0 引言
随着城市化进程的加快及建筑行业的快速发展，日益增多的建筑废弃物占用了大量土地资源，产生不容忽视的环境问题
[1-2]。再生骨料混凝土（RAC）是将建筑废弃混凝土破碎后形成的再生骨料（RA）部分或全部替代天然骨料（natural aggregate，NA）制备而成的建筑材料。RA的使用不仅能有效解决天然骨料资源短缺问题，还能实现建筑废弃物的资源化利用
[3]。但在实际破碎过程中RA会产生许多裂缝，且表面常附着老旧砂浆，多孔结构及薄弱界面会显著劣化其物理、力学及耐久性能，导致RAC性能普遍低于普通混凝土
[4]，在实际工程中的推广和应用受到限制。
为改善RAC性能，学者对纤维增强RAC技术开展了广泛研究。目前常用于提升RAC性能的纤维有钢纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维等，这些纤维通过在混凝土中桥接裂缝及削弱裂纹尖端应力等方式，提高RAC的力学性能和耐久性能
[5-6]。此外，剑麻纤维、竹原纤维、椰壳纤维等植物纤维也被用于强化RAC性能，但在混凝土碱性环境下植物纤维易水解和矿化
[7]，导致性能退化，降低对RAC性能的优化效果。近年来，晶须作为一种稳定的微米级单晶纤维材料，成为水泥基增强材料领域的研究热点。牛旭婧等
[8]研究发现，碳化硅晶须可通过成核效应、填充效应及桥接阻裂作用，显著提升混凝土28 d抗压强度与抗拉强度。汪小庆等
[9]研究表明，硫酸钙晶须在混凝土基体中可被水泥浆体包裹形成空间骨架结构，并通过填充微孔优化基体的致密性，从而显著提高混凝土的力学性能。ZHONG等
[10]研究表明，硫酸钙晶须（CW）最佳掺量为2%，与同类型未掺加晶须的RAC相比，抗压强度提高15%、劈裂抗拉强度提高38.75%。CAO等
[11-12]、LI等
[13]研究表明，CW通过填充、裂纹偏转及桥联效应提升材料的力学性能和抗裂性能。张卓森等
[14]研究表明，CW掺入的体积分数为0.15%～0.2%时，可显著提高各龄期风积沙混凝土的力学性能。研究发现，通过湿法碳化技术，利用细再生混凝土废料即可制备CW
[15]。CW来源广泛，机械性能优异，且制备成本低廉。将CW用于增强RAC性能，为RAC性能优化提供了新思路。
鉴于此，本文以RAC为研究对象，探究不同CW掺量及RA替代率对RAC抗压强度、劈裂抗拉强度及抗氯离子渗透性能的影响。通过力学性能试验、快速氯离子迁移系数法（RCM法）及微观测试，揭示CW对RAC性能的优化机理，以期推动绿色建筑材料的研发与工程应用。
1 原材料及试验方法
1.1 原材料
胶凝材料采用张家口市金隅牌P·O42.5普通硅酸盐水泥。粗骨料采用天然骨料和再生骨料，连续级配碎石粒径均为5～25 mm。粗骨料的物理性能见
表1。细骨料采用细度模数为2.69的天然水洗河砂（Ⅱ区中砂），晶须采用市售文石型CW，其宏观及微观形貌见
图1，物理性能指标见
表2（其中24 h吸水率为质量分数）。采用减水率大于25%的高效聚羧酸减水剂。试验拌合用水和RA附加用水均为自来水。
1.2 CW再生骨料混凝土的制备
为了探究CW对RAC力学及抗氯离子渗透性能的影响，开展碳酸钙晶须-再生骨料混凝土（CW-RAC）力学及抗氯离子渗透性能试验。水胶比为0.47，砂率为37%，RA替代率分别为0、25%、50%、100%。根据文献[
12]和文献[
13]，晶须掺量约为1.6%时，水泥基复合材料性能最佳，故本文CW掺量取0、0.8%、1.6%、2.4%。依据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2011）设计配合比，见
表3，制备不同CW掺量的RAC试样。
1.3 试验方法
（1）力学性能试验
依据《混凝土物理力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2019），采用WHY-2000型万能试验机开展混凝土28 d抗压强度和劈裂抗拉强度试验。综合考虑实际应用情况及试验成本，力学性能试验均采用尺寸为100 mm×100 mm×100 mm的非标准试样，每种配比包含两组共6个非标准试样。
（2）氯离子渗透试验
依据《混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082—2024），采用高为(50±2) mm、直径为(100±1) mm的圆柱体试样，通过RCM法测定氯离子在混凝土中的迁移系数，确定其抗氯离子渗透性能。氯离子渗透试验显色剂采用0.1 mol/L的硝酸银溶液。
