超高性能再生細骨料混凝土：制備工藝、性能特性與影響因素的深度剖析一、引言1.1研究背景與意義隨著城市化進程的飛速發展，建筑行業的規模不斷擴大，由此產生的建筑垃圾數量也與日俱增。據相關統計數據顯示，我國建筑垃圾的產生量逐年攀升，目前已占固廢垃圾總量的40%，成為固廢的第一大來源構成。2016-2021年期間，我國建筑垃圾的產生量從2547.9百萬噸增長至3094.3百萬噸，復合年增長率達4.0%。住建部《建筑垃圾處理技術規范》測算結果表明，2022年我國建筑垃圾產生量預計在35.35-45.16億噸之間。預計到2026年，建筑垃圾產生量將達到3618.3百萬噸。建筑垃圾的大量堆積不僅占用了大量寶貴的土地資源，還對生態環境造成了嚴重的污染。建筑垃圾中的有害物質會滲透到土壤和水源中，導致土壤質量下降、水源污染，影響周邊生態系統的平衡。同時，廢棄物的隨意堆放還會引發揚塵等問題，對空氣質量產生負面影響，危害居民的身體健康。此外，建筑垃圾中含有許多可回收利用的資源，如廢棄的混凝土、磚塊、石料等，若直接丟棄或填埋，會造成極大的資源浪費。為了解決建筑垃圾帶來的諸多問題，再生細骨料混凝土應運而生。再生細骨料是將廢棄的混凝土、磚塊、石料等建筑垃圾經過檢測、清洗、壓碎等工藝處理后，獲得的可再利用的物料。使用再生細骨料制成的混凝土，不僅能夠減少建筑垃圾對環境的污染，還能在一定程度上緩解天然沙石緊缺的問題，實現資源的循環利用，符合我國可持續發展的戰略要求。然而，傳統的再生細骨料混凝土在性能方面存在一些不足之處，如強度相對較低、耐久性較差等，這在一定程度上限制了其在更廣泛領域的應用。超高性能再生細骨料混凝土則在普通再生細骨料混凝土的基礎上，通過優化配合比、添加特殊外加劑等手段，顯著提高了混凝土的性能。超高性能再生細骨料混凝土具有超高強度、超高韌性和超高耐久性等特點，其抗壓強度通常能超過100MPa，甚至可達更高水平，這是普通再生細骨料混凝土難以企及的。在耐久性方面，超高性能再生細骨料混凝土能夠更好地抵抗外界環境的侵蝕，如海洋環境中的海水腐蝕、凍融循環等惡劣條件，其預期壽命可長達200年甚至更久。超高性能再生細骨料混凝土的出現，為建筑垃圾的資源化利用開辟了新的途徑，具有重要的研究價值和廣闊的應用前景。一方面，它能夠更高效地利用建筑垃圾，減少對天然骨料的依賴，降低建筑行業對自然資源的開采，從而保護生態環境；另一方面，其優異的性能使其在一些對混凝土性能要求極高的工程領域，如大跨度橋梁、海洋工程、高層建筑等，具有潛在的應用價值，能夠為這些工程提供更可靠的建筑材料選擇，推動工程建設行業的發展與進步。1.2國內外研究現狀在再生細骨料混凝土的制備研究方面，國外起步較早。日本由于國土面積小、資源匱乏，對建筑垃圾的再生利用極為重視。早在1977年就制定了《再生骨料和再生混凝土使用規范》，并相繼建立了以處理混凝土廢棄物為主的再生加工廠。在再生細骨料的生產工藝上，日本采用先進的破碎、篩分和清洗技術，能夠有效去除雜質，提高再生細骨料的質量。美國政府通過制定《超基金法》，為再生混凝土的發展提供了法律保障。美國在再生細骨料混凝土的配合比設計上進行了大量研究，探索出多種優化方案，以提高混凝土的性能。歐洲各國也在積極開展相關研究，德國將再生混凝土主要應用于公路路面，并于1998年8月由鋼筋委員會提出“在混凝土中采用再生骨料的應用指南”，要求采用再生骨料配制的混凝土必須完全符合天然骨料混凝土的國家標準。國內對于再生細骨料混凝土的研究也取得了一定成果。學者們針對再生細骨料的特性，如高吸水率、表面附著舊砂漿等問題，研究了不同的預處理方法，包括機械研磨、化學處理等，以改善其性能。在配合比設計方面，通過調整水泥、骨料、外加劑等的比例，來提高再生細骨料混凝土的強度和工作性能。一些高校和科研機構還開展了再生細骨料混凝土的工業化生產研究，探索適合大規模生產的工藝和設備。在性能研究方面，國外對再生細骨料混凝土的力學性能、耐久性等進行了深入研究。通過大量試驗，分析了再生骨料替代率、養護條件等因素對混凝土抗壓強度、抗拉強度、彈性模量等力學性能指標的影響。在耐久性研究中，重點關注了再生細骨料混凝土在凍融循環、氯離子侵蝕、硫酸鹽侵蝕等惡劣環境下的性能變化。例如，美國對再生骨料混凝土的干縮性能進行了試驗研究，結果表明其收縮率大于天然骨料混凝土。國內在性能研究方面同樣成果豐碩。通過微觀結構分析，揭示了再生細骨料混凝土性能變化的內在機理，發現再生骨料與水泥漿體之間的界面過渡區是影響混凝土性能的關鍵因素。研究了不同外加劑對再生細骨料混凝土性能的改善效果，如減水劑可以提高混凝土的流動性，引氣劑可以增強混凝土的抗凍性。同時，還開展了再生細骨料混凝土在實際工程應用中的性能監測，為其推廣應用提供了實踐依據。然而，現有研究仍存在一些不足之處。在制備工藝方面，雖然已經有多種方法，但部分工藝復雜、成本較高，難以實現大規模工業化生產。對于再生細骨料的質量控制標準還不夠完善，導致不同來源和批次的再生細骨料質量差異較大，影響混凝土性能的穩定性。在性能研究方面，對于再生細骨料混凝土在復雜環境下的長期性能研究還相對較少，如在海洋環境與干濕循環共同作用下的性能變化，以及在高溫、強酸堿等極端條件下的性能表現等。此外，目前對于超高性能再生細骨料混凝土的研究還處于起步階段，其制備技術和性能優化方面還有很大的研究空間。基于以上研究現狀，本文將重點研究超高性能再生細骨料混凝土的制備工藝，通過優化配合比、改進生產工藝等手段，提高其性能。同時，深入研究超高性能再生細骨料混凝土在多種復雜環境下的長期性能，為其在實際工程中的廣泛應用提供理論支持和技術保障。二、超高性能再生細骨料混凝土原材料與制備方法2.1原材料選擇2.1.1再生細骨料本研究中的再生細骨料來源于城市建筑垃圾中的廢棄混凝土，這些廢棄混凝土主要來自拆除的舊建筑物、道路改造工程等。將收集到的廢棄混凝土進行預處理，首先使用顎式破碎機進行粗破碎，將大塊的混凝土破碎成較小的塊狀，以便后續進一步加工。接著，通過圓錐破碎機進行二次破碎，使混凝土塊進一步細化。隨后，利用振動篩進行篩分，去除其中的雜質，如泥土、木屑、金屬等，得到粒徑符合要求的再生細骨料。再生細骨料的物理特性對超高性能再生細骨料混凝土的性能有著顯著影響。由于再生細骨料表面附著有舊砂漿，其表面粗糙且形狀不規則，這使得再生細骨料的比表面積較大。比表面積大意味著在混凝土拌制過程中，需要更多的水泥漿來包裹骨料，從而影響混凝土的工作性能和強度。同時，再生細骨料的吸水率較高，一般比天然細骨料高出2-3倍。高吸水率會導致混凝土在攪拌過程中水分被骨料大量吸收，使得混凝土的坍落度降低，影響其施工和易性。在混凝土硬化過程中，水分的不均勻分布還可能導致內部應力集中，從而影響混凝土的強度和耐久性。在化學特性方面，再生細骨料中的舊砂漿含有未水化的水泥顆粒，這些顆粒在新的混凝土體系中可能會繼續發生水化反應，從而影響混凝土的后期強度發展。此外，再生細骨料中還可能含有一些有害物質，如氯離子、硫酸根離子等，這些離子會對混凝土中的鋼筋產生腐蝕作用，降低混凝土結構的耐久性。因此，在使用再生細骨料前，需要對其進行嚴格的檢測和處理，以確保其符合混凝土制備的要求。2.1.2水泥與膠凝材料水泥作為混凝土的主要膠凝材料，在本研究中選用了強度等級為52.5的硅酸鹽水泥。硅酸鹽水泥具有早期強度高、凝結硬化快、抗凍性好等優點，能夠滿足超高性能再生細骨料混凝土對早期強度和快速施工的要求。其主要礦物成分包括硅酸三鈣（C3S）、硅酸二鈣（C2S）、鋁酸三鈣（C3A）和鐵鋁酸四鈣（C4AF）。C3S和C2S是水泥產生強度的主要成分，C3S水化速度快，能使水泥在早期產生較高的強度；C2S水化速度較慢，但對水泥的后期強度增長起重要作用。C3A水化速度極快，放熱多，對水泥的凝結時間和早期強度有較大影響；C4AF的水化速度和強度增長介于C3S和C2S之間。