自密实混凝土(SCC)^[1]具有良好的流动性、填充性、间隙通过性及抗离析性，在许多特殊结构(如大型薄壁、钢筋布置密集部位、振捣特别困难的结构)中体现出巨大的优越性.再生骨料混凝土^[2]是利用旧建筑物上拆下来的废弃混凝土块，经过破碎、清洗和筛分后，作为部分或全部骨料重新拌制的混凝土.如果将再生骨料添加到自密实混凝土中制成再生骨料自密实混凝土(RA-SCC)，这样就集合了建筑垃圾作为再生骨料循环利用和自密实混凝土免振捣两方面的优势，是一种真正绿色环保的高性能混凝土.但目前关于RA-SCC研究较少，已有资料^{[3, 4]}主要研究了再生骨料替代率对RA-SCC性能的影响.

再生骨料在破碎过程中往往残留一定量的旧水泥砂浆，这些老旧水泥砂浆微观上是疏松多孔结构，导致再生骨料具有孔隙率高、表观密度低、吸水率高、内在微裂纹多、强度低等特点,因此，振捣成型的再生骨料混凝土各项力学性能指标要劣于天然骨料混凝土.为了制备高性能的再生骨料自密实混凝土，一个非常可行的思路就是对再生骨料进行预处理，使之成为品质优良的骨料，目前主要的再生骨料预处理技术有：超声波破碎法^[5]、微波加热法^[6]、高温法^[7]、二次搅拌法^[8]、酸性溶液浸泡法^[9] 、水玻璃分散法^[10]以及裹浆法^[11]等等.以上方法均试图尽可能的去除骨料上的老旧松散水泥砂浆，以改善再生骨料品质、增强再生骨料与新水泥浆体的黏结性能.但某些方法往往需要比较复杂昂贵的机械设备、材料以及能耗也比较高，失去了绿色混凝土节能减排的意义.为此，本文着重选取4种比较经济可行的再生骨料强化技术，针对两种来源的再生骨料，探讨不同再生骨料增强技术和再生骨料来源对新拌自密实混凝土工作性能和硬化后物理、力学性能以及耐久性能的影响，以期对RA-SCC的配合比设计及其力学性能指标的评估提供参考.

使用两种来源的再生骨料：一种为结构试验后废弃试件破碎而成，原生混凝土强度等级在C40到C80之间，龄期为3个月，制成的再生骨料记作RA1；一种来自某建筑结构拆除后的废弃构件破碎而成，原生混凝土强度等级在C30以下，龄期为20 a以上，制成的再生骨料记作RA2.正式试验前，根据实验室的条件采用几种比较经济实用适合大批量再生骨料生产的预处理手段：

1)预湿水法(未做增强处理)：将再生骨料预先在水中浸泡和清洗,晾干后进行筛分；

2)高温煅烧法：先将所有废弃试件破碎成大块，放置到高温炉中快速升温至300 ℃,用冷水快速冷却，使用破碎机将其二次破碎和研磨，并进行筛分；

3)酸性溶液浸泡法：采用浓度为3 mol·L^-1的HCl溶液浸泡再生骨料24 h，之后浸泡在清水中清洗，去除残留酸性溶液后进行筛分，制成骨料级配和颗粒外形符合自密实混凝土要求的再生骨料；

4)水泥-粉煤灰裹浆法：将初步筛分后的再生骨料与水泥-粉煤灰粉混合加少量的水进行混合搅拌，养护28 d后进行筛分；

5)水玻璃分散法：选用建筑工程常用的高模数水玻璃对再生骨料进行表面改性处理，本次试验用水玻璃模数为3.2，密度为1.384 g·cm^-3.

