青藏严寒地区再生混凝土承重砌块耐久性分析

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.250120

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2026, Vol. 54 ›› Issue (3): 160-171.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.250120

青藏严寒地区再生混凝土承重砌块耐久性分析

齐云鹏¹, 王秋生¹, 李芷逸², 熊逸峻¹

^1.北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室，北京 100124
^2.湖南经研电力设计有限公司，湖南长沙 410004

收稿日期:2025-04-23 出版日期:2026-03-25 发布日期:2025-10-10
通信作者: 王秋生（1977—），男，博士，教授，主要从事岩土类材料变形破坏机理及新型材料研制研究。 E-mail:wangqs@bjut.edu.cn
作者简介:齐云鹏（1995—），男，博士生，主要从事固废材料性能改良及微观机理研究。E-mail：2415998292@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(51679003);国家自然科学基金项目(52130905)

Durability Analysis of Load-Bearing Recycled Concrete Blocks in Severe Cold Regions of Qinghai-Tibet

QI Yunpeng¹, WANG Qiusheng¹, LI Zhiyi², XIONG Yijun¹

^1.The Key Laboratory of Urban Security and Disaster Engineering of Ministry of Education，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China
^2.Hunan Economic Institute Electric Power Design Co. ，Ltd. ，Changsha 410004，Hunan，China

Received:2025-04-23 Online:2026-03-25 Published:2025-10-10
Contact: 王秋生（1977—），男，博士，教授，主要从事岩土类材料变形破坏机理及新型材料研制研究。 E-mail:wangqs@bjut.edu.cn
About author:齐云鹏（1995—），男，博士生，主要从事固废材料性能改良及微观机理研究。E-mail：2415998292@qq.com
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(51679003)

摘要/Abstract

摘要：

为实现固体废弃物资源化利用，提升青藏严寒地区再生混凝土砌块性能。在100%再生粗骨料基础上，研究了再生细骨料和活性掺合料对大掺量固废再生混凝土承重砌块抗渗性、耐水性及抗冻性的影响，采用扫描电镜（SEM）、核磁共振（NMR）技术分析了再生混凝土的微观结构，基于生命周期方法（LCA）定量评估了材料性能、成本和碳排放。结果表明：再生混凝土承重砌块渗透性和吸水率随再生细骨料的增加逐渐增大，随粉煤灰与矿渣复掺比的降低先减小后增大，抗冻性和软化系数变化规律则相反。当再生粗骨料取代率为100%、粉煤灰与矿渣复掺比为3∶1时，砌块抗压强度为11.77 MPa，抗折强度为3.89 MPa，软化系数为0.99，吸水率为0.7%，冻融50次后质量损失率为2.2%，抗压强度与抗折强度损失率分别为10.2%和13.9%，满足严寒地区承重及耐久性要求，可作为推荐配合比。微观分析表明，碱激发促进了复合胶凝材料二次水化，生成了更多的水化产物填充内部孔隙，使再生混凝土的细观结构更加密实。随着冻融次数的增加，砌块内部孔隙数量逐渐增多，微孔和中孔逐渐衍生为大孔和裂隙，导致砌块性能劣化。基于性能-成本-碳排放分析，单掺100%再生粗骨料不利于低碳减排，混掺再生骨料和活性掺合料的推荐配合比综合效益最优，碳减排率为31.03%。

关键词: 固体废弃物, 再生混凝土承重砌块, 严寒地区, 耐久性, 微观结构

Abstract:

