《Results in Engineering》：Comparative experimental study of recycled concrete: Effects of recycled aggregate type, pre-treatment method, and water compensation strategy
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摘要：再生骨料混凝土的性能受到骨料处理和水补偿的强烈影响，但这些影响通常因各自独立研究而难以比较。因此，本研究考察了以再生砖骨料和再生混凝土骨料（RCA）完全替代天然粗骨料的混凝土，其中包括未经处理的RCA以及通过机械磨损、碳化和疏水浸渍处理的RCA。研究考虑
摘要：再生骨料混凝土的性能受到骨料处理和水补偿的强烈影响，但这些影响通常因各自独立研究而难以比较。因此，本研究考察了以再生砖骨料和再生混凝土骨料（RCA）完全替代天然粗骨料的混凝土，其中包括未经处理的RCA以及通过机械磨损、碳化和疏水浸渍处理的RCA。研究考虑了三种水补偿方法：饱和面干（SSD）、烘干并附加水分（OD），以及烘干骨料与高效减水剂（SP）的组合策略。SSD和OD产生了非常相似的强度和模量，差异大多在5%以下。相比之下，组合SP策略恢复了和易性并将抗压强度提高了高达19.5%，尽管响应随骨料类型而变化。由未经处理、磨损和碳化RCA制成的混凝土达到与天然骨料混凝土相当的强度水平，且最佳配合比超过基准5.2%。砖骨料混凝土总体上表现出最低的强度和刚度，而疏水浸渍虽降低了吸水率却略微降低了强度。在28天时，静态和动态弹性模量呈线性相关，且基于密度的模型给出了最接近的静态模量估算，本数据集的平均绝对百分比误差（MAPE）为3.2%–3.9%。对骨料预处理的不同响应凸显了在同一试验框架内评估处理和水补偿策略的重要性。
再生混凝土的研究背景与核心问题：提升建筑行业可持续性的关键策略在于增加再生混凝土（RC）的使用，以替代天然材料，实现资源节约、能耗降低、填埋需求减少及CO?减排。然而，再生骨料混凝土相较于传统混凝土，其力学性能往往因附着旧砂浆的多孔性而显著降低。文献中已提出多种再生混凝土骨料（RCA）增强方法，主要分为两类：强化附着砂浆（如加速碳化、浸渍、生物沉积、涂层）和去除附着砂浆（如机械处理、热处理、超声清洗、溶液预浸泡）。但已有研究大多将骨料预处理方法与水补偿策略分开研究，结果因材料、配合比及试验条件不同而难以横向对比。针对这一空白，研究人员设计了统一的试验框架，系统考察六种再生粗骨料（两种再生砖骨料RBA、未经处理的RCA以及经机械磨损、加速碳化或疏水浸渍处理的RCA）在三种水补偿策略（饱和面干SSD、烘干附加水OD以及烘干骨料与高效减水剂SP组合）下，对再生混凝土和易性、抗压强度及弹性模量的联合影响，旨在为骨料类型、预处理和水补偿策略的共同作用提供直接的比较依据，并为实际工程中是否需要预湿、组合SP策略是否可行等问题提供指导。研究成果发表于《Results in Engineering》。
主要技术方法：研究人员在同一试验框架内，采用全因子对比设计，制备了19组混凝土配合比，其中天然粗骨料100%被再生骨料替代，水泥用量350 kg/m3、拌合水192.5 kg/m3固定，通过绝对体积法设计配合比以达到目标流动度（450±30 mm）。RCA预处理方法包括基于实验室规模自磨机的机械磨损（41 rpm旋转2.5 h）、在CO?浓度40%、温度50°C条件下加速碳化6 h（CO?吸收率1.29%），以及基于硅烷-硅氧烷疏水剂浸渍1 h后60°C干燥2天。水补偿策略包括SSD预湿、OD附加水（按10 min吸水率计）和SP组合（不附加水，通过高效减水剂调节和易性）。通过跳桌试验、抗压强度试验（7/28/56/91天）、静弹性模量试验（28天）及超声波脉冲速度法测动态弹性模量，同时采用酸溶解法（DIN 52170-4:2023）量化附着砂浆含量。
3.1 和易性：SSD和OD策略下所有RCA混凝土均达到目标流动度等级F3，而含穿孔砖骨料的混凝土流动度下降；SP策略通过改善颗粒分散有效恢复了和易性，使BCp-SP达到约420 mm流动值。3.2 体积密度：SP混合料因颗粒分散和堆积改善表现出更高体积密度（提升3.1%–6.7%）；SSD/OD策略下混凝土密度与粗骨料密度呈线性关系（ρ_fc=0.1435ρ_ca+1942）。3.3 抗压强度：SSD和OD差异均低于5%；SP策略使各再生混凝土强度提高，其中BCp提升达19.5%；RCa-SP平均强度超过NAC 5.2%，而BCp-SP仍为最低（-21.3%）。机械磨损和碳化处理提高了RCA混凝土强度，疏水浸渍则降低约2%。3.4 静弹性模量：SP组合策略使RCu-SP和RCa-SP达到31 GPa，与NAC相同；RBA混凝土静弹性模量整体低于RCA混凝土。3.5 动态弹性模量：随时间增长，SP混合料动态模量高于SSD/OD，但RCi例外；机械磨损（RCa）动态模量最高，但仍低于NAC约5%。3.6 动静弹性模量关系：两者呈线性关系（E_dyn=1.3E_stat-0.07，R2=0.8843）。3.7 静弹性模量与抗压强度关系：标准模型高估了100%替代率下的静弹性模量；基于密度模型的CEB-FIP预测最准确，内部数据集MAPE为3.2%。
讨论与结论：与文献对比表明，碳化处理对28天抗压强度的提升范围为+2%至+28%，本研究为+12.4%；机械磨损效果差异大（+8.8%至+113%），本研究为+14.2%；硅烷浸渍结果不一，本研究为-2%。研究结论指出：SSD与OD在强度和模量上差异低于5%，而SP组合策略在无需骨料预饱和或附加水的情况下恢复了和易性并提高抗压强度达19.5%；未经处理、磨损和碳化RCA混凝土强度可媲美NAC，其中最佳超出5.2%；砖骨料混凝土性能最低；机械磨损和碳化是有效预处理方法，而疏水浸渍虽降低吸水率却使强度下降约2%；28天静动态弹性模量线性相关，密度模型预测最准确（内部MAPE 3.2%–3.9%）。工程启示方面，机械磨损和加速碳化可改善抗压强度，SP与烘干骨料组合可替代预饱和实现目标和易性；但这些结论仅限于力学性能，耐久性、处理成本和能耗需进一步研究。微观层面，ITZ的微结构和微观力学性能受骨料类型、改性方法和减水剂影响的机理仍需深入探索。