依据普通天然骨料自密实混凝土配合比设计方法，并考虑再生骨料的高吸水率特性，经过调整减水剂掺量多次试验得到了工作性能良好的再生骨料自密实混凝土.拌合物中再生骨料替代率为100%，分为未做增强处理骨料和经过上述4种办法处理的骨料.表 1列出了拌合物的配合比.RA-SCC分组用骨料来源(RA1、RA2)和再生骨料预处理方法来划分.如第一种再生骨料RA1的拌合物代号分别为RA1-U(未做增强处理)、RA1-H(高温)、RA1-HCl(低浓度盐酸溶液浸泡)、RA1-CFS(水泥-粉煤灰裹浆)和RA1-WG(水玻璃).试验采用普通硅酸盐52.5R水泥;细骨料采用天然河砂，中砂，级配良好，细度模数2.5；掺合料为Ⅰ级粉煤灰，F类；外加剂采用聚羧酸系高效减水剂，减水率(质量分数)为15%～20%.破碎和预处理后所有再生粗骨料按粒径范围划分为5～10 mm和10～20 mm两批，粗细骨料级配均满足规范要求.

表1(Table 1)

表1 RA-SCC配合比 kg·m-3 编号 粉煤灰 水泥 砂 RA (5～10 mm) RA (10～20 mm) 水 减水剂 RA-U 260 410 676 430 430 178 4.2 RA-H 260 410 676 430 430 178 3.1 RA-HCl 260 410 676 430 430 178 3.1 RA-CFS 260 410 676 430 430 178 3.6 RA-WG 260 410 676 430 430 178 3.6

表1 RA-SCC配合比

根据规范建议的自密实混凝土工作性能试验方法^[12]对新拌RA-SCC的工作性能进行测试，包括流动性、填充性、通过能力和抗离析能力等，分别用塌落扩展度试验、T₅₀₀、V槽试验、L槽试验以及筛分试验来测试以上工作性能，以比较不同再生骨料预处理技术和不同骨料来源对新拌自密实混凝土工作性能的影响.

同时进行RA-SCC试块的浇筑，采用150 mm×150 mm×150 mm立方体试块在标准条件下养护，分别在3、7、14和28 d测定RA-SCC的抗压强度和劈裂抗拉强度，采用150 mm×150 mm×300 mm试件量测RA-SCC的弹性模量，试验方法参照GBT 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行.参照GBT 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行干缩变形性能和冻融循环试验，其中收缩试件为100 mm×100 mm×400 mm的棱柱体，收缩试件成型后,覆盖静置24 h拆模,随后移至标准养护室养护,养护室环境温度为(20±5)℃,相对湿度为60%±5%,并按规定龄期测定试件的收缩变形，每组3块,取平均值作为试验结果.冻融循环试验采用普通混凝土耐久性试验中的慢冻法，试块为100 mm×100 mm×100 mm立方体，设定冻融循环300次，每50次停机对自密实混凝土的相对动弹模、质量损失率进行测试，并对300次冻融试验后的试件进行抗压和劈裂抗拉试验.

配制自密实混凝土前，为对比起见，试验测试了饱和面干状态下再生骨料的表观密度、压碎指标和24 h吸水率等指标，见表 2.源于高强原生混凝土的再生骨料品质要高于源于低强度原生混凝土的再生骨料，如RA1的颗粒密度要高于RA2，而吸水率则低于RA2；高温煅烧法、酸性溶液浸泡法和水玻璃分散法可以显著改善再生骨料的品质，提高了再生骨料的表观密度，降低了其吸水率和压碎指标，但水泥-粉煤灰裹浆法对再生骨料品质的改善效果十分有限.

表2(Table 2)

表2 再生骨料性能 编号 密度/(kg·m-3) 吸水率/% 压碎指标/% 5～10 mm 10～20 mm 5～10 mm 10～20 mm 10～20 mm RA1-U 2 430 2 480 5.70 4.60 12.20 RA1-H 2 460 2 502 3.70 3.10 9.46 RA1-HCl 2 450 2 504 3.60 2.70 10.52 RA1-CFS 2 370 2 410 6.20 5.70 12.62 RA1-WG 2 470 2 565 1.30 0.70 9.85 RA2-U 2 380 2 430 6.10 5.20 18.70 RA2-H 2 410 2 457 4.10 3.60 12.22 RA2-HCl 2 408 2 448 4.20 3.80 10.60 RA2-CFS 2 350 2 425 6.70 5.90 18.80 RA2-WG 2 470 2 490 1.10 0.80 11.35

