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摘 要：为研究冻融损伤混凝土再生利用条件，推进寒区再生骨料在实际工程中的应用，本文以C30混凝土为基准，探讨级配形式、再生骨料取代率、高效减水剂掺量和砂率对再生混凝土抗压强度的影响规律，分析寒区服役28 a的旧桥再生混凝土和试验室旧试块再生混凝土的力学性能。试验结果表明：再生骨料混凝土配合比设计时应采用连续级配形式;增加再生骨料取代率和砂率对再生混凝土抗压强度有负影响;高效减水剂可以有效地提高再生混凝土力学性能;当再生骨料取代率相同时，旧桥再生骨料混凝土28 d抗压强度比旧试块再生混凝土低17.05%，寒区再生骨料应用时应注意控制取代率。
关键词：再生混凝土;冻融循环;再生骨料取代率;级配;高效减水剂;砂率
中图分类号：U444 文献標识码：A 文章编号：1006-8023（2021）04-0102-08
Study on the Mechanical Properties of Recycled Aggregate Concrete
in Cold Region
WANG Pixiang1， GUO Huanyu2， ZHOU Man1
（1.Department of Civil and Ocean Engineering， Guangdong University of Technology， Guangzhou 510006， China;
2.School of Civil Engineering， Northeast Forestry University， Harbin 150040， China）
Abstract：In order to study the conditions for the recycling of concrete damaged by freezing and thawing， and to promote the application of recycled aggregates in cold areas in practical projects， this paper used C30 concrete as a benchmark to discuss the gradation form， the replacement rate of recycled aggregates， the amount of superplasticizer and the influence of sand rate on the compressive strength of recycled concrete， and the mechanical properties of recycled concrete from old bridges that had been in service for 28 years in cold areas and recycled concrete from old test blocks in the laboratory were analyzed. The test results showed that： continuous gradation should be used in the design of recycled aggregate concrete mix ratio; increasing the replacement rate of recycled aggregate and sand ratio had a negative impact on the compressive strength of recycled concrete; superplasticizer could effectively improve the mechanical properties of recycled concrete; when the replacement