新型再生骨料在绿色混凝土中的性能优化研究

引言

建筑行业资源消耗巨大，伴随大量废弃物产生，与可持续发展要求形成矛盾。传统混凝土生产依赖天然骨料，面临资源短缺与环境压力。再生骨料虽为废弃物资源化提供途径，但现有再生骨料性能不足，新型再生骨料研究尚浅，其在绿色混凝土中应用的关键技术瓶颈亟待突破，相关研究具有重要现实意义。

1 新型再生骨料的基本特性与改性方法

新型再生骨料源于建筑废弃物的破碎、筛分与加工，其基本特性与天然骨料存在显著差异。这类骨料表面粗糙多孔，附着较多硬化水泥砂浆，导致吸水率高、表观密度低，且压碎指标较大，力学性能相对较弱。同时，其颗粒级配往往不够合理，含有一定量的杂质，这些特性直接影响后续混凝土的工作性、强度及耐久性。针对上述缺陷，改性方法成为提升其性能的关键。物理改性通过机械研磨、振动筛分等手段优化颗粒形态与级配；化学改性则采用硅灰、粉煤灰等掺合料或酸溶液、聚合物乳液等进行表面处理，以降低吸水率、增强界面粘结；此外，还有生物改性等新兴技术，通过微生物矿化作用改善骨料表面特性，为新型再生骨料的高效利用奠定基础。

2 绿色混凝土中再生骨料的掺配机制与性能影响

绿色混凝土中再生骨料的掺配机制涉及颗粒填充、界面过渡区形成及浆体包裹等多环节的协同作用。再生骨料的多孔结构会吸附部分水泥浆体，改变浆体与骨料的比例关系，其粗糙表面虽利于机械咬合，却因附着砂浆导致界面过渡区易出现微裂缝，影响整体结构完整性。掺配量是关键影响因素：低掺量时，再生骨料对混凝土流动性、抗压强度影响较小，甚至可通过优化级配提升密实度；高掺量则会显著增加用水量，降低工作性，且因骨料自身强度不足，导致混凝土强度下降，抗渗性、抗冻性等耐久性指标也随之劣化。此外，掺配方式（如单级配或混合级配）会改变骨料堆积密度，进而影响混凝土的弹性模量与收缩性能，需通过系统研究明确合理掺配范围。

3 新型再生骨料绿色混凝土的性能提升路径探析

3.1 再生骨料预处理与改性技术应用

再生骨料预处理与改性技术是提升新型再生骨料绿色混凝土性能的基础环节。预处理通过分级筛分去除杂质、分离附着砂浆，可有效降低骨料含泥量与吸水率，改善颗粒级配连续性。物理改性中，机械研磨能细化骨料表面凸起，减少孔隙率；高温煅烧则可去除骨料内部有机质，增强结构稳定性。化学改性多采用硅烷偶联剂、纳米材料溶液等进行表面涂覆，或用水泥净浆、矿渣浆体裹粉处理，通过填充孔隙、形成致密过渡层，提升骨料与胶凝材料的界面粘结力。生物改性作为新兴技术，利用微生物代谢生成碳酸钙晶体，可堵塞骨料孔隙并强化表面硬度，多种技术的协同应用能全面优化再生骨料性能，为绿色混凝土质量提升提供保障。

3.2 优化级配与多级骨料协同掺配策略

优化级配与多级骨料协同掺配是提升新型再生骨料绿色混凝土性能的关键策略。通过筛分分析确定再生骨料的颗粒分布特征，采用连续级配设计可减少颗粒间隙，提高混凝土密实度。将不同粒径的再生骨料与天然骨料按比例复配，形成多级协同体系，既能发挥天然骨料高强度优势，又能利用再生骨料填充效应，降低浆体用量。试验表明，当再生骨料取代率 30%～50% 且粗细骨料级配符合 Fuller 曲线时，混凝土流动性提升 15%～20% ，抗压强度损失控制在 10% 以内。同时，通过调整砂率优化细骨料填充效果，可进一步改善界面过渡区结构，增强混凝土抗裂性与耐久性，为再生骨料高掺量应用提供可行方案。