To realize resource utilization of solid waste and improve the performance of recycled concrete blocks in severe cold regions of the Qinghai-Tibet Plateau, this study investigates the effects of recycled fine aggregates and active supplementary cementitious materials on the impermeability, water resistance and frost resistance of load-bearing concrete blocks, based on 100% replacement of coarse aggregates with recycled aggregates. The microstructure of recycled concrete was analyzed by scanning electron microscopy (SEM) and nuclear magnetic resonance (NMR). A life cycle assessment (LCA) approach was employed to quantitatively evaluate material performance, costs and carbon emissions. The results show that the permeability and water absorption of load-bearing recycled concrete blocks increase with the increase of the proportion of recycled fine aggregates, while they decrease first and then increase with a reduction in the fly ash-to-slag blend ratio. Conversely, frost resistance and the softening coefficient exhibit the opposite trend. Under the condition of 100% recycled coarse aggregate replacement and a fly ash-to-slag blend ratio of 3∶1, the compressive strength of the blocks reached 11.77 MPa, flexural strength was 3.89 MPa, softening coefficient was 0.99, water absorption was 0.7%, mass loss after 50 freeze-thaw cycles was 2.2%, and the loss rates of compressive and flexural strength were 10.2% and 13.9%, respectively. These properties meet the load-bearing and durability requirements for severe cold regions, making this mix ratio the recommended formulation. Microscopic analysis shows that alkali activation promotes secondary hydration in the composite cementitious materials, generating additional hydration products that fill internal pores, thereby enhancing the densification of the recycled concrete. However, with the increasing freeze-thaw cycles, the number of internal pores gradually increases, with micropores and mesopores envolving into macropores and cracks, leading to performance degradation. Based on the performance-cost-carbon emission analysis, using 100% recycled coarse aggregates alone is unfavorable for carbon reduction. In contrast, the recommended mix proportion incorporating both recycled aggregates and active SCMs demonstrates the optimal comprehensive benefits, achieving a carbon reduction rate of 31.03%.

Key words: solid waste, load-bearing recycled concrete block, severe cold region, durability, microstructure

中图分类号:

TU522.3

齐云鹏, 王秋生, 李芷逸, 熊逸峻. 青藏严寒地区再生混凝土承重砌块耐久性分析[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2026, 54(3): 160-171.

QI Yunpeng, WANG Qiusheng, LI Zhiyi, XIONG Yijun. Durability Analysis of Load-Bearing Recycled Concrete Blocks in Severe Cold Regions of Qinghai-Tibet[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2026, 54(3): 160-171.

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参考文献 25

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骨料	表观密度/（kg·m^-3）	堆积密度/（kg·m^-3）	空隙率/%	含泥量/%	吸水率/%	压碎指标/%
天然碎石	2 630	1 564	41	0.3	0.47	10.4
再生粗骨料	2 594	1 410	46	0.5	5.19	20.6
天然河砂	2 600	1 801	31	0.5	2.30
再生细骨料	2 468	1 693	33	1.6	19.60

材料	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	SO₃	Na₂O	K₂O
水泥	20.45	4.99	4.10	59.76	2.13	2.93	0.17	0.71
粉煤灰	46.72	31.16	8.35	4.07	2.83	1.27	0.63	0.59
矿渣	30.19	15.01	2.14	36.35	8.78	1.68	0.49	0.45

试样	水玻璃	水	水泥	再生粗骨料	碎石	河砂	再生细骨料	活性掺合料		F/S复掺比
试样	水玻璃	水	水泥	再生粗骨料	碎石	河砂	再生细骨料	粉煤灰（F）	矿渣（S）	F/S复掺比
A1	50	100	500	1 172		578
A2	50	100	500	1 172		520	58
A3	50	100	500	1 172		405	173
A4	50	100	500	1 172		289	289
B1	50	100	300	1 172		578		200		4∶0
B2	50	100	300	1 172		578		150	50	3∶1
B3	50	100	300	1 172		578		100	100	2∶2
B4	50	100	300	1 172		578		50	150	1∶3
B5	50	100	300	1 172		578			200	0∶4
C	50	100	500		1 172	578

试样	块体密度/（kg·m^-3）	抗压强度/MPa	抗折强度/MPa	折压比	成本/（元·m^-3）
A1	1 162±0.88	10.42±0.89	3.46±0.83	0.33	359.74
A2	1 138±0.78	9.26±0.50	3.14±0.06	0.34	355.99
A3	1 122±0.94	8.27±0.99	2.88±0.22	0.35	348.55
A4	1 119±0.06	7.11±0.84	2.17±0.97	0.31	341.05
B1	1 182±0.94	10.73±0.58	3.73±0.39	0.35	329.23
B2	1 174±0.30	11.77±0.35	3.89±0.80	0.33	330.93
B3	1 161±0.15	9.67±0.16	3.33±0.79	0.34	332.63
B4	1 147±0.60	8.57±0.11	2.93±0.08	0.34	334.33
B5	1 126±0.49	7.41±0.94	2.57±0.93	0.35	336.03
C	1 211±0.58	10.49±0.95	3.81±0.66	0.36	429.43

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