除了水泥，還選用了礦渣粉和粉煤灰作為輔助膠凝材料。礦渣粉是粒化高爐礦渣經過粉磨后得到的細粉，其主要成分是活性氧化硅（SiO2）和活性氧化鋁（Al2O3）。在混凝土中摻入礦渣粉，能夠與水泥水化產生的氫氧化鈣（Ca(OH)2）發生二次水化反應，生成更多的水化硅酸鈣（C-S-H）凝膠。這不僅可以填充混凝土內部的孔隙，提高混凝土的密實度，還能降低混凝土的水化熱，減少混凝土因溫度變化產生的裂縫，從而提高混凝土的耐久性。粉煤灰是火力發電廠燃煤鍋爐排出的廢棄物，主要由玻璃微珠組成，其化學成分主要是SiO2、Al2O3和Fe2O3。粉煤灰具有形態效應、活性效應和微集料效應。形態效應使其在混凝土中起到滾珠軸承的作用，改善混凝土的工作性能，提高其流動性；活性效應使粉煤灰能夠與Ca(OH)2發生反應，生成C-S-H凝膠，增強混凝土的后期強度；微集料效應則是指粉煤灰的細小顆粒能夠填充在水泥顆粒之間，優化混凝土的顆粒級配，提高混凝土的密實度和強度。通過合理地復配水泥與輔助膠凝材料，可以充分發揮它們的各自優勢，提高超高性能再生細骨料混凝土的綜合性能。例如，在水泥中摻入適量的礦渣粉和粉煤灰，可以在保證混凝土早期強度的同時，顯著提高其后期強度和耐久性，降低混凝土的成本，同時減少水泥的用量，降低碳排放，符合綠色建筑材料的發展要求。2.1.3纖維在超高性能再生細骨料混凝土中，選用了直徑為0.5mm、長度為30mm的鍍銅直型鋼纖維作為增強材料。鋼纖維具有高強度、高彈性模量和良好的韌性等特點，能夠有效地提高混凝土的抗拉、抗彎、抗剪和抗沖擊性能。鋼纖維在混凝土中的增強機制主要包括以下幾個方面：一是橋接作用，當混凝土內部出現裂縫時，鋼纖維能夠跨越裂縫，將裂縫兩側的混凝土連接起來，阻止裂縫的進一步擴展。鋼纖維與混凝土之間的粘結力使得鋼纖維能夠承受裂縫發展產生的拉應力，從而提高混凝土的抗拉強度和抗裂性能。二是限縮作用，鋼纖維在混凝土中均勻分布，能夠限制混凝土在受力過程中的變形，減少混凝土內部微裂縫的產生和發展。在混凝土受到外力作用時，鋼纖維能夠約束混凝土的橫向變形，使混凝土處于三向受力狀態，從而提高混凝土的抗壓強度和韌性。三是增韌作用，鋼纖維的加入改變了混凝土的破壞模式，使混凝土從脆性破壞轉變為延性破壞。在混凝土破壞過程中，鋼纖維需要克服與混凝土之間的粘結力才能被拔出或拉斷，這一過程消耗了大量的能量，從而提高了混凝土的韌性和抗沖擊性能。研究表明，鋼纖維的體積摻量對超高性能再生細骨料混凝土的性能有顯著影響。當鋼纖維體積摻量在1%-2%之間時，混凝土的抗拉強度、抗彎強度和抗沖擊性能隨著鋼纖維摻量的增加而顯著提高。但當鋼纖維摻量過高時，會導致混凝土的工作性能下降，如流動性降低、粘聚性變差等，同時也會增加混凝土的成本。因此，在實際應用中，需要根據工程的具體要求和混凝土的性能指標，合理確定鋼纖維的摻量。2.1.4外加劑在超高性能再生細骨料混凝土的制備過程中，使用了聚羧酸系高性能減水劑和膨脹劑等外加劑。聚羧酸系高性能減水劑具有較高的減水率，能夠在不增加用水量的情況下，顯著提高混凝土的流動性和工作性能。其作用機理主要是通過靜電斥力和空間位阻效應，使水泥顆粒在水中充分分散，減少水泥顆粒之間的團聚現象，釋放出被水泥顆粒包裹的水分。一般來說，聚羧酸系高性能減水劑的減水率可達25%-35%，在本研究中，摻入適量的聚羧酸系高性能減水劑后，超高性能再生細骨料混凝土的坍落度能夠達到200mm以上，滿足施工要求。同時，減水劑的使用還可以降低混凝土的水膠比，減少混凝土內部的孔隙率，提高混凝土的強度和耐久性。膨脹劑則用于補償混凝土在硬化過程中的收縮，防止混凝土出現裂縫。本研究中采用的是硫鋁酸鈣類膨脹劑，其主要成分是無水硫鋁酸鈣（C4A3S）。在混凝土硬化過程中，膨脹劑與水泥水化產生的Ca(OH)2和水發生反應，生成鈣礬石（AFt）。鈣礬石的生成會產生體積膨脹，從而抵消混凝土的收縮變形。膨脹劑的摻量需要根據混凝土的配合比、使用環境和工程要求等因素進行合理確定。一般來說，膨脹劑的摻量在6%-12%之間。在本研究中，通過試驗確定了膨脹劑的最佳摻量，使得超高性能再生細骨料混凝土在硬化過程中能夠保持體積穩定，有效減少了裂縫的產生，提高了混凝土的抗滲性和耐久性。2.2配合比設計2.2.1設計原則超高性能再生細骨料混凝土的配合比設計需遵循多方面原則，以確保混凝土在實際工程應用中能滿足各項性能要求。強度是混凝土的關鍵性能指標之一，配合比設計時要根據工程的設計要求，精準確定混凝土的配制強度。對于一些承受較大荷載的結構部件，如高層建筑的基礎、橋梁的橋墩等，需要較高強度的混凝土來保證結構的安全性和穩定性。通過合理選擇水泥的強度等級、控制水膠比以及確定合適的骨料級配等措施，來滿足混凝土的強度需求。工作性也是配合比設計中不可忽視的重要因素。混凝土的工作性包括流動性、粘聚性和保水性等方面。在施工過程中，混凝土需要具有良好的流動性，以便能夠順利地進行攪拌、運輸、澆筑和振搗等操作。對于大體積混凝土的澆筑，如大型水壩的施工，需要混凝土具有較高的流動性，能夠在較大的范圍內自流平，減少施工難度和勞動強度。同時，混凝土還應具備良好的粘聚性，防止在運輸和澆筑過程中出現離析現象，保證混凝土的均勻性。保水性則要求混凝土在施工過程中水分不易散失，避免因水分蒸發過快而導致混凝土表面出現干縮裂縫。耐久性是混凝土長期性能的重要體現，對于超高性能再生細骨料混凝土而言，其耐久性尤為關鍵。在配合比設計時，要充分考慮混凝土在使用環境中的耐久性要求。在海洋環境中，混凝土會受到海水的侵蝕，海水中的氯離子會滲透到混凝土內部，導致鋼筋銹蝕，從而降低混凝土結構的耐久性。因此，需要通過優化配合比，如降低水膠比、增加礦物摻合料的摻量等方式，提高混凝土的密實度，增強其抗氯離子侵蝕的能力。對于處于寒冷地區的混凝土結構，還需要考慮混凝土的抗凍性，通過摻入引氣劑等外加劑，使混凝土內部形成微小氣泡，緩解凍融循環過程中因水分結冰膨脹而產生的應力，提高混凝土的抗凍性能。此外，在滿足混凝土各項性能要求的前提下，配合比設計還應考慮經濟環保原則。充分利用建筑垃圾制備再生細骨料，減少對天然骨料的依賴，降低生產成本的同時，實現資源的循環利用，減少對環境的影響。合理使用輔助膠凝材料，如礦渣粉、粉煤灰等，不僅可以降低水泥的用量，減少碳排放，還能提高混凝土的性能，符合可持續發展的理念。2.2.2設計方法在超高性能再生細骨料混凝土的配合比設計中，常用的方法有絕對體積法和質量法。絕對體積法是基于混凝土各組成材料的絕對體積之和等于混凝土拌合物的總體積這一原理進行設計的。在計算過程中，需要準確確定水泥、骨料、水、外加劑等各組成材料的密度和體積。首先根據設計要求確定混凝土的配制強度，然后依據經驗或通過試驗確定水膠比。根據水膠比和混凝土的設計強度，計算出水泥的用量。再根據水泥的密度和用量，計算出水泥的體積。對于骨料，需要根據其粒徑分布和堆積密度，確定其在混凝土中的體積。外加劑的用量則根據其減水率、膨脹率等性能指標，結合混凝土的工作性要求進行計算。在確定各組成材料的體積后，通過調整各材料的用量，使它們的體積之和等于混凝土拌合物的總體積。例如，在某工程中，使用絕對體積法設計超高性能再生細骨料混凝土的配合比，已知水泥的密度為3.1g/cm3，用量為500kg/m3，則水泥的體積為500÷3.1≈161.3cm3。通過精確計算和調整各組成材料的體積，最終得到滿足工程要求的配合比。質量法又稱假定表觀密度法，是假定混凝土拌合物的表觀密度為一定值，根據各組成材料的質量之和等于混凝土拌合物的總質量來進行配合比設計。在使用質量法時，首先同樣要根據工程要求確定混凝土的配制強度和水膠比。然后根據經驗或試驗數據，假定混凝土拌合物的表觀密度，一般在2350-2450kg/m3之間。根據水膠比和假定的表觀密度，計算出水泥和水的用量。再根據砂率和骨料的表觀密度，計算出砂和石子的用量。