rate of recycled aggregate was the same， the 28-day compressive strength of recycled aggregate concrete of the old bridge was 17.05% lower than that of recycled concrete of the old test block. When using recycled aggregate in cold areas， attention should be paid to controlling the replacement rate.
Keywords：Recycled concrete; freeze-thaw cycle; replacement rate of recycled aggregate; gradation; superplasticizer; sand rate
收稿日期：2021-03-07
基金项目：国家自然科学基金项目（51708092）
第一作者简介：王丕祥，硕士，副教授。研究方向为道路与桥梁工程。E-mail： wangpixiang@126.com
引文格式：王丕祥， 郭环宇， 周嫚. 寒区再生骨料对再生混凝土力学性能影响研究[J].森林工程，2021，37（4）：102-109.
WANG P X， GUO H Y， ZHOU M. Study on the mechanical properties of recycled aggregate concrete in cold region[J]. Forest Engineering，2021，37（4）：102-109. 0 引言
随着我国城乡经济建设的不断推进，棚户区改造、旧危建筑物的拆除等建设活动不断深入，建筑垃圾大量产生，导致土地被占用、自然环境被污染。据统计，我国每年产生的建筑垃圾达到20亿t，但有效利用率还不足5%，远低于发达国家水平[1-2]。另一方面，我国建筑行业的发展迅猛，造成号石与河砂等建筑材料严重短缺，同时在生产过程中也造成自然资源的极大破坏[3]。目前学者们对再生混凝土进行了大量的研究，以期完善再生混凝土的各项工作性能、力学性能、变形性能和耐久性能等指标，实现再生混凝土在建筑行业的全面推广。罗伯光等[4]研究了粉煤灰、矿渣微粉以及硅灰单掺和双掺对再生混凝土抗压强度和抗折强度的影响规律，结果表明，3种矿物掺和料对再生混凝土的力学性能有积极的影响。孔祥清等[5]分析了混杂纤维对再生混凝土抗冲击性能的影响机理，试验结果表明，掺入体积分数1.5%的钢纤维与0.9%的聚丙烯纤维可以明显提高其冲击性能。郭凯等[6]研究了氧化石墨烯改性再生混凝土的抗冻融性能，通过冻融损伤的再生混凝土微观和宏观力学性能间的关系可知氧化石墨烯可以提高再生混凝土的抗冻性能。覃荷瑛等[7]采用NEL饱盐电导率法对不同再生粗骨料取代率的再生混凝土抗氯离子渗透性能进行了探讨，研究结果表明，再生粗骨料取代率的增加，使得抗氯离子渗透性能增强，渗透系数呈现减少的趋势。Yildirim 等[8]研究了含量和饱和度分别为0%、50%、100%的再生细骨料混凝土对混凝土抗冻性和干缩性能的影响，结果表明，经300次冻融循环后再生细骨料混凝土在50%饱和度和使用50%再生细骨料情况下抗冻性和干缩性能可与天然骨料混凝土媲美。
我国幅员辽阔，东北、华北、西北以及青藏高原等处于寒冷地区[9]，寒区的生态环境脆弱，破坏后不易修复，因此在这些地区积极推广再生混凝土的应用可以有效地保护自然环境和生态环境，同时可以积极促进地方经济的快速发展。建筑物在寒冷地区将会受到冻融循环的破坏，导致混凝土内部砂浆与骨料的界面黏结劣化，将冻融损伤的再生骨料应用到再生混凝土中对其力学性能的影响机理尚有待研究。本文收集试验室旧试块和寒区服役23 a的旧桥构件，并制作再生粗骨料。配制再生混凝土试件，分析不同再生骨料取代率、级配形式、高效减水剂掺量和砂率等参数对再生混凝土力学性能的影响机理，对比试验室旧试块与旧桥再生混凝土的抗压性能。研究成果以期为再生混凝土在寒区的应用推广提供数据支持，为寒区再生混凝土构件的全寿命设计理论提供参考。