表2 再生骨料性能

表 3列出了RA-SCC工作性能试验结果.所有RA-SCC拌合物流动扩展度直径都在700±50 mm的范围内，扩展流动时间T₅₀₀都小于5 s，均符合自密实混凝土的流动性要求，可用于主要的结构构件^[13].RA经过预处理后，新拌RA-SCC流动扩展度直径提高，T₅₀₀变小，V槽流动时间T_V(5 min后流动时间)也有所降低，其中，水玻璃分散法对流动性的改善作用最为显著.L槽试验主要为了衡量新拌自密实混凝土通过钢筋的能力，再生骨料经过预处理后，L槽试验的T_{20 cm}和T_{40 cm}时间都有所减少，表明RA处理后吸水率降低，RA-SCC拌合物均能顺利通过钢筋，在钢筋密集处无堵塞现象.湿筛试验是为了测试新拌SCC的抗离析能力，抗离析系数SR(segregation ratio)越小，SCC的抗离析性能越好,RA没经过预处理的RA1-U和RA2-U的抗离析系数均低于5%，这说明RA未经处理的RA-SCC中自由水比较少，黏度比较大.

表3(Table 3)

表3 新拌RA-SCC的工作性能 编号 扩展度/ mm T500/ s TV / s L槽 H2/H1 T20cm /s T40cm /s SR/% RA1-U 655 4.1 21.8 0.81 4.2 9.8 4.8 RA1-H 720 3.5 17.8 0.86 2.4 4.5 5.8 RA1-HCl 720 3.2 16.4 0.88 1.4 3.1 5.6 RA1-CFS 735 2.6 13.4 0.86 2.8 5.5 7.6 RA1-WG 740 1.8 12.5 0.92 1.8 4.7 11.7 RA2-U 680 4.6 23.3 0.80 5.0 10.0 4.4 RA2-H 710 3.4 18.1 0.85 1.8 4.8 5.6 RA2-HCl 700 3.9 19.4 0.84 2.2 5.1 5.2 RA2-CFS 725 2.8 15.7 0.83 3.0 5.0 6.4 RA2-WG 730 2.2 14.1 0.88 1.9 3.6 9.3

表3 新拌RA-SCC的工作性能

各种再生骨料预处理技术对养护28 d后RA-SCC试块吸水率的影响见图 1，可发现，除了水泥粉煤灰裹浆法之外，其他预处理技术可有效降低吸水率.这是由于这些预处理技术或者减小了残余砂浆含量，或者改善了再生骨料表面的多孔疏松微观结构，均为RA和浆体之间提供了比较强的黏结力，使内部结构更加致密.

图1(Figure 1)

图1 骨料增强技术对试块吸水率的影响

图 2给出了RA-SCC试块密度与再生骨料颗粒密度(表观密度)之间的关系，可以看出，预处理技术对RA-SCC密度改善作用不大，RA经过处理后骨料颗粒密度得到提高，试块密度也要略高于再生骨料不进行预处理的RA-SCC.另外，骨料来源和原生混凝土强度对RA-SCC的试块密度有较大影响^[14]，而经过再生骨料预处理过程以后，不同来源的再生骨料制成的RA-SCC试块密度差异变小.对本文两种来源的再生骨料，RA-SCC试块密度与再生骨料的颗粒密度有着非常好的相关性.

图2(Figure 2)

图2 试块密度与再生骨料平均颗粒密度的关系

图 3给出了两种再生骨料来源时RA-SCC抗压强度随龄期的发展规律，由图易见，所有试块的3 d强度都在28 d强度的50±10%范围内，经过RA预处理的RA-SCC 3 d强度都高于RA未处理的试块，并且均在28 d强度50%以上，RA-SCC未强化处理的试块3 d强度低于28 d强度的50%，因此RA预处理技术改善了骨料和新水泥砂浆之间界面层的性能，提高了RA-SCC的早期强度.随着水化作用的发展，所有经过RA预处理的试块7 d抗压强度都在28 d强度的85%以上，而RA未处理的自密实混凝土试块，抗压强度则低于28 d强度的80%.对比各组的28 d抗压强度见图 4，可以发现，由于制成RA1组自密实混凝土的再生骨料源于较高强度的原生混凝土，因此RA1组配制的RA1-SCC抗压强度要高于RA2组.对同一再生骨料来源的自密实混凝土，大部分骨料强化手段对抗压强度的改善效果都不是十分明显.