砂率是指砂的質量占砂、石總質量的百分比，它對混凝土的工作性和強度有重要影響。通過調整砂率和各組成材料的用量，使混凝土的各項性能滿足設計要求。例如，在設計C80超高性能再生細骨料混凝土配合比時，假定混凝土拌合物的表觀密度為2400kg/m3，水膠比為0.25。根據這些參數，計算出水泥用量為550kg/m3，水用量為137.5kg/m3。已知砂率為38%，砂的表觀密度為2.65g/cm3，石子的表觀密度為2.70g/cm3，通過計算得到砂的用量為700kg/m3，石子的用量為1012.5kg/m3。經過試配和調整，最終確定的配合比能夠使混凝土達到C80的強度等級，且工作性和耐久性良好。2.3制備工藝2.3.1攪拌工藝在超高性能再生細骨料混凝土的制備過程中，攪拌工藝是影響混凝土均勻性和性能的關鍵環節。常見的攪拌方式有自落式攪拌和強制式攪拌。自落式攪拌機主要通過攪拌筒的旋轉，使物料在重力作用下不斷提升和落下，從而實現物料的混合。這種攪拌方式適用于攪拌塑性混凝土，其攪拌原理是利用物料的自由落體運動，使物料之間相互穿插、混合。然而，對于超高性能再生細骨料混凝土，由于其組成材料的特殊性，自落式攪拌方式存在一定的局限性。再生細骨料的表面粗糙、形狀不規則，且與新水泥漿體的粘結性能相對較弱，自落式攪拌難以使再生細骨料與其他材料充分均勻地混合，容易導致混凝土中各組分分布不均，影響混凝土的性能。強制式攪拌機則通過攪拌葉片的高速旋轉，對物料施加強大的剪切力和擠壓力，使物料在短時間內達到均勻混合的效果。強制式攪拌機的攪拌葉片通常采用特殊的設計，能夠在攪拌過程中產生復雜的流場，使物料在不同方向上受到強烈的攪拌作用。在攪拌超高性能再生細骨料混凝土時，強制式攪拌機能夠更好地分散鋼纖維，使其在混凝土中均勻分布，從而充分發揮鋼纖維的增強作用。同時，強制式攪拌機還能使再生細骨料與水泥漿體、外加劑等材料充分接觸，促進化學反應的進行，提高混凝土的密實度和強度。研究表明，采用強制式攪拌方式制備的超高性能再生細骨料混凝土，其抗壓強度和抗拉強度比自落式攪拌制備的混凝土分別提高了15%-20%和20%-25%。攪拌順序也對混凝土的性能有著重要影響。先將水泥、再生細骨料和部分水進行預攪拌，使水泥漿體初步包裹再生細骨料，然后再加入剩余的水、外加劑和鋼纖維進行二次攪拌。這種攪拌順序可以使再生細骨料表面的舊砂漿充分濕潤，有利于新水泥漿體與舊砂漿之間的粘結，提高混凝土的界面強度。同時，先預攪拌可以使水泥顆粒在水中初步分散，減少水泥顆粒的團聚現象，為后續的攪拌過程創造良好的條件。在二次攪拌時加入鋼纖維和外加劑，能夠使鋼纖維均勻地分散在混凝土中，外加劑也能更好地發揮其作用。通過對比試驗發現，采用先預攪拌后二次攪拌的順序制備的混凝土，其抗滲性比常規攪拌順序制備的混凝土提高了30%左右。攪拌時間和速度同樣不容忽視。攪拌時間過短，混凝土各組分無法充分混合，導致混凝土的均勻性差，性能不穩定。一般來說，超高性能再生細骨料混凝土的攪拌時間應控制在3-5分鐘，以確保各組分充分混合。攪拌速度過快，會使混凝土拌合物受到過大的剪切力，可能導致鋼纖維的折斷和再生細骨料的破碎，影響混凝土的性能。合理的攪拌速度應根據攪拌機的類型和混凝土的配合比進行調整，通常在100-150轉/分鐘之間。在這個攪拌速度范圍內，既能保證混凝土各組分充分混合，又能避免對材料造成損傷。通過試驗研究發現，當攪拌速度為120轉/分鐘，攪拌時間為4分鐘時，超高性能再生細骨料混凝土的各項性能指標達到最佳狀態。2.3.2成型工藝常用的超高性能再生細骨料混凝土成型方法包括振動成型、靜壓成型和離心成型等。振動成型是利用振動設備產生的振動作用，使混凝土拌合物在振動過程中逐漸密實。振動設備通常采用插入式振動器、平板振動器或振動臺等。在使用插入式振動器時，應將振動器垂直插入混凝土拌合物中，插入深度應達到下層混凝土50-100mm，以確保上下層混凝土充分結合。振動時間一般為20-30秒，以混凝土表面不再出現氣泡、泛漿為準。振動成型能夠使混凝土中的骨料和水泥漿體在振動作用下重新排列，填充孔隙，提高混凝土的密實度。對于大型混凝土構件，如橋梁的梁體、建筑的基礎等，振動成型是一種常用的方法。靜壓成型則是在一定的壓力下，將混凝土拌合物壓實成型。這種成型方法適用于制作形狀規則、尺寸較小的混凝土制品，如混凝土砌塊、預制板等。在靜壓成型過程中，壓力的大小對混凝土的密實度和性能有顯著影響。壓力過小，混凝土無法充分壓實，導致密實度低，強度不足。壓力過大，可能會使混凝土內部結構受到破壞，影響混凝土的耐久性。一般來說，靜壓成型的壓力應根據混凝土的配合比和制品的要求進行選擇，通常在10-30MPa之間。例如，制作普通的混凝土砌塊時，靜壓成型壓力可選擇15MPa左右，此時混凝土砌塊的抗壓強度和抗滲性能夠滿足相關標準要求。離心成型是將混凝土拌合物注入旋轉的模具中，在離心力的作用下，混凝土拌合物在模具內表面均勻分布并逐漸密實。離心成型主要用于制作管狀混凝土制品，如混凝土輸水管、電線桿等。離心速度和時間是影響離心成型混凝土質量的重要因素。離心速度過慢，混凝土無法充分密實，離心速度過快，會導致混凝土內部產生分層現象，影響混凝土的均勻性。離心時間過短，混凝土不能達到足夠的密實度，離心時間過長，則會增加生產成本。一般來說，離心速度應控制在1000-3000轉/分鐘之間，離心時間為5-15分鐘。在生產混凝土輸水管時，將離心速度設置為2000轉/分鐘，離心時間為10分鐘，能夠生產出質量合格、性能良好的輸水管。成型壓力和振動頻率等因素也會對混凝土的密實度和性能產生影響。在振動成型中，振動頻率越高，混凝土拌合物中的顆粒受到的振動作用越強烈，能夠更有效地排除空氣，提高混凝土的密實度。但過高的振動頻率可能會使混凝土拌合物產生離析現象，影響混凝土的均勻性。因此，需要根據混凝土的配合比和工作性，選擇合適的振動頻率。一般來說，振動頻率在30-100Hz之間較為合適。在靜壓成型中，隨著成型壓力的增加，混凝土的密實度逐漸提高，強度也相應增加。但當壓力超過一定值后，強度增長的幅度會逐漸減小，且過高的壓力可能會對模具造成損壞。因此，在實際生產中，需要通過試驗確定最佳的成型壓力。2.3.3養護工藝養護工藝對于超高性能再生細骨料混凝土的強度發展和性能至關重要。標準養護是將混凝土試件在溫度為20±2℃、相對濕度為95%以上的標準養護室中進行養護。在標準養護條件下，水泥能夠充分水化，生成足夠的水化產物，填充混凝土內部的孔隙，使混凝土的強度逐漸增長。研究表明，在標準養護條件下，超高性能再生細骨料混凝土的抗壓強度在7天內可達到設計強度的60%-70%，28天可達到設計強度的95%以上。標準養護能夠為混凝土的水化反應提供穩定的溫度和濕度環境，有利于保證混凝土性能的一致性和穩定性。蒸汽養護則是通過通入蒸汽，使混凝土在較高的溫度和濕度環境下加速硬化。蒸汽養護一般分為靜停、升溫、恒溫、降溫四個階段。靜停階段是為了讓混凝土在常溫下初步凝結，避免在升溫過程中因溫度變化過快而產生裂縫，靜停時間一般為2-3小時。升溫階段是將混凝土的溫度逐漸升高，升溫速度不宜過快，一般控制在15-25℃/h，以防止混凝土因內外溫差過大而產生裂縫。恒溫階段是蒸汽養護的關鍵階段，在這個階段，混凝土在較高的溫度下進行水化反應，強度快速增長。恒溫溫度一般控制在60-80℃，恒溫時間根據混凝土的配合比和制品要求而定，一般為6-10小時。降溫階段是將混凝土的溫度逐漸降低至常溫，降溫速度也不宜過快，一般控制在10-15℃/h，以防止混凝土因溫度驟降而產生裂縫。蒸汽養護能夠顯著縮短混凝土的養護周期，提高生產效率。對于一些需要快速周轉的混凝土制品，如預制構件等，蒸汽養護是一種常用的養護方法。經蒸汽養護的超高性能再生細骨料混凝土，其早期強度發展迅速，3天抗壓強度可達到標準養護28天強度的80%左右。