碳酸钙晶须双相增强再生混凝土力学与变形性能研究

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0345

硅酸盐通报 ›› 2026, Vol. 45 ›› Issue (9): 3233-3244.DOI: 10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0345

碳酸钙晶须双相增强再生混凝土力学与变形性能研究

康天蓓¹^,²^,³(), 高铭睿¹, 丁向群⁴, 李艳凤⁵, 王凤池³^,⁵()

^1.沈阳建筑大学土木工程学院，沈阳 110168
^2.沈阳建筑大学绿色宜居乡村建设研究院，沈阳 110168
^3.沈阳市低碳交通建养与运营重点实验室，沈阳 110168
^4.沈阳建筑大学材料科学与工程学院，沈阳 110168
^5.沈阳建筑大学交通与测绘工程学院，沈阳 110168

收稿日期:2026-04-16 修订日期:2026-05-14 出版日期:2026-09-15 发布日期:2026-10-09
通信作者: 王凤池，博士，教授。 E-mail：cefcwang@sjzu.edu.cn
作者简介:康天蓓（1987—），女，博士，副教授。主要从事再生混凝土力学与耐久性能方面的研究。 E-mail：kangtianbei@sjzu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(52108235);辽宁省教育厅面上项目(JYTMS20231578);辽宁省教育厅基本科研平台(LJ232410153005);辽宁省教育厅基本科研平台(JT-Y24-3);辽宁省教育厅重点项目(LJ212510153055);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(300102341511)

Mechanical and Deformation Properties of Calcium Carbonate Whisker Biphasic Reinforced Recycled Concrete

KANG Tianbei¹^,²^,³(), GAO Mingrui¹, DING Xiangqun⁴, LI Yanfeng⁵, WANG Fengchi³^,⁵()

^1.School of Civil Engineering，Shenyang Jianzhu University，Shenyang 110168，China
^2.Green and Livable Rural Construction Institute，Shenyang Jianzhu University，Shenyang 110168，China
^3.Shenyang Key Laboratory of Low-Carbon Transportation Construction，Maintenance and Operation，Shenyang 110168，China
^4.School of Materials Science and Engineering，Shenyang Jianzhu University，Shenyang 110168，China
^5.School of Transportation and Geomatics Engineering，Shenyang Jianzhu University，Shenyang 110168，China

Received:2026-04-16 Revised:2026-05-14 Published:2026-09-15 Online:2026-10-09

摘要/Abstract

摘要：

为改善再生混凝土的力学与变形性能，本文提出了采用碳酸钙晶须（CCW）增强再生骨料（RCA）和水泥基体两种方法，系统对比研究了两种增强方法对再生混凝土抗压强度、应力-应变关系、抗收缩性能和徐变性能的影响规律及作用机理。结果表明，RCA增强法较优处理方案为采用浓度为3%（质量分数）的CCW悬浮液浸泡2 d，水泥基体增强法较优处理方案为CCW体积掺量2%。在较优处理方案下，与未增强的试件相比，RCA增强法和水泥基体增强法使试件峰值应力分别增加8.6%和6.3%，RCA增强法可显著改善再生混凝土的刚度与强度，而水泥基体增强法则更利于提高峰值后延性；7 d收缩应变分别降低35.7%和13.5%，90 d收缩应变分别降低13.2%和8.1%；在90%和95%应力水平下，徐变破坏时间分别延长22.5%、9.9%和78.6%、35.7%；在85%应力水平下持载80 d时，徐变变形分别降低23.5%和19.8%。微观分析表明，CCW既能填充孔隙、桥接裂纹，又能通过表面吸附诱导游离Ca²⁺成核、加速水化产物生成，从而强化RCA表面附着的老旧砂浆和界面过渡区。

关键词: 再生混凝土, 碳酸钙晶须, 再生骨料增强, 水泥基体增强, 应力-应变, 抗收缩性能, 徐变性能

Abstract:

In order to improve the mechanical and deformation properties of recycled concrete， two methods of using calcium carbonate whisker （CCW） to enhance recycled aggregate （RCA） and cement matrix were proposed in this paper. The effects of two strengthening methods on the compressive strength， stress-strain relationship， shrinkage resistance and creep properties of recycled concrete were systematically studied. The results show that the better treatment schemes of the two reinforcement methods are as follows： RCA enhancement method is soaked in CCW suspension with a concentration of 3% for 2 d， and the better volume content of CCW in cement matrix reinforcement method is 2%. Under the optimal treatment scheme， compared with the unreinforced specimens， the RCA reinforcement method and the cement matrix reinforcement method increase the peak stress of the specimens by 8.6% and 6.3%， respectively. The RCA reinforcement method can significantly improve the stiffness and strength of the recycled concrete， while the cement matrix reinforcement method is more conducive to improving the post-peak ductility. The 7 d shrinkage strain decreases by 35.7% and 13.5%， respectively， and the 90 d shrinkage strain decreases by 13.2 % and 8.1 %， respectively. At 90% and 95% stress levels， the creep failure time is extended by 22.5%， 9.9% and 78.6%， 35.7%， respectively. The creep deformation is reduced by 23.5 % and 19.8 % respectively at 85 % stress level for 80 d. Microscopic analysis shows that CCW can not only fill pores and bridge cracks， but also induce the nucleation of free Ca²⁺ and accelerate the formation of hydration products through surface adsorption， thereby strengthening the old mortar and interfacial transition zone attached to the RCA surface.