1 试验介绍
1.1 试验材料
本次试验的目标是测试再生混凝土的力学性能，试验主要的原材料有普通硅酸盐水泥、天然骨料、再生粗骨料、细骨料和减水剂等。选用的水泥为小岭牌P.O42.5R普通硅酸盐水泥，基本参数指标见表1。细集料选用哈尔滨市所产中砂，细度模数为2.8，表观密度为2 761 kg/m3，级配等级Ⅱ级。天然粗骨料为4.75～26 mm连续级配的石灰石碎石，压碎值为9.1%，技术指标为Ⅱ类，表观密度为2 714 kg/m3。试验所用的再生骨料一部分选自严寒地区服役28 a的废旧桥梁，将废弃的混凝土构件（C30）运至试验室，另一部分再生骨料来源于试验室龄期为1 a的废旧立方体试块，统一采用颚式破碎方式进行混凝土破碎，并进行了再生骨料指标参数测定和筛分处理，颚式破碎机如图1所示，图2和图3分别为旧桥混凝土和试验室旧试块破碎后的再生粗骨料，表2为再生骨料的各项指标参数，图4为再生骨料连续级配图。试验所用减水剂为萘系高效减水剂，减水率为25%，含气量为2.7%。
1.2 试件制备
在试件配合比设计时，依据《普通混凝土力学性能试验方法》等规程要求进行[10]。由于再生骨料的表面附着部分旧水泥砂浆，其吸水过大，导致正常配制的混凝土工作性能较差，因此在制备再生混凝土试件时，首先将所用的再生骨料在水中浸泡4 h使骨料尽量饱水，捞起后使用热吹风机将骨料表面吹至无水干燥状态。再生混凝土拌和时将再生骨料和天然骨料混合物、砂、水泥依次加入搅拌机中干拌30 s，随后将水和减水剂加入至搅拌机中，搅拌120 s，然后将拌和好的混凝土倒入150 mm×150 mm×150 mm抗压强度测试模具中成型，1 d后脱模，并放入养护室内养护，待龄期至7 d和28 d取出在液压万能试验机上进行力学性能测试，试验过程如图5所示。再生混凝土力学性能试验依据国家标准《GBT 50081—2002普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，每一组配合比制作3个试块，取试验结果的均值作为每组再生混凝土力学性能的代表值[11-12]。再生混凝土的动弹性模量试验依据《JTG 3420—2020公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》进行，制作100 mm×100 mm×400 mm的棱柱体试块，每组3块取试验结果平均值作为最终试验结果。
本次试验选用基准强度为C30的普通混凝土。目前混凝土配合比设计的级配分为连续级配和间断级配，级配的选择决定混凝土中骨料间距、骨料界面过渡区和孔隙率等因素，因此级配的选择对再生混凝土强度起到关键作用，本文分别设计了连续级配和间断级配2种再生混凝土，连续级配中间粒径10～16 mm筛除，同时5～10 mm粒径骨料占粗骨料的60%，6～26.5 mm粒径骨料占粗骨料的40%[13]。后续试验在连续级配配合比基础上控制变量再生骨料取代率（0%、30%、50%、70%）、高效减水剂掺量（0%、1.2%、1.35%、1.5%）和砂率（37%、38%、39%）3个基准参数，分析各参数对再生混凝土力学性能的影响。表3为间断级配混凝土配合比，表4为连续级配混凝土配合比，需要指出的是表3和表4中的再生骨料来源于旧试块。
2 试验结果及数据分析
2.1 级配对再生混凝土抗压强度的影响
不同粒径的骨料在混凝土内部不规则排布，大粒径与小粒径之间相互填补空隙，并在水泥水化产物的胶凝作用下连接起来形成强度。不同级配形式会影响骨料间填充程度，影響混凝土的空隙率，进而制约混凝土的力学性能[14-15]。图6为不同骨料级配形式对再生混凝土力学性能的影响。 由图6可以看出，间断级配的再生混凝土的抗压强度明显低于连续级配的再生混凝土。在再生骨料取代率为30%时，间断级配再生混凝土7 d抗压强度为26.76 MPa，比连续级配再生混凝土7 d抗压强度低32.2%。间断级配再生混凝土28 d抗压强度为34.56 MPa，比连续级配再生混凝土28 d抗压强度低32.3%。再生骨料取代率为0%时，间断和连续级配再生混凝土28 d抗压强度分别为35.77和44.89 MPa，对比再生骨料取代率为70%时，间断和连续级配再生混凝土28 d抗压强度分别降低7.3%和8.1%，所以再生骨料取代率对连续级配再生混凝土力学性能影响更显著。综上所述，建议在配制再生混凝土时选用连续级配。