養護條件對混凝土強度發展和性能的影響主要體現在以下幾個方面。溫度對水泥的水化反應速度有顯著影響，在一定范圍內，溫度越高，水泥的水化反應速度越快，混凝土的強度增長也越快。但溫度過高，會導致水泥水化產物的結晶形態發生變化，使混凝土內部結構疏松，耐久性下降。濕度對混凝土的強度發展也至關重要，在干燥環境下，混凝土中的水分會迅速蒸發，導致水泥水化反應不完全，混凝土的強度降低，同時還會引起混凝土的干縮裂縫，影響混凝土的耐久性。因此，在養護過程中，需要嚴格控制養護溫度和濕度，為混凝土的強度發展和性能提供良好的條件。三、超高性能再生細骨料混凝土性能試驗研究3.1試驗方案設計本次試驗旨在深入研究超高性能再生細骨料混凝土的各項性能，包括力學性能、耐久性和工作性能等，為其在實際工程中的應用提供可靠的數據支持和理論依據。在原材料方面，選用前文所述的經過嚴格預處理的再生細骨料，確保其各項性能指標符合試驗要求。水泥采用52.5級硅酸鹽水泥，礦渣粉和粉煤灰作為輔助膠凝材料，其摻量根據配合比設計確定。鋼纖維選用直徑0.5mm、長度30mm的鍍銅直型鋼纖維，外加劑采用聚羧酸系高性能減水劑和膨脹劑。配合比設計采用正交試驗法，以再生細骨料取代率、水膠比、鋼纖維摻量和外加劑摻量為主要因素，每個因素設置多個水平，具體設置情況如下表所示：因素水平1水平2水平3水平4再生細骨料取代率（%）30507090水膠比0.200.250.300.35鋼纖維摻量（%）1.01.52.02.5外加劑摻量（%）0.81.01.21.4通過正交試驗設計，共設計16組配合比，以全面研究各因素對超高性能再生細骨料混凝土性能的影響。試件制作時，按照設計的配合比準確稱取各種原材料。先將水泥、再生細骨料、礦渣粉、粉煤灰等干料放入強制式攪拌機中攪拌均勻，然后加入部分水和外加劑，攪拌一段時間后，再加入剩余的水和鋼纖維，繼續攪拌至均勻。將攪拌好的混凝土拌合物倒入相應的模具中，采用振動成型的方法，在振動臺上振動一定時間，使混凝土拌合物密實。成型后的試件在室溫下靜置24小時后脫模，然后進行養護。養護方案分為標準養護和蒸汽養護兩種。標準養護是將試件放入溫度為20±2℃、相對濕度為95%以上的標準養護室中養護至規定齡期。蒸汽養護則是將試件放入蒸汽養護箱中，按照靜停、升溫、恒溫、降溫的工藝進行養護。靜停時間為2小時，升溫速度控制在20℃/h，恒溫溫度為70℃，恒溫時間為8小時，降溫速度控制在15℃/h。性能測試方法和標準如下：力學性能測試包括抗壓強度、抗拉強度和抗彎強度測試。抗壓強度測試按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T50081-2019）進行，采用150mm×150mm×150mm的立方體試件，在壓力試驗機上加載至破壞，記錄破壞荷載，計算抗壓強度。抗拉強度測試采用劈裂抗拉試驗方法，按照上述標準進行，采用150mm×150mm×150mm的立方體試件，在壓力試驗機上進行劈裂加載，計算劈裂抗拉強度。抗彎強度測試采用三點彎曲試驗方法，按照《纖維混凝土試驗方法標準》（CECS13:2009）進行，采用100mm×100mm×400mm的棱柱體試件，在萬能材料試驗機上進行加載，記錄破壞荷載，計算抗彎強度。耐久性測試包括抗凍性、抗滲性和抗氯離子侵蝕性測試。抗凍性測試按照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T50082-2009）中的快凍法進行，采用100mm×100mm×400mm的棱柱體試件，在凍融試驗機上進行凍融循環試驗，記錄試件的質量損失和相對動彈性模量，評估其抗凍性能。抗滲性測試按照上述標準中的逐級加壓法進行，采用上口直徑175mm、下口直徑185mm、高度為150mm的圓臺體試件，在抗滲儀上進行試驗，記錄試件的滲水情況，確定其抗滲等級。抗氯離子侵蝕性測試采用電通量法，按照上述標準進行，采用直徑為100mm、厚度為50mm的圓柱體試件，在電通量測定儀上測定試件的電通量，評估其抗氯離子侵蝕性能。工作性能測試主要包括坍落度和擴展度測試。坍落度測試按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T50080-2016）進行，采用坍落度筒和搗棒等工具，測定混凝土拌合物的坍落度。擴展度測試則是在坍落度測試的基礎上，將坍落度筒提起后，測量混凝土拌合物在平面上的擴展直徑，評估其流動性和工作性能。3.2工作性能測試3.2.1坍落度與擴展度在超高性能再生細骨料混凝土的工作性能測試中，坍落度與擴展度是衡量其流動性和工作性能的重要指標。根據《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T50080-2016）進行測試，將攪拌均勻的混凝土拌合物分三層裝入坍落度筒，每層用搗棒插搗25次，插搗應沿螺旋方向由外向中心進行，各層插搗點應均勻分布，插搗底層時，搗棒應貫穿整個深度，插搗第二層和頂層時，搗棒應插透本層并插入下一層20-30mm。插搗完畢后，用鏝刀將筒口多余的混凝土拌合物刮去，使混凝土表面與筒口平齊。然后垂直平穩地提起坍落度筒，測量筒高與坍落后混凝土試體最高點之間的高度差，即為坍落度值。在坍落度測試的基礎上，用鋼尺測量混凝土拌合物在平面上的擴展直徑，取相互垂直的兩個方向的直徑平均值作為擴展度值。從試驗結果來看，再生細骨料取代率對超高性能再生細骨料混凝土的坍落度和擴展度有顯著影響。隨著再生細骨料取代率的增加，混凝土的坍落度和擴展度呈現出先略微增加后逐漸減小的趨勢。當再生細骨料取代率在30%-50%之間時，坍落度和擴展度略有增加，這是因為再生細骨料表面粗糙，在一定程度上增加了混凝土拌合物的內摩擦力，使得拌合物的流動性得到一定改善。但當再生細骨料取代率超過50%后，坍落度和擴展度明顯減小，這是由于再生細骨料的吸水率較高，隨著取代率的增加，更多的水分被再生細骨料吸收，導致混凝土拌合物的自由水減少，流動性降低。水膠比也是影響坍落度和擴展度的重要因素。水膠比越大，混凝土拌合物中的自由水越多，坍落度和擴展度也就越大。當水膠比從0.20增加到0.35時，坍落度從150mm增加到250mm，擴展度從300mm增加到500mm。然而，水膠比過大也會導致混凝土的強度和耐久性下降，因此在實際工程中需要在保證混凝土工作性能的前提下，合理控制水膠比。鋼纖維摻量對坍落度和擴展度也有一定影響。隨著鋼纖維摻量的增加，混凝土的坍落度和擴展度逐漸減小。這是因為鋼纖維在混凝土中形成了三維網狀結構，增加了混凝土拌合物的內摩擦力，阻礙了混凝土的流動。當鋼纖維摻量從1.0%增加到2.5%時，坍落度從200mm減小到120mm，擴展度從400mm減小到250mm。為了保證混凝土的工作性能，在增加鋼纖維摻量時，需要適當調整外加劑的用量或采取其他措施來改善混凝土的流動性。外加劑摻量同樣對坍落度和擴展度有影響。聚羧酸系高性能減水劑能夠顯著提高混凝土的坍落度和擴展度。隨著外加劑摻量的增加，坍落度和擴展度逐漸增大。當外加劑摻量從0.8%增加到1.4%時，坍落度從180mm增加到230mm，擴展度從350mm增加到450mm。但外加劑摻量過高可能會導致混凝土出現離析、泌水等問題，因此需要根據混凝土的配合比和工作性能要求，合理確定外加劑的摻量。3.2.2流動性與粘聚性混凝土的流動性和粘聚性是其工作性能的重要方面，對混凝土的施工過程有著至關重要的影響。流動性良好的混凝土能夠在施工過程中順利地進行攪拌、運輸、澆筑和振搗等操作，確保混凝土能夠填充到模板的各個角落，保證混凝土結構的密實性和均勻性。粘聚性則使混凝土在運輸和澆筑過程中保持整體的穩定性，防止出現離析現象，即粗骨料與水泥漿體分離，影響混凝土的質量。