（3）微观结构试验和孔隙结构试验
为了保证试验结果的准确性和可靠性，在混凝土立方体试样中心部位取样，分别采用TESCAN MIRA LMS型扫描电子显微镜、贝仕德3H-2000PM1型高性能微孔分析仪开展混凝土微观结构试验、孔隙结构试验。
2 试验结果与分析
2.1 力学性能试验结果与分析
混凝土28 d抗压强度及劈裂抗拉强度见
表4。随着RA替代率的增加，RAC抗压强度逐渐降低。随着CW掺量的增加，RAC抗压强度先升后降。CW掺量为0.8%时，RAC抗压强度达到峰值。随着RA替代率的变化，CW掺量对RAC抗压强度的影响存在差异。RA替代率为25%时，3种CW掺量下RAC抗压强度均高于试样RC25CW0，其中，试样RC25CW0.8、试样RC25CW1.6、试样RC25CW2.4相较试样RC25CW0分别提高9.83%、6.40%、2.10%，且试样RC25CW0.8和试样RC25CW1.6的抗压强度甚至超过了天然骨料混凝土（试样RC0CW0）。RA替代率为50%时，试样RC50CW0.8、试样RC50CW1.6相较试样RC50CW0，抗压强度分别提高10.99%和8.99%，但CW掺量提高至2.4%时，RAC抗压强度有所下降。RA替代率为100%的情况下，仅当CW掺量为0.8%时，对RAC抗压强度表现出增强效果。与试样RC100CW0相比，试样RC100CW1.6、试样RC100CW2.4的抗压强度分别降低了6.77%、8.39%。产生这种现象的原因是随着RA替代率的增加，RAC拌合流动性下降，基体缺陷密度增大，CW的分散效率降低，界面优化能力减弱，RAC基体的孔隙结构发生了劣化
[16]。
与抗压强度变化趋势类似，随着RA替代率的增加，RAC劈裂抗拉强度逐渐降低。随着CW掺量的增加，RAC劈裂抗拉强度呈先升后降的变化趋势。CW掺量为0.8%时，RAC劈裂抗拉强度达到峰值。与抗压强度变化趋势不同的是，RA替代率为25%时，3种CW掺量下RAC劈裂抗拉强度均高于天然骨料混凝土。与试样RC25CW0相比，试样RC25CW0.8、试样RC25CW1.6、试样RC25CW2.4劈裂抗拉强度分别提高了11.47%、7.14%、3.95%。RA替代率为50%、100%时，CW掺量对RAC劈裂抗拉强度的提升效果较弱。与试样RC50CW0、试样RC100CW0相比，试样RC50CW0.8和试样RC100CW0.8劈裂抗拉强度分别提高了4.42%和2.26%。随着RA替代率的变化，CW掺量对RAC劈裂抗拉强度的影响也存在差异。当RA替代率较低时，对CW增强RAC劈裂抗拉强度效果的影响较小，而当RA替代率持续增加，CW分散不均匀，无法在RAC内部充分发挥桥联、控制微裂缝延伸等作用，导致RAC劈裂抗拉强度降低。
2.2 抗氯离子渗透性能试验结果与分析
以RA替代率为25%的RAC为例，在其表面喷涂硝酸银溶液，渗透区域呈银白色，见
图2。与试样RC25CW0相比，CW掺量为0.8%试样的渗透深度明显更小。随着CW掺量的增加，氯离子的渗透深度逐渐增加，表明掺入适量CW可提升RAC的抗氯离子渗透性能，过量掺入CW反而会降低RAC的抗氯离子渗透性能。
以RA替代率为25%的RAC为例，不同CW掺量下RAC的氯离子迁移系数和渗透深度见
图3。随着CW掺量的增加，氯离子迁移系数和渗透深度呈现相同的变化趋势。CW掺量为0.8%时，氯离子迁移系数和渗透深度最小，与试样RC25CW0相比，氯离子迁移系数减小了24.14%。随着CW掺量的增加，氯离子迁移系数和渗透深度有所增大，总体呈先减后增的变化趋势。CW掺量为1.6%、2.4%时，与试样RC25CW0相比，氯离子迁移系数分别减小了23.28%和17.24%，表明RA替代率为25%时，CW的填充效应降低了RAC基体的孔隙率，结构更密实，阻碍了氯离子在孔隙中的迁移
[17]。CW掺量超过0.8%后，在RAC内部CW分散不均匀，影响对RAC氯离子通道的阻断效果，导致氯离子迁移系数有所增大。
3 CW-RAC微观结构分析
为了探究CW对RAC性能的作用机理，利用扫描电子显微镜（SEM）对CW-RAC的微观形貌进行观测，结果见
图4。
由
图4可以看出，CW通过填充孔隙、桥接裂缝、裂纹偏转等微观机制
[18-19]，提高RAC的密实度和整体结构完整性。由于CW尺寸较小，因此可通过填充效应细化RAC内部孔隙结构
