进入21世纪，中国的旧房拆除产生的庞大混凝土固体废弃物备受关注。目前，中国处理建筑垃圾主要以填埋为主，再生回收利用率较低，这也不可避免地加剧了砂、石等天然骨料资源的枯竭^[1-3]。为了缓解这一突出矛盾，加速推进以混凝土固体废弃物为主要骨料的再生混凝土绿色产业，构建可持续混凝土原材料的新体系已经迫在眉睫^[4-5]。强度和耐久性能是混凝土结构的重要组成部分。以往的研究表明，使用再生骨料混凝土的强度与普通混凝土相差不大，但干燥收缩性能要比普通混凝土大，往往导致混凝土开裂，影响混凝土结构的耐久性。

在研究再生骨料混凝土干燥收缩性能方面，郭远臣等^[6]的研究表明，再生骨料和减水剂的添加可减小混凝土的接触角，增加了混凝土的干缩值。王磊^[7]、张兴才^[8]、肖建庄^[9]等对再生骨料替代率为0～100%的混凝土及配筋混凝土进行收缩测试发现，再生混凝土的干燥收缩率高于普通混凝土。Li等^[10-11]探讨了饱和再生细骨料（RFA）对砂浆养护过程的影响，利用解吸等温线研究饱和再生细骨料在不同相对湿度下水分的释放程度，结果表明：再生细骨料较细的粒径和较高的吸水性能使混凝土在前3天内能够更好地减少自收缩；同时，在砂浆拌合物与在水中比较，其再生细骨料的吸水程度更低。Ohno等^[12]改变环境相对湿度RH（40%、60%、80%）对不同骨料混凝土的干燥收缩性能进行研究，结果表明：随着环境相对湿度的加大，不同骨料混凝土的干燥收缩率变小，28 d以内早期龄期不同湿度环境干燥收缩率相差10×10^–6～50×10^–6。Takahashi等^[13]对低品质不同砂浆附着率再生粗骨料混凝土的干燥收缩性能研究得出，随着再生粗骨料砂浆附着率的增加，干燥收缩率有所增大，特别是吸水率较大的附着水泥砂浆再生粗骨料对混凝土的干燥收缩率影响较大。Yamada等^[14]对不同吸水率天然粗骨料收缩特性的研究表明，粗骨料的干燥收缩率与混凝土的干燥收缩率之间有着密切的相关性。Obata等^[15]针对不同吸水率天然粗骨料的释水特性对混凝土的干燥收缩性能的影响进行研究，结果表明，干燥收缩率较小的天然粗骨料因骨料自身刚度较大，能够有效约束水泥浆的干燥收缩。上述学者的研究一是针对再生粗骨料的取代率对混凝土最终宏观干燥收缩性能的定性研究及再生细骨料砂浆干燥收缩性能研究，二是针对普通天然骨料的收缩对混凝土干燥收缩性能的影响进行研究，未能从再生粗骨料及骨料自身的干燥收缩情况来探讨对混凝土干燥收缩性能的影响。

作者对再生粗骨料的释水特性进行研究，将粘贴应变片的再生粗骨料埋入混凝土中，直接测试混凝土在干燥收缩过程中内部再生粗骨料的收缩应变，通过不同湿度环境下再生粗骨料的应变与释水率之间的关系推算混凝土内部再生粗骨料的释水特性，最终确定混凝土的释水率与再生粗骨料释水率之间的关系，从而进一步明确粗骨料自身的干燥收缩对混凝土干燥收缩性能的影响。

1 试验材料与方法 1.1 粗、细骨料

试验用再生粗骨料取自某混凝土框架结构办公楼拆迁时产生的废弃混凝土，在现场收集10～20 cm大块混凝土后，经实验室鄂式破碎机反复破碎、筛分、组配成粒径为5～25 mm再生粗骨料，再用水清洗表面浮尘及杂质，自然晾干；天然粗骨料选用粒径为5～25 mm玄武岩类碎石，级配良好；细骨料为天然河沙，洁净，级配满足规范要求。表1为再生骨料及天然骨料的基本物理、力学性能。