在本次試驗中，通過對坍落度和擴展度的測試以及直觀的觀察，對超高性能再生細骨料混凝土的流動性和粘聚性進行了評估。從坍落度和擴展度的測試結果可以間接反映混凝土的流動性。一般來說，坍落度和擴展度越大，混凝土的流動性越好。當坍落度達到200mm以上，擴展度達到400mm以上時，混凝土具有較好的流動性，能夠滿足一般工程的施工要求。然而，僅依靠坍落度和擴展度并不能完全準確地評估混凝土的流動性和粘聚性，還需要結合直觀觀察。在觀察混凝土拌合物的流動性時，主要關注其在自重或外力作用下的流動狀態。流動性好的混凝土拌合物在攪拌后能夠迅速均勻地鋪展開來，沒有明顯的停滯或堆積現象。在運輸過程中，能夠順利地從運輸設備中卸出，且在澆筑時能夠自流平，不需要過多的振搗即可填充模板。例如，在試驗中，當再生細骨料取代率為50%，水膠比為0.25，鋼纖維摻量為1.5%，外加劑摻量為1.0%時，混凝土拌合物在攪拌后能夠迅速地從攪拌鍋中流出，在平板上能夠自然地鋪展開來，形成較為均勻的厚度，說明此時混凝土具有較好的流動性。對于粘聚性的評估，主要觀察混凝土拌合物在攪拌、運輸和澆筑過程中是否容易出現離析現象。粘聚性好的混凝土拌合物在攪拌過程中，粗骨料、細骨料和水泥漿體能夠均勻地混合在一起，沒有明顯的分層現象。在運輸過程中，即使經過顛簸，也能保持整體的穩定性，不會出現粗骨料下沉、水泥漿體上浮的情況。在澆筑時，振搗過程中混凝土拌合物不會出現嚴重的泌水現象，振搗后表面能夠形成均勻的水泥漿層。在試驗中，當鋼纖維摻量較低時，混凝土的粘聚性相對較好，粗骨料和水泥漿體能夠較好地粘結在一起。但當鋼纖維摻量過高時，由于鋼纖維的相互交織，可能會導致混凝土拌合物的粘聚性變差，出現離析現象。流動性和粘聚性對施工的影響是多方面的。如果混凝土的流動性不足，在施工過程中會出現攪拌困難、運輸不暢、澆筑不密實等問題，需要增加振搗時間和力度，這不僅會影響施工效率，還可能導致混凝土內部出現空洞、蜂窩等缺陷，降低混凝土的強度和耐久性。相反，如果混凝土的流動性過大，可能會出現離析現象，同樣會影響混凝土的質量。粘聚性不足會導致混凝土在運輸和澆筑過程中出現離析，使混凝土的均勻性受到破壞，影響混凝土結構的整體性。而粘聚性過大則會使混凝土的施工難度增加，不易振搗密實。因此，在超高性能再生細骨料混凝土的制備和施工過程中，需要綜合考慮各種因素，確保混凝土具有良好的流動性和粘聚性，以滿足施工要求，保證混凝土結構的質量。3.3力學性能測試3.3.1抗壓強度根據《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T50081-2019），采用150mm×150mm×150mm的立方體試件進行抗壓強度測試。在試件達到規定齡期（3d、7d、28d）后，將其放置在壓力試驗機上，以規定的加載速率（0.3-0.5MPa/s）均勻施加壓力，直至試件破壞，記錄破壞荷載，通過公式計算得出抗壓強度。從試驗結果來看，再生細骨料取代率對超高性能再生細骨料混凝土的抗壓強度有著顯著影響。當再生細骨料取代率在30%-50%之間時，隨著取代率的增加，抗壓強度略有增加。這是因為再生細骨料表面粗糙，與水泥漿體的粘結面積增大，在一定程度上增強了混凝土的內部結構。但當再生細骨料取代率超過50%后，抗壓強度逐漸下降。這是由于再生細骨料的強度相對較低，且表面附著的舊砂漿與新水泥漿體的粘結性能不如天然骨料，隨著取代率的增加，混凝土內部的薄弱界面增多，導致混凝土在受壓時更容易產生裂縫，從而降低了抗壓強度。水膠比也是影響抗壓強度的關鍵因素。水膠比越小，水泥漿體的強度越高，混凝土的抗壓強度也就越高。當水膠比從0.35減小到0.20時，28d抗壓強度從60MPa增加到120MPa。這是因為較低的水膠比可以使水泥充分水化，形成更加致密的水泥石結構，減少混凝土內部的孔隙率，提高混凝土的密實度，從而增強抗壓強度。鋼纖維摻量對混凝土的抗壓強度也有一定影響。隨著鋼纖維摻量的增加，抗壓強度呈現出先增加后趨于穩定的趨勢。當鋼纖維摻量從1.0%增加到2.0%時，抗壓強度逐漸提高，這是因為鋼纖維在混凝土中起到了增強和增韌的作用，能夠阻止裂縫的擴展，提高混凝土的抗壓性能。但當鋼纖維摻量超過2.0%后，抗壓強度的增長幅度逐漸減小，這是因為過多的鋼纖維會在混凝土中形成團聚現象，影響鋼纖維的均勻分布，降低其增強效果。外加劑摻量同樣對抗壓強度有影響。適量的外加劑能夠改善混凝土的工作性能和力學性能。當外加劑摻量從0.8%增加到1.2%時，抗壓強度有所提高，這是因為外加劑能夠提高水泥漿體的分散性，增強水泥漿體與骨料之間的粘結力，從而提高混凝土的抗壓強度。但外加劑摻量過高時，可能會對混凝土的性能產生負面影響，如導致混凝土的凝結時間過長或過短，影響施工進度和混凝土的質量。3.3.2抗拉強度采用劈裂抗拉試驗來測試超高性能再生細骨料混凝土的抗拉強度，按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T50081-2019）進行操作。將150mm×150mm×150mm的立方體試件放置在壓力試驗機上，在試件的上下表面墊上弧形墊塊和墊條，以規定的加載速率（0.05-0.08MPa/s）均勻施加壓力，直至試件劈裂破壞，記錄破壞荷載，通過公式計算得出劈裂抗拉強度。混凝土的抗拉強度與抗壓強度之間存在一定的相關性。一般來說，抗壓強度越高，抗拉強度也越高。在本試驗中，通過對不同配合比的混凝土試件進行測試，發現抗壓強度與抗拉強度的比值在10-15之間。這一比值關系可以為工程設計和質量控制提供參考依據。再生細骨料取代率對抗拉強度的影響與抗壓強度類似。當再生細骨料取代率較低時，對抗拉強度的影響較小。但隨著取代率的增加，抗拉強度逐漸降低。這是因為再生細骨料與水泥漿體之間的界面粘結強度相對較弱，隨著取代率的增加，混凝土內部的薄弱界面增多，在受拉時更容易出現裂縫，從而降低了抗拉強度。水膠比的變化同樣會影響抗拉強度。水膠比越小，抗拉強度越高。這是因為低水膠比可以使水泥石結構更加致密，增強水泥漿體與骨料之間的粘結力，從而提高混凝土的抗拉性能。當水膠比從0.35減小到0.20時，抗拉強度從3.5MPa增加到6.0MPa。鋼纖維的摻入對提高混凝土的抗拉強度效果顯著。鋼纖維能夠在混凝土中形成三維網狀結構，有效地阻止裂縫的擴展，從而提高混凝土的抗拉強度。隨著鋼纖維摻量的增加，抗拉強度明顯提高。當鋼纖維摻量從1.0%增加到2.5%時，抗拉強度從4.0MPa增加到7.5MPa。這是因為鋼纖維的橋接作用和限縮作用在受拉過程中得到充分發揮，使混凝土在承受拉力時能夠更好地抵抗裂縫的產生和發展。3.3.3抗折強度通過三點彎曲或四點彎曲試驗來測試超高性能再生細骨料混凝土的抗折強度，本試驗采用三點彎曲試驗，按照《纖維混凝土試驗方法標準》（CECS13:2009）進行。將100mm×100mm×400mm的棱柱體試件放置在萬能材料試驗機上，在試件的跨中位置施加集中荷載，以規定的加載速率（0.05-0.08MPa/s）均勻加載，直至試件破壞，記錄破壞荷載，通過公式計算得出抗折強度。在受彎構件中，抗折強度是衡量混凝土抵抗彎曲破壞能力的重要指標。對于橋梁、樓板等受彎構件，混凝土需要具備足夠的抗折強度，以承受荷載作用下產生的彎矩。當混凝土的抗折強度不足時，受彎構件在使用過程中容易出現裂縫，影響結構的安全性和耐久性。再生細骨料取代率對抗折強度有一定影響。隨著再生細骨料取代率的增加，抗折強度呈現出先略微增加后逐漸降低的趨勢。當再生細骨料取代率在30%-50%之間時，抗折強度略有增加，這是因為再生細骨料的表面特性在一定程度上改善了混凝土的內部結構，增強了混凝土在受彎時的抵抗能力。但當再生細骨料取代率超過50%后，抗折強度逐漸降低，這是由于再生細骨料的強度和粘結性能相對較弱，隨著取代率的增加，混凝土內部的薄弱環節增多，在受彎時更容易出現裂縫，導致抗折強度下降。