2.2 高效减水剂掺量对再生混凝土抗压强度影响
混凝土配合比设计时，为提高其工作性能需提高水灰比，但是过量的水又导致混凝土内部空隙率过大，影响力学和耐久性能。掺加高效减水剂，可以在适量水的前提下提高混凝土工作性能[16]。再生混凝土由于再生骨料吸水性较强，需加入高效减水剂以提高其工作性能。图7为不同高效减水剂掺入量对再生混凝土抗压强度的影响。
由图7可以看出，随着高效减水剂掺入量的增加，再生混凝土的抗压强度逐渐提高。当高效减水剂掺量由0.0%增长至1.5%时，试件C-30-38的7 d抗压强度由32.98 MPa提高至35.37 MPa。当高效减水剂掺量由0.0%增长至1.5%时，普通硅酸盐混凝土（C-0-38）28 d抗压强度增长了2.02%，再生混凝土（C-50-38）28 d抗压强度增长了8.41%，由此可以看出高效减水剂不但可以提高再生混凝土的工作性能，同时可以改善其内部空隙分布，进而有效地提高了再生混凝土的抗压强度，因此建议再生混凝土配合比设计时应掺入适量的高效减水剂。
2.3 砂率对再生混凝土抗压强度影响
砂作为细集料拌和进混凝土中可以填充粗骨料中的间隙，有效降低混凝土的空隙率。配合比設计中砂率较小时，不足以填充粗骨料产生的空隙;砂率较大时，将会有过剩的砂，进而对混凝土的孔隙率产生负面影响[17-20]。图8为不同砂率对再生混凝土抗压强度的影响。
由图8可以看出，较普通硅酸盐混凝土，砂率对再生混凝土抗压强度的影响不显著。当砂率由37%增加至39%时，普通硅酸盐混凝土（C-0-4）28 d抗压强度下降7.16%，再生混凝土（C-50-4）28 d抗压强度下降5.26%。随着砂率的增加，再生混凝土的抗压强度逐渐下降。当砂率为39%时，再生混凝土（C-70-4）28 d抗压强度为39.87 MPa，对比砂率为37%的再生混凝土抗压强度下降5.59%，因此再生混凝土设计时应尽量控制砂率，以保证混凝土内部骨料填充良好，提高其力学性能。
2.4 旧试块与旧桥再生混凝土力学性能对比分析
2.4.1 旧试块与旧桥再生骨料对抗压强度的影响
在寒冷地区服役的建筑物，将会受到冻融循环破坏，引起骨料与胶凝材料的界面黏结破坏，最终引起混凝土力学性能的下降[21-22]。冰冻作用引起混凝土损伤的与水泥浆与骨料的微结构有关。当水泥浆中毛细孔里的水开始结冰后，水的体积变大使孔隙体积扩大，同时挤压部分水分向外渗透，形成水压力，对水泥浆产生破坏应力。此外，水泥浆中还会产生毛细孔效应，水泥浆中的水按照受到的物理束缚强弱排序依次为毛细孔水、凝胶孔中吸附水、C-S-H（水化硅酸钙）结构中的层间水，受物理束缚越强水的冰点越低，凝胶空中的水甚至在-78 ℃时才会开始结冰[23]，因此，水泥浆在冰冻环境下受到束缚小的较大孔隙中的水先结冰，而凝胶孔中的水以远低于0 ℃的温度仍处于液态，由此造成了热力学失衡，驱使凝胶孔中水向较大孔隙中迁移、结冰，进一步造成膨胀应力的增大。骨料中的孔隙水在低温环境下同样会结冰产生膨胀应力，破坏骨料本身强度，与此同时水分从骨料中挤压出来，对骨料与砂浆间的界面过渡区造成损伤。因此，寒区旧桥混凝土破碎得到的再生骨料制拌成再生混凝土后抗压强度较试验室试块再生混凝土大幅度降低。
为探讨寒区再生骨料制备的再生混凝土的力学性能状态，本文以再生混凝土（C-38-4）为基准，将试验室旧试块产出的再生骨料全部替换为寒区服役28 a的旧桥产出的再生骨料。图9为旧试块与旧桥再生混凝土抗压强度对比。
