再生细骨料混凝土材料性能与结构行为分析

朱宝美

惠州太胜预拌混凝土有限公司 516211

摘要：再生细骨料混凝土作为一种处理后的混凝土技术，在生产中发挥了重要的作用。本文首先将再生细骨料混凝土的制备方式与指标进行了阐述，其次分析了再生细骨料混凝土材料性能与结构行为，通过工作性能、力学性能、构件性能、抗震性能几方面来细化说明，最后希望本文的分析能够为再生细骨料混凝土的配比和质量控制得到优化，更好的发挥建筑作用。

关键词：再生细骨料；混凝土；结构行为

引言：随着建筑行业发展的越来越火热，建筑行业对混凝土的使用也越来越频繁，再生细骨料混凝土是指用再生细骨料替换天然细骨料的一种混凝土模式，经过再生处理，细骨料的性能得到了充分的提升，并且再生细骨料混凝土具备抗碳化、抗冻、抗氯离子渗透的性能，并且应用再生细骨料混凝土的材料性能较为复杂，同时存在着一定的弊端。

1.再生细骨料混凝土的制备

再生细骨料作为一种二次废物利用的环保措施，其主体是城市中制造的大量建筑废物，通过对其的加工利用，形成再生骨料，基于城市建筑废物的特性不同，再生细骨料也会存在着或多或少的差异性，当建筑废物得到回收后，施工人员会使用回弹仪对其进行检测，明确其是否符合破碎标准，对于合格的废物才会进行破碎工作。

破碎工作通常是先试用锤子或冲击钻等工具将混凝土与钢筋剥离，之后使用破碎机进行细致破碎，再将破碎后的物质进行筛分，得到再生细骨料。

将再生细骨料掺入混凝土中，其能有效的填充混凝土中再生粗骨料无法满足的缝隙，正因为如此，再生细骨料在混凝土中的占比较高，其质量的好坏会直接影响到混凝土的质量，而再生细骨料表面较为粗糙、棱角明显、细粉较多，以致其在混凝土中的密度比天然细骨料少，在这其中，其密度深受混凝土环境的影响，因此混凝土环境指标也会影响到再生细骨料的指标。

2.分析再生细骨料混凝土材料性能与结构行为

2.1工作性能

工作性能是进行再生细骨料混凝土制备时需要考量的重要指标，优质的再生细骨料混凝土也需要具备极佳的工作性能，通过对再生骨料混凝土水胶比、取代率、含水量等因素的考量，再生骨料混凝土的工作性能与力学性能会呈现反比向，因此进行制备时要充分考虑二者之间的平衡。

水胶比是决定再生细骨料混凝土工作性能、密度、抗压力以及抗拉力的重要因素，但影响其工作性能的因素还包含再生细骨料对天然骨料的取代率以及再生细骨料的含水状态。合理的水胶配比能够充分满足再生细骨料混凝土的流动性。通过相应的研究，当再生细骨料混凝土的水胶比在0.55时，再生混凝土的流动性较好，而水胶比在0.5时，再生混凝土的流动性不佳，甚至消失。见图1。

图1 再生细骨料混凝土在不同水胶比下的坍落度

除此之外，再生细骨料的表面较为粗糙，内部摩擦力较大，并且其具有较高的吸水率，这都会导致再生细骨料混凝土的水胶比降低，从而影响其流动性[1]。

2.2力学性能

2.2.1抗压性

除了上述中所说的工作性能，力学性能也是再生细骨料混凝土重要指标，在力学性能中，最为重要的一点就是抗压性，影响抗压性的因素则是水胶比、再生细骨料的取代率、含水状态与再生细骨料的质量等。其中，再生细骨料混凝土的抗压性与水胶比呈现一种反比状态，当水胶比增加时，抗压性会减小。而再生细骨料的取代率对混凝土的抗压性影响并不算大，即便将所有细骨料都使用再生细骨料进行替换，抗压性依旧能维持在较高水准。

再生细骨料的抗压性比之再生粗骨料要小，对比可得，再生粗骨料进行全替代后，抗压强度降低了约15%左右，而再生细骨料全替代后，抗压强度只降低了3%左右。

同时，再生细骨料的含水量也会对其的抗压性造成影响，当混凝土中的水胶比较低时，水泥的水化作用不完全，再生细骨料的孔隙水得到释放，形成了内养护，并且这种内养护能够将再生细骨料的内部空隙结构进行优化。这时，再生细骨料中会发生二次水化，二次水化的反应物为其中的老砂浆，经过老砂浆的水化，再生细骨料中的水分值会得到提升，从而促进新的水化反应。促进混凝土抗压性的提升。