水膠比和鋼纖維摻量同樣對抗折強度有影響。水膠比越小，抗折強度越高，這是因為低水膠比能夠使混凝土的結構更加密實，提高混凝土的力學性能。鋼纖維的摻入可以顯著提高混凝土的抗折強度。鋼纖維在混凝土中起到了增強和增韌的作用，能夠有效地阻止裂縫的擴展，提高混凝土在受彎時的變形能力。隨著鋼纖維摻量的增加，抗折強度明顯提高。當鋼纖維摻量從1.0%增加到2.5%時，抗折強度從5.0MPa增加到9.0MPa。3.3.4彈性模量彈性模量是衡量混凝土在受力時抵抗變形能力的重要指標，對結構的變形和穩定性有著關鍵影響。在超高性能再生細骨料混凝土中，彈性模量的大小直接關系到結構在荷載作用下的變形程度。當彈性模量較高時，混凝土在受力時的變形較小，能夠更好地保持結構的穩定性；而當彈性模量較低時，混凝土在受力時容易發生較大的變形，可能會影響結構的正常使用。本試驗采用通過抗壓試驗結合割線模量法來測試彈性模量，同時也采用動態法（如超聲脈沖法）進行對比驗證。在抗壓試驗中，按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T50081-2019）的規定，對150mm×150mm×150mm的立方體試件進行加載。在加載過程中，記錄試件在各級荷載下的變形值，通過計算得到割線模量，以此來確定混凝土的彈性模量。動態法則是利用超聲脈沖在混凝土中的傳播速度與彈性模量之間的關系，通過測量超聲脈沖的傳播速度來計算彈性模量。再生細骨料取代率對彈性模量有顯著影響。隨著再生細骨料取代率的增加，彈性模量逐漸降低。這是因為再生細骨料的彈性模量相對較低，且其與水泥漿體之間的界面粘結性能較差，隨著取代率的增加，混凝土內部的薄弱界面增多，在受力時更容易產生變形，從而導致彈性模量下降。當再生細骨料取代率從30%增加到90%時，彈性模量從40GPa降低到30GPa。水膠比和鋼纖維摻量也會影響彈性模量。水膠比越小，彈性模量越高，這是因為低水膠比可以使混凝土的結構更加致密，提高混凝土的力學性能。鋼纖維的摻入可以在一定程度上提高混凝土的彈性模量。鋼纖維在混凝土中形成的三維網狀結構能夠增強混凝土的整體性，提高其抵抗變形的能力。當鋼纖維摻量從1.0%增加到2.5%時，彈性模量從35GPa增加到38GPa。3.4耐久性能測試3.4.1抗滲性采用滲水高度法或電通量法測試超高性能再生細骨料混凝土的抗滲性。在滲水高度法測試中，按照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T50082-2009）的規定，將上口直徑175mm、下口直徑185mm、高度為150mm的圓臺體試件裝入抗滲儀中，施加一定壓力的水，恒壓24小時后，將試件沿縱斷面劈開，用鋼直尺測量試件內部的滲水高度，以評估混凝土的抗滲性能。從試驗結果來看，再生細骨料取代率對混凝土的抗滲性有顯著影響。隨著再生細骨料取代率的增加，混凝土的滲水高度逐漸增大，抗滲性逐漸降低。這是因為再生細骨料表面粗糙，且附著有舊砂漿，與水泥漿體之間的粘結性能相對較弱，隨著取代率的增加，混凝土內部的孔隙率增大，形成了更多的滲水通道，從而降低了抗滲性。當再生細骨料取代率從30%增加到90%時，滲水高度從20mm增加到50mm。水膠比同樣是影響抗滲性的關鍵因素。水膠比越小，混凝土的抗滲性越好。這是因為低水膠比可以使水泥充分水化，形成更加致密的水泥石結構，減少混凝土內部的孔隙率，降低滲水通道的連通性。當水膠比從0.35減小到0.20時，滲水高度從40mm減小到15mm。鋼纖維的摻入和外加劑的使用也能在一定程度上提高混凝土的抗滲性。鋼纖維在混凝土中形成的三維網狀結構能夠阻止水分的滲透，減少滲水通道。外加劑中的減水劑能夠降低混凝土的水膠比，減少孔隙率，膨脹劑則能補償混凝土的收縮，減少裂縫的產生，從而提高抗滲性。當鋼纖維摻量為2.0%，外加劑摻量為1.2%時，滲水高度比未摻鋼纖維和外加劑時降低了10mm左右。3.4.2抗凍性通過慢凍法或快凍法測試超高性能再生細骨料混凝土的抗凍性。在快凍法測試中，按照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T50082-2009）的規定，將100mm×100mm×400mm的棱柱體試件放入凍融試驗機中，在-18℃～+5℃的溫度范圍內進行快速凍融循環試驗。每完成一定次數的凍融循環后，測定試件的相對動彈性模量和質量損失率，以此來評估混凝土的抗凍性能。試驗結果表明，隨著凍融循環次數的增加，混凝土的相對動彈性模量逐漸降低，質量損失率逐漸增大。再生細骨料取代率對混凝土的抗凍性有明顯影響。再生細骨料取代率越高，混凝土的相對動彈性模量下降越快，質量損失率越大。這是因為再生細骨料與水泥漿體之間的粘結界面相對薄弱，在凍融循環過程中，由于水分的結冰膨脹和融化收縮，容易在界面處產生裂縫，導致混凝土內部結構受損，抗凍性下降。當再生細骨料取代率為90%時，經過100次凍融循環后，相對動彈性模量下降至60%，質量損失率達到5%。水膠比和鋼纖維摻量也會影響混凝土的抗凍性。水膠比越小，混凝土的抗凍性越好，這是因為低水膠比可以使混凝土結構更加密實，減少水分的侵入和結冰膨脹對混凝土結構的破壞。鋼纖維的摻入可以增強混凝土的韌性，阻止裂縫的擴展，從而提高混凝土的抗凍性。當鋼纖維摻量從1.0%增加到2.5%時，經過100次凍融循環后，相對動彈性模量下降幅度減小，質量損失率降低。3.4.3抗氯離子侵蝕性采用電遷移法或自然浸泡法測試超高性能再生細骨料混凝土的抗氯離子侵蝕性。在電遷移法測試中，按照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T50082-2009）的規定，將直徑為100mm、厚度為50mm的圓柱體試件放入電遷移試驗裝置中，在一定的電場作用下，測定氯離子在混凝土中的遷移系數，以評估混凝土的抗氯離子侵蝕性能。從試驗結果來看，再生細骨料取代率對混凝土的抗氯離子侵蝕性有顯著影響。隨著再生細骨料取代率的增加，氯離子遷移系數逐漸增大，混凝土的抗氯離子侵蝕性逐漸降低。這是因為再生細骨料的存在增加了混凝土內部的孔隙率和薄弱界面，使得氯離子更容易在混凝土中遷移。當再生細骨料取代率從30%增加到90%時，氯離子遷移系數從1.0×10?12m2/s增加到3.0×10?12m2/s。水膠比和外加劑摻量同樣會影響抗氯離子侵蝕性。水膠比越小，混凝土的抗氯離子侵蝕性越好，因為低水膠比可以使混凝土結構更加致密，阻礙氯離子的遷移。外加劑中的減水劑和膨脹劑能夠改善混凝土的孔結構，減少氯離子的滲透通道，從而提高抗氯離子侵蝕性。當外加劑摻量從0.8%增加到1.4%時，氯離子遷移系數降低了0.5×10?12m2/s左右。在鋼筋混凝土結構中，氯離子的侵蝕會導致鋼筋銹蝕，降低鋼筋與混凝土之間的粘結力，從而影響結構的耐久性。因此，提高超高性能再生細骨料混凝土的抗氯離子侵蝕性對于保證鋼筋混凝土結構的長期安全穩定運行具有重要意義。四、影響超高性能再生細骨料混凝土性能的因素分析4.1再生細骨料特性4.1.1粒徑與級配再生細骨料的粒徑和級配是影響超高性能再生細骨料混凝土性能的重要因素。不同粒徑的再生細骨料在混凝土中發揮著不同的作用。較小粒徑的再生細骨料能夠填充在較大粒徑骨料之間的空隙中，使混凝土的顆粒級配更加合理，從而提高混凝土的密實度。在混凝土拌合物中，粒徑較小的再生細骨料可以填充在粗骨料和水泥漿體之間的空隙，減少孔隙率，增強混凝土的抗壓強度和耐久性。研究表明，當再生細骨料的粒徑分布在0.16-2.36mm之間，且級配良好時，混凝土的抗壓強度可比級配不良時提高10%-15%。合理的級配能夠使再生細骨料在混凝土中形成緊密堆積結構，提高混凝土的工作性能和力學性能。良好的級配可以使混凝土拌合物中的骨料之間相互嵌鎖，減少骨料之間的相對滑動，從而提高混凝土的粘聚性和保水性。