由图9可知，随着再生骨料取代率的增加，旧桥再生骨料混凝土和旧试块再生混凝土抗压强度均降低。旧桥再生骨料混凝土的抗压强度低于同龄期的旧试块再生骨料混凝土，当再生骨料取代率为30%时，旧桥再生骨料混凝土28 d抗压强度为39.06 MPa，比旧试块再生混凝土28 d抗压强度低17.05%。试验结果表明，在严寒地区受到过冻融循环后的再生骨料性能下降明显。
2.4.2 旧试块与旧桥再生骨料对动弹性模量的影响
混凝土的动弹性模量是衡量混凝土性能的重要指标，为探究经冻融循环的旧桥再生混凝土和试验室旧试块再生混凝土对动弹性模量的影响，对再生混凝土（C-38-4）以共振法进行动弹性模量试验。图10为旧试块与旧桥再生混凝土动弹性模量对比。由图10可知，随着取代率的增加，旧桥与旧试块再生混凝土的动弹性模量变化规律与抗压强度变化规律相似，当再生骨料取代率为30%时，旧桥再生骨料混凝土28 d动弹性模量为38.03 MPa，比旧试块再生混凝土28 d动弹性模量低8.01%。当再生骨料取代率为50%与70%时，旧桥再生骨料混凝土动弹性模量较比旧试块再生混凝土动弹性模量分别低8.51%和9.01%。试验得到了与抗压强度试验结果相同的结论，经过冻融循环后的再生骨料混凝土在实际工程应用时应注意控制取代率。
3 结论
本文以C30混凝土为基准，探讨了级配形式、再生骨料取代率、高效减水剂掺量和砂率对再生混凝土抗压强度的影响规律，分析了寒区服役28 a的旧桥再生混凝土和试验室旧试块再生混凝土的力学性能，并得到如下结论。 （1）在再生骨料取代率为30%时，间断级配再生混凝土28 d抗压强度为34.56 MPa，比连续级配再生混凝土28 d抗压强度低32.3%，建议在配制再生混凝土时选用连续级配。
（2）当高效减水剂掺量由0.0%增长至1.5%时，普通硅酸盐混凝土（C-0-38）28 d抗压强度增长了2.02%，再生混凝土（C-50-38）28 d抗压强度增长了8.41%，再生混凝土配合比设计时应掺入适量的高效减水剂。
（3）当砂率由37%增加至39%时，普通硅酸盐混凝土（C-0-4）28 d抗压强度下降7.16%，再生混凝土（C-50-4）28 d抗压强度下降5.26%，再生混凝土配合比设计应控制砂率。
（4）当再生骨料取代率为30%时，旧桥再生骨料混凝土28 d抗压强度为39.06 MPa，比旧试块再生混凝土28 d抗压强度低17.05%，旧桥再生骨料混凝土的动弹性模量比旧试块再生骨料混凝土的动弹性模量低8.01%，且随着取代率的增加两者动弹性模量差距逐渐增大，说明在严寒地区受到过冻融循环后的再生骨料性能下降明显，在应用到再生混凝土中时应注意控制取代率。
【参 考 文 献】
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引文格式：王丕祥， 郭环宇， 周嫚. 寒区再生骨料对再生混凝土力学性能影响研究[J].森林工程，2021，37（4）：102-109.
WANG P X， GUO H Y， ZHOU M. Study on the mechanical properties of recycled aggregate concrete in cold region[J]. Forest Engineering，2021，37（4）：102-109. 0 引言
随着我国城乡经济建设的不断推进，棚户区改造、旧危建筑物的拆除等建设活动不断深入，建筑垃圾大量产生，导致土地被占用、自然环境被污染。据统计，我国每年产生的建筑垃圾达到20亿t，但有效利用率还不足5%，远低于发达国家水平[1-2]。另一方面，我国建筑行业的发展迅猛，造成号石与河砂等建筑材料严重短缺，同时在生产过程中也造成自然资源的极大破坏[3]。目前学者们对再生混凝土进行了大量的研究，以期完善再生混凝土的各项工作性能、力学性能、变形性能和耐久性能等指标，实现再生混凝土在建筑行业的全面推广。罗伯光等[4]研究了粉煤灰、矿渣微粉以及硅灰单掺和双掺对再生混凝土抗压强度和抗折强度的影响规律，结果表明，3种矿物掺和料对再生混凝土的力学性能有积极的影响。孔祥清等[5]分析了混杂纤维对再生混凝土抗冲击性能的影响机理，试验结果表明，掺入体积分数1.5%的钢纤维与0.9%的聚丙烯纤维可以明显提高其冲击性能。