1.2 水泥及其他材料

试验用水泥为阜新产P.O42.5普通硅酸盐水泥；减水剂为聚羧酸系高性能减水剂（掺量为胶凝材料用量的0.8%）；水为常用自来水。

1.3 混凝土配比设计

试验以不同粗骨料（再生骨料、天然骨料）为变量，设计了C30混凝土。因再生粗骨料吸水率相对较大，试验前使其提前吸水达到饱和面干状态。混凝土的坍落度控制在100 mm左右。为了避免混凝土中粗骨料的最大粒径及所占体积比例的差异对混凝土干缩性能产生的影响，试验将粗骨料粒径范围统一选为5～25 mm，粗骨料所占体积设定为400 L/m³。混凝土试件命名如下：再生粗骨料混凝土命名为RG，对比用天然骨料混凝土命名为NG，具体配合比及混凝土28 d龄期立方体抗压强度^[16]见表2。

1.4 试验方法 1.4.1 再生粗骨料吸释水试验

因再生粗骨料表面附着较多水泥砂浆，骨料的吸释水可能对骨料自身的膨胀及收缩产生较大的影响。再生粗骨料吸释水试验选用粒径20 mm左右的骨料，用角磨机将粘贴应变片（为了尽量降低应变片的粘贴对再生骨料干缩试验影响，选用敏感栅长3 mm、宽2 mm的应变片）位置磨平，清洗后放入70 ℃干燥箱中强制干燥48 h。干燥处理后，应变片粘贴面先用硅胶防水处理，应变片贴好后表面再用硅胶防水处理。考虑到粗骨料的选择及应变片粘贴位置可能对再生粗骨料的应变产生较大的影响，选择粗骨料时，有一部分是粘贴在再生粗骨料附着砂浆表面，另一部分是粘贴在再生粗骨料的天然骨料表面及全砂浆骨料表面，如图1所示。

粘贴应变片的粗骨料在20 ℃，RH＜5%的试验箱中静放3 d后分别放入20 ℃，RH为20%、40%、60%、80%、100%环境中进行吸水试验28 d，试验过程中一直测试再生粗骨料的应变及质量变化。吸水试验不同湿度每组测试20个骨料，取其平均值。吸水试验结束后，将不同湿度再生粗骨料全部浸泡在20 ℃水中3 d，取出擦拭后将饱和面干再生粗骨料又分别放回20 ℃，RH为20%、40%、60%、80%环境中进行释水试验28 d，并测试再生骨料的应变及质量变化。为了对比，天然粗骨料也进行相同试验。

1.4.2 混凝土干燥收缩与内部粗骨料收缩应变试验

不同粗骨料取代率对混凝土总体宏观体积干燥收缩性能影响的研究较多，但在混凝土干燥收缩过程中其内部粗骨料的收缩应变变化并不明确。为了探究混凝土在干燥收缩过程中内部不同粗骨料的应变变化，将粘贴应变片的再生粗骨料及对比用普通天然骨料埋入C30混凝土试件（100 mm×100 mm×515 mm）内部，根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GBT 50082—2009）^[17]相关规定进行干燥收缩试验。粘贴应变片的再生粗骨料及对比用普通天然骨料的埋入位置如图2所示。

试验中515 mm棱柱体内部中心处每隔150 mm共埋入4颗粘贴应变片的饱和面干粗骨料，试验结果每组取4个试件、共16颗粗骨料的应变数据的平均值。为了对比，除了测试混凝土干燥收缩率外，在试件两个侧表面中心处粘贴混凝土应变片测试混凝土干燥收缩应变。混凝土的干燥收缩率 $\varepsilon $ 定义为：

$\varepsilon = \frac{{{l_{\rm{0}}} - {l_{\rm{t}}}}}{{{l_{\rm{b}}}}}$

(1)

