再生骨料在混凝土中的应用性能研究

一、引言

在 “双碳” 目标与资源节约型社会建设的背景下，建筑垃圾的无害化处理与资源化利用成为建筑行业转型发展的关键方向。据统计，我国每年产生的建筑垃圾超过 20 亿吨，其中废弃混凝土占比超过 40% ，而传统的填埋、堆放处理方式不仅占用大量土地资源，还会引发土壤、水体污染等环境问题。再生骨料通过对废弃混凝土进行破碎、筛分、清洗等工艺加工而成，可替代天然骨料用于混凝土制备，既能减少建筑垃圾排放，又能缓解天然砂石资源紧张的局面。然而，再生骨料自身的特性使其制备的混凝土在性能上与天然骨料混凝土存在差异，因此深入研究再生骨料在混凝土中的应用性能，对突破其应用瓶颈具有重要现实意义。

二、再生骨料的制备工艺与基本特性

（一）制备工艺

再生骨料的制备通常需经过预处理、破碎、筛分、清洗、分级五个关键环节。预处理阶段主要去除废弃混凝土中的钢筋、木屑、塑料等杂质，确保原料纯度；破碎环节采用颚式破碎机、反击式破碎机等设备对废弃混凝土块进行逐级破碎，将其破碎至所需粒径范围；筛分阶段通过振动筛按粒径大小对破碎后的骨料进行分级，得到不同规格的再生骨料；清洗环节利用水洗或气洗方式去除骨料表面附着的粉尘与软弱砂浆，提升骨料洁净度；分级阶段则根据骨料的性能指标进行质量分级，为不同强度等级混凝土的制备提供适配原料。

（二）基本特性

与天然骨料相比，再生骨料的特性存在显著差异，主要体现在以下方面：一是孔隙率较高，由于再生骨料表面附着的旧砂浆中存在大量孔隙，其孔隙率通常为 4%-10% ，远高于天然骨料的 2%-4% ；二是吸水率较大，高孔隙率导致再生骨料的吸水率普遍在 3%-8% 之间，是天然骨料的 3-5倍，易造成混凝土拌合物的坍落度损失；三是表观密度较低，再生骨料的表观密度一般为 2100-2500kg/m³ ，低于天然骨料的 2600-2700kg/m³ ；四是强度较低，受旧砂浆界面黏结性能与骨料本身损伤的影响，再生骨料的压碎指标通常为 15%-30% ，高于天然骨料的 10%-20% ，强度稳定性较差；五是有害物质含量低，再生骨料主要成分为水泥、砂石等，重金属等有害物质含量远低于国家标准限值，环境安全性良好。

三、再生骨料在混凝土中的应用性能分析

（一）力学性能

力学性能是混凝土应用核心指标，再生骨料对其影响主要在抗压、抗拉强度与弹性模量三方面。抗压强度上，取代率是关键：低于 30% 时，与天然骨料混凝土相差小，因少量掺入对结构密实性影响有限；超 50% 时，因自身强度低、界面孔隙多，抗压强度显著降 10%-20% 。抗拉强度与弹性模量上，再生骨料混凝土普遍低，分别约为天然的 70%-90% 、 80%-90% ，因高孔隙率与低强度致整体性与变形抵抗能力弱。此外，充分潮湿养护可提升力学性能发展速度。

（二）耐久性能

耐久性能决定混凝土结构寿命，受抗渗、抗冻、抗碳化与抗硫酸盐侵蚀性影响。抗渗方面，高孔隙率与表面弱砂浆层使抗渗透性能降，取代率100% 时，渗透系数达天然 2-3 倍，易引发钢筋锈蚀。抗冻方面，内部孔隙吸水冻胀，使表面剥落、强度降低，严寒地区抗冻等级低 1-2 个。抗碳化与抗硫酸盐侵蚀性较差：碳化深度比天然深 20%-30% ；高吸水率加剧硫酸盐溶液渗透，致混凝土剥落、开裂。

（三）工作性能

工作性能反映施工便利性，包括坍落度、黏聚性与保水性。高吸水率是影响工作性能主因：拌合时大量吸水使坍落度快速降，取代率 100% 时损失率达 30%-50% ，影响浇筑与振捣。表面粗糙、棱角多降低流动性；附着粉尘改善黏聚性与保水性。此外，配合比参数也有影响，合理调整可改善施工性能。