[20]，从而提高RAC的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗氯离子渗透能力
[14]，见
图4（a）。此外，CW在RAC内部可形成桥联结构，见
图4（b）。通过与水泥基体紧密结合，CW将裂缝两侧紧密联系在一起，阻碍裂缝的进一步扩展
[21-22]，从而提高RAC的抗裂能力，RAC劈裂抗拉性能显著提升。当RAC内部裂纹扩展至CW，受CW与基体界面黏结力的约束，裂纹无法沿初始方向持续发展，进而发生偏转，见
图4（c）。此时，裂缝需更多的能量才能继续扩展，生长速度变慢
[23]，导致RAC性能有所提升。高RA替代率下，RAC基体初始缺陷密度大幅提高，导致CW分散困难，发生团聚，见
图4（d）。此时，局部发生应力集中，这会削弱CW对RAC性能的增强效果，加剧RAC基体损伤，导致RAC力学性能下降。
4 CW对RAC孔隙结构的影响
4.1 CW-RAC吸附-脱附等温线分析
以RA替代率为25%的试样为例，不同CW掺量下RAC氮气吸附-脱附等温线见
图5。其中，
P为吸附平衡后的压力；
P0为吸附质在吸附温度下的饱和蒸气压；
P/
P0为相对压力。
由
图5可以看出，试样吸附曲线均为“S”型Ⅱ类吸附等温线，且存在明显的回滞环。根据国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）的分类标准
[24]，回滞环均属于“H3”型，其形状和大小表征了试样孔结构的类型和孔径特征。相对压力较小时，氮在微孔表面表现为单分子层吸附（主要为不透气微孔吸附和较细孔吸附）。当吸附质逐渐覆盖整个吸附剂表面并形成单分子层时，曲线趋于平缓。此时，单分子层吸附趋于饱和。当相对压力进一步增大（
P/
P0>0.4），在0.4～0.6的相对压力区间内，曲线出现明显拐点，表明RAC内部存在两端开放的毛细孔。相对压力接近饱和气压（
P/
P0≈1）时，吸附量无明显上限，表明试样内部存在平行狭缝结构和裂缝
[25]。随着CW掺量的增加，在其填充效应的影响下，RAC内部微孔和介孔数量增多，比表面积增大，吸附量上升，曲线上移，与CW-RAC力学及抗氯离子渗透性能试验结果一致。
4.2 比表面积及孔径分布特征分析
以RA替代率为25%的试样为例，RAC比表面积及孔径分布特征见
表5。与试样RC25CW0相比，掺入CW后，试样RC25CW0.8的比表面积增大，累积孔体积、
D90、
D10和最可几孔径减小，表明掺入CW会细化RAC孔径，减少孔数量，与RAC氮气吸附-脱附曲线的分析结果一致。
D90、
D10分别为累积孔体积达到总孔体积90%、10%时所对应的孔径；最可几孔径为吸附剂孔径分布最集中的孔径。
为了更清晰地展示孔径范围，采用对数坐标，根据脱附等温线，计算得到RAC微分积分孔体积孔径分布曲线，见
图6。其中，
D为孔径；
V为孔体积；d
V/d
D为孔体积分布密度。d
V/d
D越大，表示孔径范围内孔体积分布越密集。孔体积-孔径微分曲线在
D为3～5 nm处达到峰值，表明在结构内部存在较多3～5 nm的孔隙。
D大于7 nm后，试样RC25CW0.8的孔体积-孔径积分曲线变缓。同时，其
D90和最可几孔径小幅度减小，表明CW掺量为0.8%时，可改善RAC内部孔隙分布。随着CW掺量的增加，孔体积-孔径积分曲线斜率逐渐增大，表明掺加过多CW，RAC内部孔隙结构会发生劣化，导致累积孔体积增大，与RAC氮气吸附-脱附曲线的分析结果一致。
5 结论
（1） RA替代率的增加会显著降低RAC的力学性能和抗氯离子渗透性能，掺加CW可有效改善RAC性能。当RA替代率为25%、CW掺量为0.8%时，对RAC性能的提升效果最显著。
（2）过量掺入CW会对RAC性能产生负面效应。CW掺量超过0.8%，RAC性能发生劣化。 RA替代率为50%、100%，CW掺量为1.6%、2.4%时，CW发生团聚，形成局部应力集中，导致RAC抗压强度及劈裂抗拉强度降低。
（3）CW掺量为0.8%时，RAC比表面积增大，D90减小，表明CW可通过细化孔隙减少有害大孔（大于50 nm）数量，使RAC内部结构更为致密，进而提升RAC的力学性能和抗氯离子渗透性能。CW掺量为1.6%、2.4%时，会导致累积孔体积增大，孔隙连通性变差，降低RAC的力学与抗氯离子渗透性能。
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