式中： ${l_0}$ 为试件长度初始读数，mm； ${l_{\rm{t}}}$ 为试验期 $t$ （单位：d）时测得的试件长度读数； ${l_{\rm{b}}}$ 为试件测量标距，mm。

2 结果与分析 2.1 吸释水环境下粗骨料的应变与饱和度

不同相对湿度环境下再生粗骨料及对比用天然骨料的应变情况如图3所示。为了对比同一环境条件下，吸水及释水时的应变情况，试验以相对湿度为100%时的应变为基准，每个湿度环境下的应变值为28 d吸水及释水稳定后的数值。从图3可以看出，同一环境下，再生粗骨料及对比用天然粗骨料的吸水及释水过程中应变曲线的趋势较接近，这也说明了这两种骨料在环境干湿发生的应变变化是相互可逆的。同时，相对湿度从20%～100%的变化过程中，在相对湿度RH为20%时，再生骨料及天然骨料的最大应变分别达到了900×10^–6和600×10^–6。在同一相对湿度环境下，再生粗骨料在吸释水过程中的应变值相对于天然粗骨料大，其主要原因在于，再生骨料表面附着较多的水泥砂浆，水泥砂浆表面具有较多的开孔，其吸水率相对较大，吸释水时产生较大的膨胀或收缩，导致骨料的应变变化相对较大。

图4为不同相对湿度环境下，从骨料的质量变化求出的骨料的饱和度。骨料的饱和度 $p$ 按式（2）计算：

$p = \frac{{{m_{{i}}} - {m_0}}}{{{m_{{\rm{max}}}} - {m_0}}} \times {{100{\text{%}} }}$

(2)

式中， ${m_{{i}}}$ 为某一平衡湿度骨料的质量， ${m_0}$ 为骨料的绝干质量， ${m_{{\rm{max}}}}$ 为骨料吸水饱和面干质量。图4可以看出，再生粗骨料及对比用天然骨料在吸释水过程中的饱和度变化曲线非常接近，吸释水过程中的饱和度同样可逆。同一相对湿度环境条件下，再生粗骨料的饱和度要高于天然粗骨料，是因为再生粗骨料与天然骨料在内部孔隙结构方面存在较大的差异。因再生骨料表面附着较多的水泥砂浆，水泥砂浆本身具有较多的孔隙，相比内部结构较致密的天然骨料，水分的移动更容易些。骨料的饱和度越大，其在某一相对湿度环境下被水所充实的程度就越高，后期混凝土干燥时释水量就越大，干燥收缩率也越大。

2.2 粗骨料的应变与释水率的关系

图5为在不同相对湿度条件下，根据粗骨料的应变与饱和度的关系求出的骨料的应变与释水率的关系。粗骨料的释水率 $ {D}_{\rm{{r}}} $ 由式（3）计算：

${D_{\rm{r}}} = 100 - P$

(3)

式中， $P$ 为某一相对湿度粗骨料的饱和度。

从图5可以看出，无论是再生骨料还是天然骨料，应变与释水率呈良好的线性关系，且再生粗骨料的释水率与应变的相关性要好于天然骨料，其相关系数R²达到了0.943，天然骨料为0.856。骨料的释水率越大，水分释水后收缩也越大；在相同释水率条件下，再生粗骨料的应变要大于天然粗骨料。无论是再生粗骨料还是对比用天然骨料，粗骨料的应变与释水率呈线性关系，在干燥环境下的早期阶段骨料从饱和面干状态开始释水，其收缩应变相对较小，但随着后期释水的不断推进，孔隙水释水后在孔壁内产生持续的收缩驱动力，收缩应变也会增大；相比天然骨料，再生粗骨料因表面附着多孔细水泥砂浆，吸水相对较多，保持释水时间较长，产生的收缩驱动力也会持续增大，导致收缩应变也会加大。