郭凯等[6]研究了氧化石墨烯改性再生混凝土的抗冻融性能，通过冻融损伤的再生混凝土微观和宏观力学性能间的关系可知氧化石墨烯可以提高再生混凝土的抗冻性能。覃荷瑛等[7]采用NEL饱盐电导率法对不同再生粗骨料取代率的再生混凝土抗氯离子渗透性能进行了探讨，研究结果表明，再生粗骨料取代率的增加，使得抗氯离子渗透性能增强，渗透系数呈现减少的趋势。Yildirim 等[8]研究了含量和饱和度分别为0%、50%、100%的再生细骨料混凝土对混凝土抗冻性和干缩性能的影响，结果表明，经300次冻融循环后再生细骨料混凝土在50%饱和度和使用50%再生细骨料情况下抗冻性和干缩性能可与天然骨料混凝土媲美。
我国幅员辽阔，东北、华北、西北以及青藏高原等处于寒冷地区[9]，寒区的生态环境脆弱，破坏后不易修复，因此在这些地区积极推广再生混凝土的应用可以有效地保护自然环境和生态环境，同时可以积极促进地方经济的快速发展。建筑物在寒冷地区将会受到冻融循环的破坏，导致混凝土内部砂浆与骨料的界面黏结劣化，将冻融损伤的再生骨料应用到再生混凝土中对其力学性能的影响机理尚有待研究。本文收集试验室旧试块和寒区服役23 a的旧桥构件，并制作再生粗骨料。配制再生混凝土试件，分析不同再生骨料取代率、级配形式、高效减水剂掺量和砂率等参数对再生混凝土力学性能的影响机理，对比试验室旧试块与旧桥再生混凝土的抗压性能。研究成果以期为再生混凝土在寒区的应用推广提供数据支持，为寒区再生混凝土构件的全寿命设计理论提供参考。
1 试验介绍
1.1 试验材料
本次试验的目标是测试再生混凝土的力学性能，试验主要的原材料有普通硅酸盐水泥、天然骨料、再生粗骨料、细骨料和减水剂等。选用的水泥为小岭牌P.O42.5R普通硅酸盐水泥，基本参数指标见表1。细集料选用哈尔滨市所产中砂，细度模数为2.8，表观密度为2 761 kg/m3，级配等级Ⅱ级。天然粗骨料为4.75～26 mm连续级配的石灰石碎石，压碎值为9.1%，技术指标为Ⅱ类，表观密度为2 714 kg/m3。试验所用的再生骨料一部分选自严寒地区服役28 a的废旧桥梁，将废弃的混凝土构件（C30）运至试验室，另一部分再生骨料来源于试验室龄期为1 a的废旧立方体试块，统一采用颚式破碎方式进行混凝土破碎，并进行了再生骨料指标参数测定和筛分处理，颚式破碎机如图1所示，图2和图3分别为旧桥混凝土和试验室旧试块破碎后的再生粗骨料，表2为再生骨料的各项指标参数，图4为再生骨料连续级配图。试验所用减水剂为萘系高效减水剂，减水率为25%，含气量为2.7%。
1.2 试件制备
在试件配合比设计时，依据《普通混凝土力学性能试验方法》等规程要求进行[10]。由于再生骨料的表面附着部分旧水泥砂浆，其吸水过大，导致正常配制的混凝土工作性能较差，因此在制备再生混凝土试件时，首先将所用的再生骨料在水中浸泡4 h使骨料尽量饱水，捞起后使用热吹风机将骨料表面吹至无水干燥状态。再生混凝土拌和时将再生骨料和天然骨料混合物、砂、水泥依次加入搅拌机中干拌30 s，随后将水和减水剂加入至搅拌机中，搅拌120 s，然后将拌和好的混凝土倒入150 mm×150 mm×150 mm抗压强度测试模具中成型，1 d后脱模，并放入养护室内养护，待龄期至7 d和28 d取出在液压万能试验机上进行力学性能测试，试验过程如图5所示。再生混凝土力学性能试验依据国家标准《GBT 50081—2002普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，每一组配合比制作3个试块，取试验结果的均值作为每组再生混凝土力学性能的代表值[11-12]。再生混凝土的动弹性模量试验依据《JTG 3420—2020公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》进行，制作100 mm×100 mm×400 mm的棱柱体试块，每组3块取试验结果平均值作为最终试验结果。