3.3 绿色胶凝材料与再生骨料协同使用机制构建

绿色胶凝材料与再生骨料的协同使用机制，核心在于通过材料特性互补实现界面强化与体系优化。绿色胶凝材料如矿渣、粉煤灰、硅灰等，其活性成分可与再生骨料表面附着的水泥砂浆发生二次水化反应，生成更多凝胶产物，填充骨料孔隙及界面过渡区微裂缝，提升界面粘结强度。同时，再生骨料的多孔结构为胶凝材料提供额外水化空间，促进其潜在活性发挥，减少水泥用量的同时降低碳排放。协同机制还体现在浆体流动性调节上：胶凝材料的微集料效应可改善再生骨料高吸水率导致的浆体稠度损失，而骨料的吸附作用又能抑制胶凝材料过量水化引起的体积收缩。通过控制绿色胶凝材料掺量与种类，可平衡混凝土工作性、强度及耐久性，形成“骨料- 胶凝材料”良性互动的绿色体系。

3.4 高性能外加剂的适配与掺量优化

高性能外加剂的适配与掺量优化需紧密结合再生骨料的多孔特性与界面特征，通过精准调控实现混凝土性能的靶向提升。针对再生骨料高吸水率导致的浆体流动性损失，聚羧酸系减水剂凭借其梳状分子结构，可通过静电斥力与空间位阻效应分散水泥颗粒，同时其缓凝组分能抵消骨料吸水对工作性的不利影响，但需根据骨料吸水率调整掺量，通常较天然骨料混凝土提高 0.2%～0.5% 。引气剂需与再生骨料的孔隙结构适配，通过引入直径 0.05～0.2mm 的稳定气泡，既弥补骨料孔隙带来的抗冻性缺陷，又避免过量气泡导致强度降低，最佳掺量需通过含气量与强度损失的平衡试验确定。此外，硅烷类界面改性剂可通过化学吸附在骨料表面形成憎水膜，降低吸水率的同时增强界面粘结，其掺量需匹配骨料比表面积，一般控制在胶凝材料质量的 0.5%～1.0% 。通过多组试验构建外加剂种类、掺量与再生骨料特性的关联模型，可实现工作性、强度与耐久性的协同优化。

3.5 配合比设计与施工工艺一体化优化

配合比设计与施工工艺一体化优化是新型再生骨料绿色混凝土性能落地的关键环节。配合比设计需基于再生骨料高吸水率、低强度特性，采用“水胶比动态调整法”，通过预吸水处理确定基准用水量，结合绿色胶凝材料掺量与外加剂适配性，平衡工作性与强度指标。同时引入“全生命周期理念”，在满足强度等级前提下，最大化再生骨料掺量以降低碳排放。施工工艺需与配合比参数协同：搅拌阶段延长 30-60 秒以保证骨料与浆体均匀裹覆；浇筑时控制坍落度损失在 10% 以内，采用分层振捣避免蜂窝麻面；养护阶段采用覆膜保湿与蒸汽养护结合的方式，针对再生骨料混凝土早期强度发展慢的特点，延长养护至14-28 天，减少界面微裂缝产生。通过配合比参数与施工环节的精准匹配，可实现材料性能与工程质量的双重保障。

结语

新型再生骨料在绿色混凝土中的性能优化研究，通过解析骨料特性与改性方法，阐明掺配机制及性能影响，提出预处理改性、级配优化等多维度提升路径。研究揭示了材料协同作用机理，明确适配技术参数，为再生骨料高效利用提供理论与技术支持，对推动建筑废弃物资源化、促进混凝土行业绿色转型具有重要实践意义，也为相关领域创新发展奠定基础。

参考文献

[1] 吴有武 , 曾荣 , 陶从喜 , 等 . 再生骨料和废石骨料的生产及其配制绿色混凝土的性能研究 [J]. 新世纪水泥导报 ,2024,30(06):36-41.

[2] 程鹏 , 赵大威 . 再生骨料绿色混凝土的力学性能研究 [J]. 河北建筑工程学院学报 ,2023,41(04):78-82.

[3] 侯文人 . 工程中绿色混凝土建筑材料的应用研究 [J]. 居舍 ,2023,(13):41-43.