再生骨料混凝土的力学性能与环境效益研究

摘要：本研究聚焦于再生骨料混凝土，深入探讨其力学性能和环境效益。通过实验分析不同再生骨料取代率下混凝土的抗压强度、抗拉强度等力学指标变化，揭示其力学性能规律。同时，从资源节约、能源消耗降低、碳排放减少等方面评估其环境效益。研究结果表明，再生骨料混凝土在一定条件下能满足工程力学要求，且具有显著的环境优势，为其广泛应用提供了理论依据和实践参考，有助于推动建筑行业的可持续发展。

关键词：再生骨料混凝土；力学性能；环境效益

引言

随着城市化进程的加速，建筑行业蓬勃发展，混凝土作为主要建筑材料，其需求量巨大。然而，传统混凝土生产大量消耗天然骨料，同时建筑垃圾中的废弃混凝土也对环境造成了严重压力。再生骨料混凝土将废弃混凝土加工成再生骨料替代部分天然骨料，不仅能解决建筑垃圾处理难题，还能缓解天然骨料资源短缺问题。因此，研究再生骨料混凝土的力学性能和环境效益，对实现建筑行业的绿色可持续发展具有重要的现实意义。

一、再生骨料混凝土的基本概念与生产

再生骨料混凝土作为绿色环保建筑材料，在资源紧张、环保要求高的当下，研究与应用价值重大。它是用废弃混凝土加工成的再生骨料，部分或全部替代天然骨料配制的混凝土。其有多种分类方式，按再生骨料来源，可分为建筑拆除垃圾、工业废料再生骨料混凝土；按取代率，有部分取代和完全取代之分。再生骨料生产工艺关键，先收集废弃混凝土并预处理，去除杂质、钢筋；再进行破碎与筛分，获不同粒径颗粒；还可通过化学溶液浸泡、机械研磨等强化处理提升性能。配制再生骨料混凝土时，需依工程需求与设计确定原材料配合比，搅拌中保证各材料充分融合、再生骨料均匀分散，以稳定性能。

二、再生骨料混凝土的力学性能研究

（一）抗压强度

不同再生骨料取代率对混凝土抗压强度影响明显。当取代率在 0 - 30%时，抗压强度小幅度波动，如取代率 10%时强度为 38MPa，20%时为 37MPa；超过 30%后逐渐降低，50%取代率时降至 32MPa。这源于再生骨料孔隙率大、强度低。养护时间方面，早期强度增长快，7 天可达设计强度 70%，后期趋于平缓。水灰比增大，内部孔隙增多，强度降低，水灰比从 0.4 增至 0.6，强度降低约 10MPa。精准调控这些因素可优化抗压性能。

（二）抗拉强度

对再生骨料混凝土进行劈裂抗拉强度和轴心抗拉强度测试，能全面掌握其抗拉性能。劈裂抗拉强度测试操作简单，可反映横向抗拉能力；轴心抗拉强度测试则更能体现轴向受拉的真实性能。研究显示，抗压强度为 30MPa 的混凝土，劈裂抗拉强度约 2.5MPa，轴心抗拉强度约 2MPa；抗压强度达 40MPa 时，二者分别约为 3MPa 和 2.4MPa，可见抗压高则抗拉一般也高。

（三）弹性模量

弹性模量是衡量材料抵抗弹性变形能力的重要指标。其测定方法主要有应力 - 应变曲线法等，通过精确测量应力和应变数据来计算弹性模量。再生骨料的特性，如孔隙率、表面粗糙度等，对弹性模量有着重要作用机制。孔隙率大的再生骨料会使混凝土内部结构疏松，降低弹性模量；表面粗糙的再生骨料能增强与水泥浆体的粘结，一定程度上提高弹性模量。

（四）抗剪性能

开展抗剪试验需设计合理的试验装置和加载方式，严格控制试验过程中的各项参数，以获取准确的试验数据。对试验数据进行处理时，要分析抗剪强度与加载速率、再生骨料取代率等因素的关系。影响抗剪强度的关键因素包括再生骨料的物理性能、混凝土的配合比以及界面粘结性能等。