图3(Figure 3)

图3 再生骨料增强手段对抗压强度发展的影响

图4(Figure 4)

图4 不同再生骨料预处理技术改善抗压强度的效果

图 5(a)为28 d龄期各组RA-SCC的弹性模量，RA1组的弹性模量要高于RA2，有效的再生骨料处理技术可提高两组试件的弹性模量.与试块密度相类似，当再生骨料颗粒密度提高8%时，RA-SCC的28 d抗压强度和弹性模量都提高了大致10%左右.经过对本文两种再生骨料来源的再生骨料自密实混凝土弹模试验数据以及文献[15]中天然骨料(石灰岩骨料)SCC弹模数据的回归分析，可得出SCC弹性模量E_SCC(GPa)和立方体抗压强度f_cu(MPa)的关系：

图5(Figure 5)

图5 28d龄期弹性模量

式中γ为自密实混凝土的表观密度(kg·m^-3)，按式(1)计算的自密实混凝土弹性模量与其实测值的对比见图 5(b)，可见本文所建立的自密实混凝土弹性模量计算模型不仅适用于天然骨料自密实混凝土，还适用于再生骨料自密实混凝土.

图 6(a)为各组RA-SCC 28 d劈拉强度的对比.与对照组RA未处理的自密实混凝土相比，高温法、低浓度盐酸浸泡处理和水玻璃改性处理的自密实混凝土28 d劈拉强度提高了4%~10%，但水泥-粉煤灰裹浆处理的RA-SCC劈拉强度未得到提高.经过对本文两种再生骨料来源的RA-SCC劈裂抗拉强度试验数据以及文献[15]中天然骨料SCC(石灰岩骨料、掺合料为超细粉煤灰)劈拉强度数据的回归分析，可得出自密实混凝土劈拉强度f_ct(MPa)和立方体抗压强度f_cu(MPa)的关系:

图6(Figure 6)

图6 28 d龄期劈拉强度

另外肖建庄等^[16]给出了振捣成型再生混凝土劈拉强度与抗压强度的关系式:

本文试验配制的RA-SCC劈拉强度与抗压强度的关系见图 6(b)，可以看出，按由振捣成型的再生混凝土回归分析式(3)计算得出的劈拉强度对RA-SCC而言偏于不安全,而RA-SCC与天然石灰岩骨料SCC都比较符合式(2)所描述的函数关系，因此使用100%再生骨料所配制的RA-SCC力学性能也可达到天然骨料SCC的性能要求.同等条件下，RA1组劈拉强度要高于RA2组.为了解释再生骨料来源对RA-SCC劈拉强度的影响，图 7给出了再生骨料压碎指标与劈拉强度的关系.显然，RA-SCC劈拉强度不仅与砂浆-骨料界面层黏结强度有关，还与再生骨料品质指标即压碎指标有很强的关联.

图7(Figure 7)

图7 劈拉强度与再生骨料压碎指标的关系

一般认为再生混凝土的收缩值比普通混凝土大^[17],但再生骨料对自密实混凝土收缩性能的影响还未见报道，长期收缩变形是RA-SCC应用需解决的主要问题之一.不同来源再生骨料对RA-SCC长期收缩性能的影响见图 8.所有试件干燥收缩在56 d左右慢慢趋于稳定，基本达到112 d干燥收缩值的95%左右.RA1组骨料由于附着的废旧水泥砂浆较少，骨料吸水率低，最终长期收缩变形要小于RA2组.对同一来源再生骨料，以RA-U组的干燥收缩值为基准，可以发现，高温法、低浓度盐酸浸泡处理和水玻璃改性处理等手段都显著降低了试件的干燥收缩.一般认为，SCC体积稳定性比如自收缩、干燥收缩和徐变等与其内部水化反应和水分迁移有关^[18]，RA经过表面改性处理后，RA强度较高，骨料与新水泥砂浆的黏结较好，有利于改善RA-SCC的内部孔隙结构、降低材料与水润湿性,由此可能减小RA-SCC内部的水分扩散速率，即有效的再生骨料预处理技术有利于提高RA-SCC的保水性，从而抑制RA-SCC的干缩变形.文献[19]采用低吸水率(≤1 %)天然骨料、28 d抗压强度为55～65 MPa的SCC,其180 d龄期时的收缩率值范围是3.2×10 ^{- 4}～5.7×10 ^{- 4},而本文两种再生骨料RA-WG组112 d龄期时收缩率为3.7×10 ^-4，这进一步说明了水玻璃分散技术十分有效地降低了RA-SCC的长期收缩变形，使RA-SCC抗收缩变形性能接近于天然骨料自密实混凝土.