在澆筑過程中，粘聚性和保水性良好的混凝土能夠更好地保持其均勻性，避免出現離析和泌水現象，保證混凝土的施工質量。在力學性能方面，合理的級配能夠使混凝土在受力時更加均勻地傳遞應力，減少應力集中現象，從而提高混凝土的強度和韌性。當再生細骨料的級配符合標準要求時，混凝土的抗拉強度和抗彎強度也能得到顯著提高。如果再生細骨料的粒徑過大或過小，級配不合理，會導致混凝土的性能下降。粒徑過大的再生細骨料在混凝土中容易形成薄弱環節，在受力時容易產生裂縫，降低混凝土的強度。粒徑過小的再生細骨料則可能會增加混凝土的需水量，導致水膠比增大，從而降低混凝土的強度和耐久性。級配不合理會使混凝土的空隙率增大，影響混凝土的密實度，進而降低混凝土的力學性能和耐久性。當再生細骨料的級配不良時，混凝土的抗滲性和抗凍性會明顯下降，在潮濕環境或寒冷地區容易出現滲漏和凍融破壞等問題。4.1.2吸水率與孔隙率再生細骨料的吸水率和孔隙率對超高性能再生細骨料混凝土的性能有著顯著影響。再生細骨料的吸水率通常較高，一般在7%-12%之間，而天然砂的吸水率僅為1%-5%。這是由于再生細骨料在破碎過程中，表面附著的舊砂漿疏松多孔，且內部存在較多的微裂縫，導致其吸水性較強。高吸水率會使再生細骨料在混凝土攪拌過程中吸收大量的水分，從而影響混凝土的水膠比和工作性能。當再生細骨料吸收較多水分后，混凝土拌合物中的自由水減少，坍落度降低，流動性變差，不利于混凝土的攪拌、運輸和澆筑。在混凝土硬化過程中，由于再生細骨料內部水分的遷移和蒸發，會導致混凝土內部產生較大的應力，容易引起混凝土的收縮和開裂，降低混凝土的強度和耐久性。孔隙率方面，再生細骨料的孔隙率一般在44%-58%之間，高于天然砂。這些孔隙的存在不僅增加了再生細骨料的吸水率，還會降低其強度和彈性模量。在混凝土中，再生細骨料的孔隙會成為應力集中點，在受力時容易引發裂縫的產生和擴展，從而降低混凝土的力學性能。在承受壓力時，孔隙周圍的骨料更容易發生破壞，導致混凝土的抗壓強度下降。孔隙還會為外界有害物質的侵入提供通道，如氯離子、硫酸根離子等，加速混凝土的劣化，降低其耐久性。為了降低吸水率和孔隙率對混凝土性能的不利影響，可以采取一些措施。對再生細骨料進行預處理，如機械研磨、化學處理等。機械研磨可以去除再生細骨料表面的部分舊砂漿，減少孔隙數量，降低吸水率。化學處理則可以通過化學反應填充再生細骨料內部的孔隙，提高其密實度。在混凝土配合比設計中，適當增加水泥漿體的用量，以補償再生細骨料吸收的水分，保證混凝土的水膠比穩定。也可以通過添加外加劑，如減水劑、膨脹劑等，改善混凝土的工作性能和體積穩定性，減少因再生細骨料特性導致的混凝土性能劣化。4.1.3表面形態與雜質含量再生細骨料的表面形態和雜質含量同樣對超高性能再生細骨料混凝土的性能產生重要影響。再生細骨料的表面通常較為粗糙，且附著有舊砂漿，這種表面形態使其與水泥漿體的粘結性能相對較弱。粗糙的表面雖然在一定程度上增加了與水泥漿體的接觸面積，但由于舊砂漿的存在，舊砂漿與新水泥漿體之間的粘結強度較低，在混凝土受力時，容易在界面處產生裂縫，導致混凝土的強度下降。在混凝土承受拉力時，界面處的薄弱粘結容易使再生細骨料與水泥漿體分離，降低混凝土的抗拉強度。雜質含量方面，再生細骨料中可能含有泥土、粉塵、木屑、金屬等雜質。這些雜質的存在會影響混凝土的性能。泥土和粉塵會增加混凝土的需水量，降低混凝土的強度和耐久性。泥土和粉塵會吸附在水泥顆粒表面，阻礙水泥的水化反應，減少水泥漿體與骨料之間的粘結力。木屑等有機雜質則會在混凝土中分解，產生空隙，降低混凝土的密實度和強度。金屬雜質在混凝土中可能會發生銹蝕，導致體積膨脹，破壞混凝土的結構。因此，在使用再生細骨料前，需要對其進行嚴格的雜質控制。通過篩分、清洗等方法去除再生細骨料中的雜質。篩分可以去除較大粒徑的雜質，如木屑、金屬等。清洗則可以去除泥土、粉塵等細小雜質。根據相關標準，再生細骨料中的含泥量應不超過3%，泥塊含量應不超過1%。對于一些特殊工程，對雜質含量的要求可能更為嚴格。在實際生產和應用中，應加強對再生細骨料雜質含量的檢測，確保其符合標準要求，從而保證超高性能再生細骨料混凝土的性能。4.2配合比參數4.2.1水膠比水膠比是影響超高性能再生細骨料混凝土性能的關鍵因素之一。水膠比的大小直接決定了水泥漿體的稠度和硬化后的結構。當水膠比過大時，混凝土拌合物中的自由水過多，水泥漿體的流動性增大，這雖然在一定程度上改善了混凝土的工作性能，使其更容易攪拌、運輸和澆筑，但在混凝土硬化過程中，多余的水分會逐漸蒸發，留下大量的孔隙，導致混凝土的密實度降低。這些孔隙成為了混凝土內部的薄弱環節，在受力時容易引發裂縫的產生和擴展，從而降低混凝土的強度。研究表明，當水膠比從0.20增大到0.35時，超高性能再生細骨料混凝土的28d抗壓強度可能從120MPa降低到60MPa，抗壓強度下降幅度明顯。在耐久性方面，水膠比過大也會對混凝土產生不利影響。較大的水膠比使混凝土內部孔隙增多且連通性增強，外界的有害物質，如氯離子、硫酸根離子等，更容易侵入混凝土內部，加速混凝土的劣化。在海洋環境中，海水中的氯離子會通過孔隙滲透到混凝土內部，與鋼筋發生化學反應，導致鋼筋銹蝕，進而降低混凝土結構的耐久性。相反，當水膠比過小時，水泥漿體過于黏稠，混凝土拌合物的流動性變差，施工難度增大。在攪拌過程中，水泥漿體難以均勻地包裹骨料，導致混凝土的均勻性下降；在運輸和澆筑過程中，流動性差的混凝土容易出現堵塞管道、難以填充模板等問題，影響施工質量。水膠比過小還可能導致水泥水化反應不充分，部分水泥顆粒無法參與水化反應，從而無法充分發揮水泥的膠凝作用，影響混凝土的強度發展。合理水膠比的確定通常需要綜合考慮多方面因素。根據工程的設計強度要求，通過計算初步確定水膠比的范圍。可以參考相關的混凝土配合比設計規范和經驗公式，如鮑羅米公式，來計算滿足設計強度所需的水膠比。還需要結合混凝土的工作性能要求進行調整。如果工程對混凝土的流動性要求較高，如大體積混凝土的泵送施工，可能需要適當增大水膠比以保證混凝土能夠順利泵送，但同時要注意控制水膠比的上限，以確保混凝土的強度和耐久性。通過試驗驗證也是確定合理水膠比的重要環節。在實驗室中，按照初步確定的水膠比配制混凝土試件，測試其工作性能、力學性能和耐久性能，根據測試結果對水膠比進行優化調整，最終確定出滿足工程要求的合理水膠比。4.2.2砂率砂率是指砂的質量占砂、石總質量的百分比，它對超高性能再生細骨料混凝土的性能有著重要影響。當砂率過低時，混凝土中粗骨料的含量相對較多，而砂的含量不足。這會導致粗骨料之間的空隙無法被砂充分填充，水泥漿體也難以有效地包裹骨料，從而使混凝土的工作性能變差。在攪拌過程中，粗骨料容易相互碰撞、堆積，難以與水泥漿體均勻混合，導致混凝土的均勻性下降；在運輸和澆筑過程中，由于缺乏足夠的砂來填充粗骨料之間的空隙，混凝土的流動性降低，容易出現離析現象，即粗骨料與水泥漿體分離，影響混凝土的質量。在力學性能方面，砂率過低會使混凝土的內部結構不夠緊密，粗骨料之間的粘結力不足，在受力時容易產生裂縫，導致混凝土的強度降低。砂率過高同樣會對混凝土性能產生不利影響。當砂率過高時，砂的用量過多，而粗骨料的含量相對減少。過多的砂會增加混凝土的表面積，需要更多的水泥漿體來包裹砂粒，這不僅會增加水泥的用量，提高成本，還會使混凝土拌合物的流動性降低。過多的砂還會使混凝土的孔隙率增大，導致混凝土的密實度下降，從而降低混凝土的強度和耐久性。在耐久性方面，孔隙率增大使得外界有害物質更容易侵入混凝土內部，加速混凝土的劣化。合理砂率的確定依據主要包括混凝土的工作性能、力學性能和成本等因素。從工作性能角度考慮，需要保證混凝土具有良好的流動性、粘聚性和保水性。在實際工程中，可以通過試驗確定不同砂率下混凝土的坍落度、擴展度等工作性能指標，選擇能夠使混凝土工作性能滿足施工要求的砂率范圍。