2.3 混凝土的干燥收缩与内部粗骨料的应变变化

混凝土及内部粘贴应变片粗骨料的干燥收缩率与龄期的关系如图6所示。

图6中，RC1为再生混凝土试件的干燥收缩率，RC2为混凝土试件侧面粘贴应变片的试验结果，RG为再生粗骨料的收缩应变结果，对比用天然骨料混凝土试件类似命名。从图6可以看出：再生骨料混凝土及对比用普通混凝土的干燥收缩率与混凝土表面收缩应变较接近，粗骨料的收缩应变要小于整体混凝土试件的收缩应变，且再生粗骨料及再生混凝土的收缩应变要大于天然骨料及普通混凝土的收缩应变，180 d龄期干燥收缩率分别相差200×10^–6和300×10^–6。图7为混凝土的质量损失与龄期的关系。由图7可以看出，再生混凝土及对比用普通混凝土180 d龄期的质量损失分别达到了6.58%和5.13%。

2.4 粗骨料的释水率对混凝土的干燥收缩性能的影响

影响混凝土内部粗骨科收缩应变的因素有2个：一是混凝土中水泥浆的干燥收缩对粗骨料产生收缩应力，二是粗骨料自身的干燥收缩。因水泥浆干燥时产生的收缩应力相对较小，且再生粗骨料的弹性模量较大，对粗骨料产生的应变相对有限，可以忽略。影响混凝土内部粗骨料收缩应变最主要的因素就是粗骨料自身的干燥收缩。将图6中骨料收缩应变的绝对值代入图5给出的骨料应变与释水率的关系拟合推导公式，可求出混凝土内部粗骨料的释水率，并结合图7中混凝土的质量损失率与龄期的关系，求出混凝土的释水率。混凝土的释水率C_DR由式（4）计算：

${C_{{\rm{DR}}}} = \frac{{{m_{{i}}}}}{{{m_{{\rm{180}}}}}} \times 100{\text{%}} $

(4)

式中， ${m_{{i}}}$ 为各龄期混凝土的质量损失， ${m_{{\rm{180}}}}$ 为180 d的总质量损失。

图8为混凝土的释水率与混凝土内部粗骨料释水率推算值间的关系。由图8可以看出：混凝土的释水率与混凝土内部粗骨料释水率推算值呈线性关系，且具有良好的相关性；普通混凝土的释水率与混凝土内部天然粗骨料的释水率较接近；再生混凝土的释水率大于混凝土内部再生粗骨料的释水率。

骨料的干燥收缩与混凝土的干燥收缩有着密切的相关性，在相对湿度60%的干燥环境下，混凝土内部相对湿度的变化较缓慢，粗骨料的释水速度也会相应降低，同一龄期骨料的收缩应变也会比混凝土要小。再生粗骨料的释水率小于混凝土的释水率，是因为再生粗骨料本身吸水率较大，制备混凝土时使再生骨料提前吸水达到饱和面干状态，处于干燥释水过程中，早期能够可持续释放水分的时间较长，使混凝土内部相对湿度变化较缓慢，骨料仍处于相对较高的湿度环境，释水率也会相对降低；天然粗骨料本身吸水率较小，随着周围环境的干燥，在混凝土内部可持续释水的时间相对要短，释水也会充分，也就导致天然粗骨料的释水率相对再生粗骨料的释水率大。

3 结　论

1） 再生粗骨料与天然粗骨料在吸释水过程中应变及饱和度曲线的趋势相对接近，两种骨料干湿产生的应变变化具有相互可逆趋势。

2） 再生粗骨料与天然粗骨料的释水率与应变呈线性关系，再生粗骨料的释水率与应变的相关性好于天然粗骨料。

3） 再生骨料混凝土与普通混凝土的干燥收缩长度变化率与混凝土表面收缩应变较接近，混凝土内部粗骨料的收缩应变要小于混凝土试件的收缩应变，再生粗骨料及再生混凝土的收缩应变要大于天然骨料及混凝土的收缩应变；两种混凝土试件180 d干燥收缩质量损失率均超过5%。

4） 普通混凝土的释水率与内部天然粗骨料释水率较接近，而再生混凝土的释水率大于内部再生粗骨料的释水率。