本次试验选用基准强度为C30的普通混凝土。目前混凝土配合比设计的级配分为连续级配和间断级配，级配的选择决定混凝土中骨料间距、骨料界面过渡区和孔隙率等因素，因此级配的选择对再生混凝土强度起到关键作用，本文分别设计了连续级配和间断级配2种再生混凝土，连续级配中间粒径10～16 mm筛除，同时5～10 mm粒径骨料占粗骨料的60%，6～26.5 mm粒径骨料占粗骨料的40%[13]。后续试验在连续级配配合比基础上控制变量再生骨料取代率（0%、30%、50%、70%）、高效减水剂掺量（0%、1.2%、1.35%、1.5%）和砂率（37%、38%、39%）3个基准参数，分析各参数对再生混凝土力学性能的影响。表3为间断级配混凝土配合比，表4为连续级配混凝土配合比，需要指出的是表3和表4中的再生骨料来源于旧试块。
2 试验结果及数据分析
2.1 级配对再生混凝土抗压强度的影响
不同粒径的骨料在混凝土内部不规则排布，大粒径与小粒径之间相互填补空隙，并在水泥水化产物的胶凝作用下连接起来形成强度。不同级配形式会影响骨料间填充程度，影響混凝土的空隙率，进而制约混凝土的力学性能[14-15]。图6为不同骨料级配形式对再生混凝土力学性能的影响。 由图6可以看出，间断级配的再生混凝土的抗压强度明显低于连续级配的再生混凝土。在再生骨料取代率为30%时，间断级配再生混凝土7 d抗压强度为26.76 MPa，比连续级配再生混凝土7 d抗压强度低32.2%。间断级配再生混凝土28 d抗压强度为34.56 MPa，比连续级配再生混凝土28 d抗压强度低32.3%。再生骨料取代率为0%时，间断和连续级配再生混凝土28 d抗压强度分别为35.77和44.89 MPa，对比再生骨料取代率为70%时，间断和连续级配再生混凝土28 d抗压强度分别降低7.3%和8.1%，所以再生骨料取代率对连续级配再生混凝土力学性能影响更显著。综上所述，建议在配制再生混凝土时选用连续级配。
2.2 高效减水剂掺量对再生混凝土抗压强度影响
混凝土配合比设计时，为提高其工作性能需提高水灰比，但是过量的水又导致混凝土内部空隙率过大，影响力学和耐久性能。掺加高效减水剂，可以在适量水的前提下提高混凝土工作性能[16]。再生混凝土由于再生骨料吸水性较强，需加入高效减水剂以提高其工作性能。图7为不同高效减水剂掺入量对再生混凝土抗压强度的影响。
由图7可以看出，随着高效减水剂掺入量的增加，再生混凝土的抗压强度逐渐提高。当高效减水剂掺量由0.0%增长至1.5%时，试件C-30-38的7 d抗压强度由32.98 MPa提高至35.37 MPa。当高效减水剂掺量由0.0%增长至1.5%时，普通硅酸盐混凝土（C-0-38）28 d抗压强度增长了2.02%，再生混凝土（C-50-38）28 d抗压强度增长了8.41%，由此可以看出高效减水剂不但可以提高再生混凝土的工作性能，同时可以改善其内部空隙分布，进而有效地提高了再生混凝土的抗压强度，因此建议再生混凝土配合比设计时应掺入适量的高效减水剂。
2.3 砂率对再生混凝土抗压强度影响
砂作为细集料拌和进混凝土中可以填充粗骨料中的间隙，有效降低混凝土的空隙率。配合比設计中砂率较小时，不足以填充粗骨料产生的空隙;砂率较大时，将会有过剩的砂，进而对混凝土的孔隙率产生负面影响[17-20]。图8为不同砂率对再生混凝土抗压强度的影响。
由图8可以看出，较普通硅酸盐混凝土，砂率对再生混凝土抗压强度的影响不显著。当砂率由37%增加至39%时，普通硅酸盐混凝土（C-0-4）28 d抗压强度下降7.16%，再生混凝土（C-50-4）28 d抗压强度下降5.26%。随着砂率的增加，再生混凝土的抗压强度逐渐下降。当砂率为39%时，再生混凝土（C-70-4）28 d抗压强度为39.87 MPa，对比砂率为37%的再生混凝土抗压强度下降5.59%，因此再生混凝土设计时应尽量控制砂率，以保证混凝土内部骨料填充良好，提高其力学性能。
2.4 旧试块与旧桥再生混凝土力学性能对比分析
2.4.1 旧试块与旧桥再生骨料对抗压强度的影响