Key words: recycled concrete, calcium carbonate whisker, recycled aggregate reinforcement, cement matrix reinforcement, stress-strain, shrinkage resistance, creep performance

中图分类号:

TU528

康天蓓, 高铭睿, 丁向群, 李艳凤, 王凤池. 碳酸钙晶须双相增强再生混凝土力学与变形性能研究[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(9): 3233-3244.

KANG Tianbei, GAO Mingrui, DING Xiangqun, LI Yanfeng, WANG Fengchi. Mechanical and Deformation Properties of Calcium Carbonate Whisker Biphasic Reinforced Recycled Concrete[J]. BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY, 2026, 45(9): 3233-3244.

图/表 16

表1 粗骨料的物理力学性能

Table 1 Physical and mechanical properties of coarse aggregates

Type	Apparent density/（kg·m^-3）	Gradation/mm	Water content/%	Water absorption rate/%	Crushing index/%
NCA	2 750	5~25	0.26	0.97	8.8
RCA	2 660	5~25	3.93	7.64	17.7

表2 CCW的物理性能

Table 2 Physical performance of CCW

Density/（g·cm^-3）	Length/mm	Diameter/μm	L/D	Elasticity modulus/GPa	Tensile strength/MPa	pH value
2.86	0.01~0.02	0.5~1.0	10~40	410~710	3 000~6 000	9.0~9.5

图1 CCW宏观形貌及SEM照片

Fig.1 Macroscopic morphology and SEM images of CCW

表3 混凝土配合比

Table 3 Mix proportion of concrete

Sample No.	CCW content%	Mix proportion/（kg·m^-3）
Sample No.	CCW content%	Cement	Sand	RCA	NCA	Water
NC	0	500	660	0	990	250.00
RC50	0	500	660	495	495	264.85
RC100	0	500	660	990	0	279.70
RC50C1	1	500	660	495	495	264.85
RC50C2	2	500	660	495	495	264.85
RC50C3	3	500	660	495	495	264.85

图2 RCA的压碎指标与吸水率

Fig.2 Crushing index and water absorption rate of RCA

图3 各影响因素极差分析

Fig.3 Range analysis of various influencing factors

表4 方差分析

Table 4 Variance analysis

Age/d	Factor	Quadratic sum	Degree of freedom	MSE	F	P
7	A	12.759	3	4.253	0.746	0.563
	B	13.760	3	4.587	0.805	0.535
	C	11.315	3	3.772	0.662	0.605
	Error	34.196	6	5.699
	Total	72.030	15
28	A	192.172	3	64.057	7.761	0.017
	B	7.497	3	2.499	0.303	0.823
	C	59.978	3	19.993	2.422	0.164
	Error	49.524	6	8.253
	Total	309.168	15

图4 RCA取代率与CCW增强方法对抗压强度的影响

Fig.4 Influences of replacement rate of RCA and CCW reinforcement methods on compressive strength

图5 再生混凝土应力-应变曲线

Fig.5 Stress-strain curves of recycled concrete

图6 环境条件和再生混凝土的抗收缩性能

Fig.6 Environmental condition and shrinkage resistance of recycled concrete

图7 各影响因素下的徐变破坏

Fig.7 Creep damage under different influencing factors

图8 85%应力水平下徐变变形

Fig.8 Creep deformation at 85% stress level

图9 各模型预测值对比

Fig.9 Comparison of predicted values from various models

图10 修正ACI-209R模型计算值与试验值对比

Fig.10 Comparison of corrected ACI-209R model calculated values with experimental values

图11 CCW对RCA的增强机制

Fig.11 CCW reinforcement mechanism for RCA

图12 CCW对水泥基体的增强机制

Fig.12 CCW reinforcement mechanism for cement matrix

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碳酸钙晶须双相增强再生混凝土力学与变形性能研究

Mechanical and Deformation Properties of Calcium Carbonate Whisker Biphasic Reinforced Recycled Concrete

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