四、再生骨料混凝土的性能优化措施

（一）再生骨料预处理

预处理是提升再生骨料性能的基础手段。一是采用机械研磨法去除再生骨料表面的软弱砂浆层，降低孔隙率与吸水率，研磨后的再生骨料吸水率可降低 20%-30% ；二是通过化学改性处理，将硅烷偶联剂、水泥浆体等涂覆于骨料表面，封闭孔隙并改善界面黏结性能，经硅烷偶联剂处理后，再生骨料混凝土的抗压强度可提升 10%-15% ；三是进行蒸汽养护或碳化处理，促进骨料内部水泥水化产物的形成，提高骨料强度与稳定性。

（二）配合比优化设计

配合比优化是改善再生骨料混凝土性能的关键途径。在水灰比设计上，应根据再生骨料的吸水率适当增加拌合水用量，或采用预湿处理方式提前让骨料吸收部分水分，减少坍落度损失；在砂率调整上，适当提高砂率可填充骨料间的空隙，改善拌合物流动性，一般比天然骨料混凝土砂率提高3%-5% ；在外加剂选用上，采用高效减水剂可有效提升拌合物流动性，缓凝剂可延缓坍落度损失，矿物掺合料如粉煤灰、矿渣粉的掺入则能填充孔隙、改善界面结构，提升混凝土的力学性能与耐久性能。

（三）生产工艺改进

改进生产工艺可进一步提升再生骨料混凝土质量。在拌合工艺上，采用 “先干拌后湿拌” 的方式，先将再生骨料与水泥、矿物掺合料干拌均匀，再加入拌合水与外加剂湿拌，确保拌合物均匀性；在振捣工艺上，适当延长振捣时间，确保混凝土密实成型，减少内部孔隙；在养护工艺上，采用覆膜养护、喷水养护等方式，保证混凝土在规定龄期内处于潮湿环境，促进强度发展与性能提升。

五、工程应用案例与展望

（一）工程应用案例

目前，再生骨料混凝土已在多个领域实现应用。在市政工程中，北京某城市道路基层采用再生骨料混凝土，再生骨料取代率为 40% ，经检测其7d 抗压强度达到 15MPa，满足设计要求，且施工性能良好；在房屋建筑中，上海某保障房项目采用再生骨料混凝土制备非承重墙体砌块，取代率为 60% ，砌块的抗压强度、干缩率等指标均符合国家标准；在水利工程中，江苏某河道护坡工程使用再生骨料混凝土预制块，取代率为 50% ，经 3 年运行观察，未出现明显破损、开裂现象，耐久性表现良好。这些案例表明，通过合理的性能优化，再生骨料混凝土可满足不同工程的使用要求。

（二）发展展望

未来，再生骨料在混凝土中的应用将朝着规模化、高品质、智能化方向发展。在技术层面，应加强再生骨料性能调控、混凝土配合比优化等关键技术研究，突破高性能再生骨料混凝土制备难题；在标准层面，需完善再生骨料质量分级、再生骨料混凝土性能评价等标准体系，为工程应用提供依据；在政策层面，应加大对建筑垃圾资源化利用的扶持力度，通过补贴、税收优惠等政策鼓励企业推广再生骨料混凝土；在智能化层面，利用大数据、人工智能等技术实现再生骨料生产、混凝土制备全过程的质量管控，提升产品稳定性。

六、结论

再生骨料作为建筑垃圾资源化利用的重要载体，在混凝土中的应用具有显著的经济、社会与环境效益。尽管再生骨料存在孔隙率高、强度低等缺陷，导致其制备的混凝土在力学性能、耐久性能与工作性能上与天然骨料混凝土存在差距，但通过再生骨料预处理、配合比优化、生产工艺改进等措施，可有效提升其应用性能。现有工程案例表明，再生骨料混凝土在市政、建筑、水利等领域具有广阔的应用前景。随着技术的进步、标准的完善与政策的支持，再生骨料必将在混凝土中实现更广泛、更高质量的应用，为建筑行业绿色转型提供有力支撑。

参考文献

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