在寒冷地区服役的建筑物，将会受到冻融循环破坏，引起骨料与胶凝材料的界面黏结破坏，最终引起混凝土力学性能的下降[21-22]。冰冻作用引起混凝土损伤的与水泥浆与骨料的微结构有关。当水泥浆中毛细孔里的水开始结冰后，水的体积变大使孔隙体积扩大，同时挤压部分水分向外渗透，形成水压力，对水泥浆产生破坏应力。此外，水泥浆中还会产生毛细孔效应，水泥浆中的水按照受到的物理束缚强弱排序依次为毛细孔水、凝胶孔中吸附水、C-S-H（水化硅酸钙）结构中的层间水，受物理束缚越强水的冰点越低，凝胶空中的水甚至在-78 ℃时才会开始结冰[23]，因此，水泥浆在冰冻环境下受到束缚小的较大孔隙中的水先结冰，而凝胶孔中的水以远低于0 ℃的温度仍处于液态，由此造成了热力学失衡，驱使凝胶孔中水向较大孔隙中迁移、结冰，进一步造成膨胀应力的增大。骨料中的孔隙水在低温环境下同样会结冰产生膨胀应力，破坏骨料本身强度，与此同时水分从骨料中挤压出来，对骨料与砂浆间的界面过渡区造成损伤。因此，寒区旧桥混凝土破碎得到的再生骨料制拌成再生混凝土后抗压强度较试验室试块再生混凝土大幅度降低。
为探讨寒区再生骨料制备的再生混凝土的力学性能状态，本文以再生混凝土（C-38-4）为基准，将试验室旧试块产出的再生骨料全部替换为寒区服役28 a的旧桥产出的再生骨料。图9为旧试块与旧桥再生混凝土抗压强度对比。
由图9可知，随着再生骨料取代率的增加，旧桥再生骨料混凝土和旧试块再生混凝土抗压强度均降低。旧桥再生骨料混凝土的抗压强度低于同龄期的旧试块再生骨料混凝土，当再生骨料取代率为30%时，旧桥再生骨料混凝土28 d抗压强度为39.06 MPa，比旧试块再生混凝土28 d抗压强度低17.05%。试验结果表明，在严寒地区受到过冻融循环后的再生骨料性能下降明显。
2.4.2 旧试块与旧桥再生骨料对动弹性模量的影响
混凝土的动弹性模量是衡量混凝土性能的重要指标，为探究经冻融循环的旧桥再生混凝土和试验室旧试块再生混凝土对动弹性模量的影响，对再生混凝土（C-38-4）以共振法进行动弹性模量试验。图10为旧试块与旧桥再生混凝土动弹性模量对比。由图10可知，随着取代率的增加，旧桥与旧试块再生混凝土的动弹性模量变化规律与抗压强度变化规律相似，当再生骨料取代率为30%时，旧桥再生骨料混凝土28 d动弹性模量为38.03 MPa，比旧试块再生混凝土28 d动弹性模量低8.01%。当再生骨料取代率为50%与70%时，旧桥再生骨料混凝土动弹性模量较比旧试块再生混凝土动弹性模量分别低8.51%和9.01%。试验得到了与抗压强度试验结果相同的结论，经过冻融循环后的再生骨料混凝土在实际工程应用时应注意控制取代率。
3 结论
本文以C30混凝土为基准，探讨了级配形式、再生骨料取代率、高效减水剂掺量和砂率对再生混凝土抗压强度的影响规律，分析了寒区服役28 a的旧桥再生混凝土和试验室旧试块再生混凝土的力学性能，并得到如下结论。 （1）在再生骨料取代率为30%时，间断级配再生混凝土28 d抗压强度为34.56 MPa，比连续级配再生混凝土28 d抗压强度低32.3%，建议在配制再生混凝土时选用连续级配。
（2）当高效减水剂掺量由0.0%增长至1.5%时，普通硅酸盐混凝土（C-0-38）28 d抗压强度增长了2.02%，再生混凝土（C-50-38）28 d抗压强度增长了8.41%，再生混凝土配合比设计时应掺入适量的高效减水剂。
（3）当砂率由37%增加至39%时，普通硅酸盐混凝土（C-0-4）28 d抗压强度下降7.16%，再生混凝土（C-50-4）28 d抗压强度下降5.26%，再生混凝土配合比设计应控制砂率。
（4）当再生骨料取代率为30%时，旧桥再生骨料混凝土28 d抗压强度为39.06 MPa，比旧试块再生混凝土28 d抗压强度低17.05%，旧桥再生骨料混凝土的动弹性模量比旧试块再生骨料混凝土的动弹性模量低8.01%，且随着取代率的增加两者动弹性模量差距逐渐增大，说明在严寒地区受到过冻融循环后的再生骨料性能下降明显，在应用到再生混凝土中时应注意控制取代率。
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