三、再生骨料混凝土力学性能的微观结构分析

（一）微观结构特征

通过扫描电子显微镜（SEM）观察再生骨料混凝土的微观结构，能清晰看到其内部的颗粒形态、相互连接情况。再生骨料表面粗糙且有大量附着的旧水泥砂浆，这使得其与新水泥浆体的结合状态较为复杂。孔结构分析则进一步揭示了混凝土内部孔隙的大小、分布和数量。

（二）界面过渡区研究

界面过渡区是再生骨料与新水泥浆体之间的关键区域，其形成主要是由于再生骨料表面的物理化学性质与新水泥浆体相互作用。该区域通常存在较多的孔隙和微裂缝，强度相对较低，是影响再生骨料混凝土力学性能的薄弱环节。为改善界面过渡区性能，可采取多种措施，如对再生骨料进行预处理，增强其表面性能；优化混凝土配合比，提高水泥浆体的质量和粘结性；添加合适的外加剂，改善界面的物理化学环境，从而提升界面过渡区的强度和稳定性。

（三）微观结构与力学性能的关联

微观结构对再生骨料混凝土力学性能有着显著的影响机理。例如，孔隙率的增加会降低混凝土的抗压强度和弹性模量，连通孔的存在会使应力传递受阻，容易引发裂缝扩展。而良好的界面过渡区结构能有效传递应力，提高混凝土的整体力学性能。基于微观结构优化力学性能的途径包括调整再生骨料的性能和取代率，改善水泥浆体的微观结构，以及采用纤维增强等方法来增强混凝土的内部结构，从而提高其抗压、抗拉等力学性能，为工程应用提供更可靠的材料。

四、再生骨料混凝土的环境效益评估

（一）资源节约效益

再生骨料混凝土的应用能够实现显著的资源节约。通过精确计算天然骨料的替代量，能直观展现其对资源保护的贡献。将废弃混凝土加工成再生骨料，部分或全部替代天然骨料用于混凝土生产，可减少对天然砂石的开采。随着再生骨料取代率的提高，天然骨料的使用量相应降低。这不仅保护了日益稀缺的天然资源，避免过度开采对生态环境造成破坏，还促进了建筑垃圾的资源化利用，形成了资源循环利用的良好模式，为可持续发展奠定基础。

（二）能源消耗降低效益

在生产过程中，再生骨料混凝土与传统混凝土相比，能源消耗有明显差异。对两者生产流程中的能源消耗进行对比，包括原材料开采、运输、加工等环节。再生骨料的生产虽然也需要一定能源，但相较于天然骨料的大规模开采和远距离运输，总体能源消耗更低。通过量化分析能源节约情况，可以为其推广应用提供有力的数据支持。

（三）碳排放减少效益

采用生命周期评价方法计算再生骨料混凝土的碳排放，涵盖原材料获取、生产、运输、使用和废弃处理等整个生命周期。与传统混凝土相比，再生骨料混凝土在生产过程中减少了水泥等碳排放大户的使用量，同时降低了天然骨料开采和运输过程中的碳排放。通过对比两者的碳排放数据，可以清晰看到再生骨料混凝土在减少温室气体排放方面的优势。

结语

综上所述，再生骨料混凝土在力学性能与环境效益方面展现出显著特点与巨大潜力。力学性能研究明晰了其抗压、抗拉等性能受多种因素影响的规律，为工程应用提供了数据支撑与技术指引。环境效益评估则凸显其在资源节约、能源降耗、碳排放减少等方面的积极作用，契合绿色发展理念。未来，需进一步深入研究，优化生产工艺和配合比，提升力学性能；加强推广应用，扩大规模效应，充分发挥其环境优势，助力建筑行业迈向可持续、环保的发展道路。

参考文献

[1]陈守开， 刘新飞. 再生骨料掺配比对再生透水混凝土性能的影响[J]. 复合材料学报，2018， 35（6）： 1590-1598.

[2]姜义， 马梓涵. 废弃混凝土碳化资源化技术研究进展[J]. 硅酸盐学报，2023， 51（9）： 2433-2445.

[3]周文娟. 建筑垃圾再生骨料无机混合料的力学及抗冻性能[J]. 材料导报，2020， 34（增刊1）： 234-236.

[4]郑建岚. 再生混凝土力学性能的尺寸效应[J]. 建筑材料学报，2018，21（03）：401-408.