除此之外，再生细骨料的质量也是重要影响因素，不同的再生细骨料质量对于最终抗压性的呈现产生了差异性，一般情况下，再生细骨料混凝土28天后的抗压性增长速度明显强于天然细骨料混凝土[2]。

2.2.2抗拉性

进行再生细骨料混凝土抗拉性的分析，主要是通过对劈裂强度的指标来进行判断的，见图2。

图2 再生细骨料取代率对劈裂强度的影响指标

通过图2可以看出，抗拉强度会随着取代率的增加减少，并且这种降幅远远高于对抗压性的影响幅度，当取代率达到100%时，抗拉性的强度会下降大约30%左右。

通过相关的计算可以得知，再生细骨料的抗拉强度次于同等强度的天然骨料，这是因为再生细骨料混凝土中存有较大的孔隙，这就形成了过多的断裂弹簧，内部存在初始损伤，而在拉力作用刺激下，损伤会加剧，形成抗拉性的恶性循环。

2.2.3弹性

在再生细骨料混凝土的力学特性中，各特性与结构工作是相互交融的，针对弹性模量的研究，其与再生细骨料的取代率存在着反向作用关系，当取代率升高，弹性模量就会降低，这主要是因为再生细骨料的取代率会影响水泥浆体以及骨料的硬度，针对这一点，单纯进行水胶比的配比调控是无法满足的。

再生细骨料的弹性模量小于天然细骨料，这同样是由于上文中所说再生细骨料具备初始内部损伤，而这种损伤会对其弹性造成影响，只有将孔隙进行闭合，才有可能将再生细骨料混凝土的弹性模量提升至与天然骨料混凝土的弹性模量相同的水平。

2.2.4本构关系

将再生细骨料混凝土进行全替代后，比之天然骨料混凝土的峰值应变会提升在14%左右。再生细骨料混凝土在之后的使用与内部结构行为的演变中，其与天然骨料混凝土的发展并没有什么差异性，最大的差异化来自于初始的内部损伤，正是基于再生细骨料与天然骨料混凝土的应变本构相似，因此可以判断再生细骨料混凝土的应变本构次于再生粗骨料混凝土的应变本构[3]。

2.3构件性能

2.3.1黏结滑移行为

对于再生细骨料混凝土构件性能的研究有助于开展对再生细骨料混凝土的推广工作，在再生细骨料混凝土的构建性能中，首先要进行黏结滑移行为的分析，再生细骨料混凝土具备一定的破坏模式，这种破坏模式与钢筋带肋、直径、锚固长度等因素相关，而具体影响再生细骨料混凝土的黏结滑移行为的因素是再生细骨料的取代率。

黏结强度会随着取代率的增加而增加，这呈现了一种难得的正比状态，造成这种状态的原因主要是由于其弹性模量不高。但是再生细骨料混凝土的黏结强度比之天然混凝土的黏结强度要低，这是由于其抗拉性较弱导致的。

一般讨论得出，混凝土和钢筋之间的黏结滑移行为与化学黏结力、摩擦力、咬合力等因素相关，同时受到水泥类型、摩擦系数、抗剪性能的影响，不论是再生细骨料混凝土还是天然骨料混凝土，在相同钢筋的环境下，他们的黏结滑移行为不会出现太大的差异，由此可以得出，造成再生细骨料混凝土与天然混凝土之间黏结滑移行为差异的因素主要来自于抗剪性能。

2.3.2梁作用行为

混凝土对梁的破坏模式主要体现在弹性、开裂、屈服、极限、延性破坏，这是由于混凝土对梁的弯矩作用，而再生细骨料混凝土对梁的开裂影响和荷载较小，因此，其取代率的高低并不会影响再生细骨料混凝土对梁的弯矩作用，但是取代率的高低却会影响梁的挠度。再生细骨料混凝土梁的挠度在徐变影响下会不断增长，逐渐超过天然骨料混凝土梁，正是因为这种特性，因此在具体使用再生细骨料混凝土梁时，要注意对取代率的控制。

同样的荷载环境下，再生细骨料混凝土的挠度影响高于天然骨料混凝土，这是由于再生细骨料混凝土较低的弹性模量与粘结度决定的，由于这种影响，在梁体出现开裂时，再生细骨料混凝土的梁会比天然混凝土梁存在更多的裂缝，但是整体的缝隙宽度处于较小值，但是极限负载出现时，裂缝宽度会加大，甚至超过天然混凝土梁。

再生细骨料混凝土梁的抗剪承载能力与其取代率成反比，并且其梁的受剪破坏等同于天然骨料混凝土梁。

2.3.3轴压行为

再生细骨料柱在长期的使用下会出现保护层脱落、纵向钢筋弯曲走样等问题，虽然再生细骨料混凝土的抗压性较低，但是混凝土柱所受的承载并未减少。而且由于其弹性模量较小，比之天然骨料混凝土柱，其钢筋的纵向弯曲更加明显，为了保障柱体结构的安全，再生细骨料混凝土柱要适当加大纵向钢筋的横截面面积。

