大粒径再生骨料混凝土在不同围压、不同再生骨料掺入比下的抗压强度、裂缝形态、应力—应变曲线等力学性能，研究发现，在围压作用下，与常规混凝土相比，同一应力状态下，大尺寸再生骨料混凝土不仅强度变化不大，刚度还有所增加。Yun Dong 等人采用粉磨工艺制备再生混凝土粉体，进行系列试验研究了掺入再生混凝土粉的再生混凝土，并与 S95 矿渣粉再生混凝土的技术指标进行对比，结果表明，掺入再生混凝土粉的再生混凝土坍落度常数略小于矿渣混凝土，黏结性和保水性优于矿渣混凝土，早期强度还高于矿渣混凝土。余海玲等人采用 Python 人工神经网络建立粗细骨料取代率不同的再生混凝土模型，通过神经网络模型预测碳化深度，反映再生混凝土的抗碳化性能，再通过模型模拟预测结果与试验值对比分析，结果具有一致性。改变再生混凝土外部环境主要是将现浇再生混凝土放置在腐蚀环境中一段时间，再检测再生混凝土的各项指标。其中，Zainab Aamer Shamsulddin 针对再生混凝土在稀硫酸的腐蚀环境下的耐久度，制备四种再生混凝土试件，再生骨料占比分别为 0.1、0.2、0.3 和 0.4，试件先在常温下固化 28d，再在稀硫酸中浸泡 180d，固化浸泡后对再生混凝土试样进行了抗压和抗拉强度试验、超声波脉冲速度、体积密度、孔隙率、比重和吸水率等物理试验，试验结果表明，再生骨料占比为0.1 和 0.2 的时候，各项指标仍与原再生混凝土接近，再生骨料占比为 0.3 和 0.4 时，再生混凝土的对应指标均达不到原混凝土指标。出于同样的目的，Xie Feng 等人也制成四组浇铸圆柱体再生混凝土试件，再生骨料占比分别为 0、0.3、0.5 和 1，试件分别浸泡在自来水、单一硫酸盐溶液和氯—硫酸盐混合溶液中，观察试件中的硫酸根浓度、质量、直径和抗压强度等指标的变化，最终发现再生骨料占比的多少对现浇再生混凝土的力学性能和耐硫酸盐性能有显著影响，氯离子的存在可以显著阻碍硫酸盐的扩散。微观证据也表明，氢氧化钙的溶解和钙矾石的形成导致了现浇再生骨料混凝土的降解。
四、加外掺剂后再生混凝土的综合性能
随着再生混凝土的发展，研究发现常规再生混凝土本身存在质量问题，但在加入某些外掺剂后的再生混凝土性能较常规再生混凝土得到明显提升。Luo Caisong 采用分离式 Hopkinson 压杆对加入镍铁矿渣后再生混凝土试件进行了动态力学试验，并选取 4 种不同的加载速率和骨料取代率，再利用 Python 语言在数值模型中 C3D8R 单元之间嵌入黏结单元，从而来模拟再生混凝土的破坏全过程，试验和模型综合分析得出，与普通混凝土对比，加入镍铁矿渣后再生混凝土的峰值应变相对较高，但其峰值应力相对较低；与其他几种取代率相比，再生骨料占比为 0.3 时的镍铁矿渣再生混凝土韧性指数放大最为明显，数值模型的破坏模式和力学性能与试件的试验结果相同。为了研究再生混凝土中加入高炉矿渣对再生混凝土黏结性能、强度和耐久性的影响，Lin Shu Ken 分别用再生骨料和天然骨料配制含 0、15%、30%、45%、60% 和 75% 高炉矿渣的混凝土混合料，对混凝土的抗压强度、黏结强度、抗氯离子渗透性和透水性进行了测试，并进行了显微硬度试验，以评价混凝土界面过渡区的质量，再生混凝土混合料的黏结强度和抗压强度试验结果表明，尽管使用高炉矿渣替代水泥的量不同，掺高炉矿渣混凝土的强度低于未掺高炉矿渣的参考混凝土，而掺高炉矿渣混凝土在长期龄期的强度增益高于未掺高炉矿渣的参考混凝土；同时高炉矿渣的加入，可以提高混凝土的抗氯离子渗透性和透水性。苏捷等人主要针对加钢纤维再生混凝土的尺寸效应进行研究，通过改变再生骨料掺量、钢纤维掺量和尺寸，制备了 27 种规格，共 135 个试件，通过抗折强度试验表明，抗折强度的尺寸效应随再生骨料的增加先增大后减小，钢纤维掺量对抗折强度的尺寸效应的影响也是先增大后减小。以原再生混凝土性能做参照，Zhou Jinzhi 等人进行了加碳化硅后再生混凝土的弯曲疲劳性能试验研究，两种再生混凝土试件分别在 5% Na Cl 溶液中浸泡 0 d、30 d、60 d 和 90 d，而后使用 MTS 疲劳试验机进行四点弯曲疲劳试验，获得了从 0.9 到 0.6 的不同应力水平下的抗疲劳能力。根据试样的抗疲劳能力和应力水平，分别采用对数正态分布和布尔分布给出了考虑失效概率的抗疲劳能力，得到了抗疲劳能力与失效概率的关系，进一步预测了在失效概率为 1%和 50% 的抗疲劳能力。结果表明，在腐蚀环境中，对比原再生混凝土，加碳化硅的再生混凝土的抗疲劳能力更好。为了研究在超高性能混凝土中使用纳米棉秆灰和棕榈叶灰部分替代水泥的效果，Amin Mohamed 采用 0、2.5%、5%、7.5%、10% 的纳米棉秆灰和 10%、20%、30% 的棕榈叶灰作为替代品替代部分水泥，制备超高性能混凝土，其中，纳米棉秆灰和棕榈叶灰是棉花秆和棕榈叶燃烧后的农业残留物。为评价含纳米棉秆灰和棕榈叶灰的超高性能混凝土的新性能和常规的力学性能，制备了 16 种不同掺量的混凝土。此外，利用扫描电子显微镜对纳米棉秆灰和棕榈叶灰的形貌进行了评价，并利用差热分析和 x 射线衍射对灰分特征进行了热重分析。微观结构试验结果表明，粉煤灰经过热处理后，通过去除碳和未燃烧的有机物来改善其性能，但棕榈叶灰的矿物成分略有变化。结果表明：用 2.5% 纳米棉秆灰替代率、20% 棕榈叶灰替代率和 5% 纳米棉秆灰替代率、20% 棕榈叶灰替代率这两种组合，制备的超高性能混凝土在 90 d 抗压强度最高，分别为 161.7 MPa 和 170.1 MPa。20% 棕榈叶灰替代率、5% 纳米棉秆灰替代率的复合再生混凝土的弯曲强度、劈裂抗拉强度和弹性模量最高。
五、结语
本文针对榕江县高雅至高台公路（X856） 路面改善提升工程项目，总结再生混凝土的试验、模拟研究进展得出，当再生混凝土中的再生骨料占比较小时，再生混凝土的综合性能与普通混凝土基本一致；再生骨料占比增大时，性能随之增大而越来越差；对比常规再生混凝土存在质量问题，加入镍铁矿渣、高炉矿渣、聚丙烯纤维、钢纤维、碳化硅、纳米棉秆灰和棕榈叶灰等外掺剂后的再生混凝土性能较常规再生混凝土得到明显提升。
作者：衣松杰 阳禄 杜武刚 张刚 王刚 单位：中交路桥建设有限公司