從力學性能角度考慮，要使混凝土具有足夠的強度和良好的耐久性。可以通過測試不同砂率下混凝土的抗壓強度、抗拉強度、抗滲性等力學性能和耐久性能指標，確定能夠使混凝土力學性能和耐久性達到最佳的砂率。還需要考慮成本因素，在保證混凝土性能的前提下，盡量選擇較低的砂率，以減少水泥和砂的用量，降低成本。在確定合理砂率時，通常采用試驗法。先根據經驗或相關規范初步確定一個砂率范圍，如35%-45%。然后在這個范圍內，按照一定的間隔設置多個砂率值，如35%、38%、41%、44%，配制不同砂率的混凝土試件。對這些試件進行工作性能測試，如坍落度、擴展度測試，觀察混凝土拌合物的流動性、粘聚性和保水性；進行力學性能測試，如抗壓強度、抗拉強度測試，以及耐久性能測試，如抗滲性、抗凍性測試。根據測試結果，綜合分析不同砂率對混凝土性能的影響，選擇能夠使混凝土各項性能達到最佳平衡的砂率作為合理砂率。4.2.3纖維摻量纖維在超高性能再生細骨料混凝土中起著重要的增強和增韌作用，其摻量對混凝土性能有著顯著影響。當纖維摻量較低時，纖維在混凝土中形成的增強網絡結構不夠完善，對混凝土性能的提升效果有限。在力學性能方面，混凝土的抗拉強度、抗彎強度和抗沖擊性能提高幅度較小。在承受拉力時，由于纖維數量不足，無法有效地阻止裂縫的產生和擴展，導致混凝土的抗拉強度較低；在受彎和沖擊荷載作用下，混凝土也容易出現裂縫和破壞，抗彎強度和抗沖擊性能較差。隨著纖維摻量的增加，纖維在混凝土中逐漸形成更加密集的三維網狀結構，能夠更好地發揮其增強和增韌作用。在抗拉性能方面，纖維可以跨越裂縫，承受裂縫發展產生的拉應力，有效地阻止裂縫的進一步擴展，從而顯著提高混凝土的抗拉強度。在抗彎性能方面，纖維能夠增強混凝土在受彎時的變形能力，使混凝土在出現裂縫后仍能保持一定的承載能力，提高抗彎強度。在抗沖擊性能方面，纖維可以吸收沖擊能量，延緩混凝土的破壞過程，提高混凝土的抗沖擊性能。然而，當纖維摻量過高時，會帶來一些負面影響。過高的纖維摻量會使混凝土拌合物的工作性能下降，流動性降低，粘聚性變差。這是因為纖維在混凝土中相互交織，增加了拌合物的內摩擦力，阻礙了混凝土的流動。在攪拌過程中，過高的纖維摻量會導致攪拌難度增大，難以使纖維均勻地分散在混凝土中；在運輸和澆筑過程中，流動性差的混凝土容易出現堵塞管道、難以填充模板等問題，影響施工質量。過高的纖維摻量還會增加混凝土的成本，在實際工程應用中需要綜合考慮成本因素。纖維的最佳摻量范圍通常需要通過試驗來確定。不同類型的纖維、不同的混凝土配合比以及不同的工程要求，都會影響纖維的最佳摻量。對于鍍銅直型鋼纖維在超高性能再生細骨料混凝土中的應用，一般來說，其最佳摻量范圍在1.5%-2.0%之間。在確定最佳摻量時，首先根據相關研究和經驗初步確定一個摻量范圍，如1.0%-2.5%。然后在這個范圍內，按照一定的間隔設置多個纖維摻量值，如1.0%、1.5%、2.0%、2.5%，配制不同纖維摻量的混凝土試件。對這些試件進行力學性能測試，如抗拉強度、抗彎強度、抗沖擊強度測試，以及工作性能測試，如坍落度、擴展度測試。根據測試結果，綜合分析不同纖維摻量對混凝土性能的影響，選擇能夠使混凝土力學性能得到顯著提升，同時工作性能滿足施工要求，且成本合理的纖維摻量作為最佳摻量。4.3制備與養護條件4.3.1攪拌與成型工藝攪拌工藝對超高性能再生細骨料混凝土的性能有著至關重要的影響。攪拌方式的選擇直接關系到混凝土各組分的均勻混合程度。自落式攪拌雖然在普通混凝土攪拌中應用廣泛，但對于超高性能再生細骨料混凝土而言，其攪拌效果存在局限性。自落式攪拌主要依靠物料的重力作用進行混合，對于再生細骨料這種表面粗糙、形狀不規則且與新水泥漿體粘結性能較弱的材料，難以實現均勻分散，容易導致混凝土中各組分分布不均，進而影響混凝土的性能。而強制式攪拌則通過攪拌葉片的高速旋轉，對物料施加強大的剪切力和擠壓力，使物料在短時間內達到均勻混合的效果。在攪拌超高性能再生細骨料混凝土時，強制式攪拌能夠更好地分散鋼纖維，使其在混凝土中均勻分布，充分發揮鋼纖維的增強作用。同時，強制式攪拌還能使再生細骨料與水泥漿體、外加劑等材料充分接觸，促進化學反應的進行，提高混凝土的密實度和強度。攪拌順序也不容忽視。先將水泥、再生細骨料和部分水進行預攪拌，使水泥漿體初步包裹再生細骨料，然后再加入剩余的水、外加劑和鋼纖維進行二次攪拌。這種攪拌順序可以使再生細骨料表面的舊砂漿充分濕潤，有利于新水泥漿體與舊砂漿之間的粘結，提高混凝土的界面強度。在二次攪拌時加入鋼纖維和外加劑，能夠使鋼纖維均勻地分散在混凝土中，外加劑也能更好地發揮其作用。攪拌時間和速度同樣對混凝土性能有重要影響。攪拌時間過短，混凝土各組分無法充分混合，導致混凝土的均勻性差，性能不穩定。一般來說，超高性能再生細骨料混凝土的攪拌時間應控制在3-5分鐘，以確保各組分充分混合。攪拌速度過快，會使混凝土拌合物受到過大的剪切力，可能導致鋼纖維的折斷和再生細骨料的破碎，影響混凝土的性能。合理的攪拌速度應根據攪拌機的類型和混凝土的配合比進行調整，通常在100-150轉/分鐘之間。成型工藝同樣會影響混凝土的密實度和性能。振動成型是利用振動設備產生的振動作用，使混凝土拌合物在振動過程中逐漸密實。振動設備通常采用插入式振動器、平板振動器或振動臺等。在使用插入式振動器時，應將振動器垂直插入混凝土拌合物中，插入深度應達到下層混凝土50-100mm，以確保上下層混凝土充分結合。振動時間一般為20-30秒，以混凝土表面不再出現氣泡、泛漿為準。振動成型能夠使混凝土中的骨料和水泥漿體在振動作用下重新排列，填充孔隙，提高混凝土的密實度。靜壓成型則是在一定的壓力下，將混凝土拌合物壓實成型。這種成型方法適用于制作形狀規則、尺寸較小的混凝土制品，如混凝土砌塊、預制板等。在靜壓成型過程中，壓力的大小對混凝土的密實度和性能有顯著影響。壓力過小，混凝土無法充分壓實，導致密實度低，強度不足。壓力過大，可能會使混凝土內部結構受到破壞，影響混凝土的耐久性。離心成型是將混凝土拌合物注入旋轉的模具中，在離心力的作用下，混凝土拌合物在模具內表面均勻分布并逐漸密實。離心成型主要用于制作管狀混凝土制品，如混凝土輸水管、電線桿等。離心速度和時間是影響離心成型混凝土質量的重要因素。離心速度過慢，混凝土無法充分密實，離心速度過快，會導致混凝土內部產生分層現象，影響混凝土的均勻性。離心時間過短，混凝土不能達到足夠的密實度，離心時間過長，則會增加生產成本。為了優化攪拌和成型工藝，可以采取以下措施。在攪拌工藝方面，根據混凝土的配合比和原材料特性，選擇合適的攪拌設備和攪拌方式。對于超高性能再生細骨料混凝土，優先選用強制式攪拌機。合理調整攪拌順序和攪拌時間，確保各組分充分混合。在成型工藝方面，根據混凝土制品的形狀、尺寸和性能要求，選擇合適的成型方法。對于大型混凝土構件，優先采用振動成型；對于小型混凝土制品，可根據實際情況選擇靜壓成型或離心成型。在成型過程中，嚴格控制成型壓力、振動頻率和時間等參數，確保混凝土的密實度和性能。4.3.2養護溫度與濕度養護溫度和濕度是影響超高性能再生細骨料混凝土性能的重要因素。在混凝土的養護過程中，溫度對水泥的水化反應速度有著顯著的影響。在一定范圍內，溫度升高能夠加速水泥的水化反應，使水泥更快地生成水化產物，填充混凝土內部的孔隙，從而促進混凝土強度的發展。當養護溫度在20-30℃之間時，水泥的水化反應較為活躍，混凝土的強度增長較快。研究表明，在這個溫度范圍內，超高性能再生細骨料混凝土的抗壓強度在7天內可達到設計強度的60%-70%，28天可達到設計強度的95%以上。然而，過高的養護溫度也會帶來一些負面影響。當溫度超過40℃時，水泥的水化反應速度過快，可能導致水泥水化產物的結晶形態發生變化，使混凝土內部結構變得疏松，降低混凝土的耐久性。高溫還可能導