同时，再生细骨料混凝土具备更大的徐变影响，在全取代模式下，徐变也达到了100%。

为了提升再生细骨料混凝土柱的抗压性，可以进行箍筋约束的研究，发现混凝土中使用50%再生粗骨料与30%再生细骨料时，其柱体的承载性能和延展性都能得到极大的提升。同时对再生细骨料混凝土柱进行横向约束力的施加，也能够有效改善其承载性能与抗压性能。

2.3.4抗震行为

进行再生细骨料混凝土抗震行为的研究，可以通过设计配筋来进行，将再生细骨料混凝土与天然骨料混凝土进行相同的配筋设计，发现其在梁柱节点的破坏模式存在差异性，再生细骨料混凝土呈现的是核心区剪切破坏，而天然骨料混凝土呈现的是梁端塑性铰破坏，这样的对比得出再生细骨料混凝土的节点延展性和耗能性不佳。

将配筋设计调到临界值，并将再生细骨料混凝土的节点设计使用天然骨料混凝土的节点设计，发现会出现锚固破坏，若要避免这种情况而进行锚固加护，则会导致剪切破坏，进而对整体的混凝土框架结构造成严重破坏，极大地降低了抗震性能。

2.3.5剪力墙性能

影响再生细骨料混凝土剪力墙性能的主要因素来源于剪力墙的高宽比、轴压比、配筋等。若在混凝土中进行再生细骨料与再生粗骨料的同时添加后，剪力墙的开裂与屈服会小幅度增加，而极限位移与延性会降低。

再生细骨料的掺加与否对剪力墙的性能并无太大的影响。

2.4抗震性能

2.4.1框架结构

在相同强度的前提下，再生细骨料混凝土与再生粗骨料混凝土的抗震性能具备一定的差异性，再生细骨料混凝土制造的框架结构具备极好的抗震性能，利用有限元结构模拟，可以看出在高等级的地震模式下，再生细骨料混凝土框架结构稳定与生命安全的概率在一半以上。

将再生细骨料混凝土框架结构与普通混凝土和再生混凝土混合使用的框架结构进行对比，发现混合式的混凝土框架结构的底层柱体会呈现屈服状态，节点核心区会出现受剪裂缝。再生细骨料混凝土框架结构比之这种混合混凝土的框架结构承载力、屈服度等功能较差，但变形能力良好。

由于再生细骨料混凝土的承载影响小，但具有较大的变形能力和较低的耗能能力，因此使用再生细骨料混凝土进行具备抗震性能框架结构的搭建时，要进行科学合理的设计[4]。

2.4.2剪力墙结构

通过对再生细骨料混凝土剪力墙结构的分析来判断其抗震性能，利用白噪声扫频能够得到结构一阶频率分析的初始刚度，通过对这个初始刚度的研究分析，发现再生粗骨料混凝土剪力墙结构的初始刚度出现了小幅度下降，而掺杂了再生细骨料混凝土的剪力墙结构初始刚度下降了近一半，由于这种差异，导致再生细骨料混凝土的剪力墙结构位移度呈现较大趋势，基底的剪力也居高不下。

与再生粗骨料混凝土剪力墙结构破坏模式发生于梁纵筋，并且节点处出现受弯行为不同的是，再生细骨料混凝土的剪力墙结构在发生梁纵筋屈服破坏时，节点处呈现的破坏模式是剪切破坏，这也说明再生细骨料混凝土剪力墙的抗震性能较差。

结论：综上所述，本文中通过对再生细骨料混凝土材料性能以及结构行为进行分析，发现比之天然骨料混凝土，再生细骨料混凝土具备较为严重的初始损伤，同时基于再生细骨料混凝土的特性，其缺点也较为明显，但是可以通过适当的工艺手段进行处理，以此将再生细骨料混凝土的工作性能进行提升，不仅能够满足各项结构需求，还能够降低施工成本，达到保护生态环境，保障施工质量的目的。

参考文献：

[1]王春晖,肖建庄.再生细骨料混凝土材料性能与结构行为研究评述[J].土木工程学报,2022,55(05):37-53.

[2]肖长进.不同骨料替代方案下再生骨料混凝土力学性能分析[J].福建交通科技,2022(01):1-6.

[3]王建刚,曾波,唐飞等.不同类型再生细骨料混凝土力学性能对比研究[J].混凝土,2022(04):81-85.

[4]肖建庄,马旭伟,刘琼等.全再生混凝土概念的衍化与研究进展[J].建筑科学与工程学报,2021,38(02):1-15.