图8(Figure 8)

图8 RA-SCC干缩变形对比

图 9为冻融300次后RA-SCC主要性能指标的对比，冻融试块尺寸为100 mm×100 mm×100 mm的非标准试块，抗压强度和劈拉强度分别用f_cu100和f_sp表示.可以看出，RA未做改性处理时，300次冻融循环后，RA1和RA2组试件之间的质量损失差异比较大，这说明再生骨料品质较低(粗骨料吸水率较大时)，RA-SCC抗冻融性能就差，但经过再生骨料的强化处理后，两组的质量损失有大幅度的降低，并且两组之间的差异变小.在经过300次冻融循环后，RA1-U、RA1-H、RA1-HCl、RA1-CFS和RA1-WG的抗压强度分别降低了17.18%、10.02%、10.38%、20.04%和6.31%；劈拉强度降低百分比按顺序依次为：RA-U＞RA-CFS > RA-HCl > RA-H >RA-WG，这一变化说明高温煅烧法、水玻璃分散法以及HCl溶液浸泡法通过改善再生骨料的品质性能，明显提高了RA-SCC的抗冻融耐久性能.但由于水泥-粉煤灰粉裹浆处理的RA与新的水泥砂浆之间的黏结性能比较弱，微观上依旧属于多孔疏松结构，这种再生骨料预处理技术未能明显减少冻融条件下RA-SCC的抗压强度和抗拉强度损失值.

图9(Figure 9)

图9 冻融300次后主要性能指标的对比分析

1)再生骨料的预处理技术对再生骨料的一些物理性能指标如表观密度、吸水率和压碎值指标有了相当程度的改善，再生骨料采取有效的预处理措施后，基本可以满足自密实混凝土对骨料性能指标的要求，这为绿色高性能混凝土技术的发展又开辟了一条新的途径.

2)使用100%再生骨料替代率的RA-SCC基本能满足填充性，流动性和通过能力的要求，没有阻塞和离析现象的出现.各种再生骨料的强化手段非常明显地改善了新拌RA-SCC的工作性能.

3)原生混凝土的强度和性能对再生骨料的品质有较大的影响，从而不同来源的再生骨料制成的RA-SCC性能也有着较大的差异.而经过再生骨料的物理化学强化处理以后，不同来源的再生骨料品质都有所提升，所制成的RA-SCC性能差异变小.物理力学性能试验结果还表明大部分再生骨料预处理技术对RA-SCC的物理力学性能指标都有一定的提升作用.通过试验数据的统计回归,初步得出了改性RA-SCC各项物理力学性能指标与再生骨料品质特征之间的关系模型.

4)收缩性能和冻融试验结果表明，高温煅烧法、水玻璃分散法以及HCl溶液浸泡法都能有效的改善RA-SCC的收缩性能，提高RA-SCC的抗冻性能.

值得注意的是，以上再生骨料强化手段都有一定的缺陷和不足，如对HCl溶液浸泡法，如果盐酸溶液浓度过高，就可能会腐蚀骨料表面，导致骨料表面重新成为多孔结构；而使用水泥粉煤灰裹浆处理的RA-SCC性能并没有得到改善，这可能是由于粉煤灰颗粒不能够有效地填充再生骨料表面的微小裂纹.另外，以上再生骨料的预处理技术对RA-SCC抗渗性、抗碳化性和抗硫酸盐侵蚀性能的影响还需要进一步的试验研究.