再生骨料及再生混凝土性能研究

趙明霞

當(dāng)前,隨著低碳環(huán)保的發(fā)展理念日益深入人心，改變高投入、低產(chǎn)出和重污染經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)特征的呼聲日益高漲，在這種大背景下，節(jié)能減排可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)被各界寄予了厚望。在建筑工程上也更加重視關(guān)于各類建筑廢棄物的回收利用，尤其是近年我國(guó)交通與建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，因大量拆遷產(chǎn)生的廢棄混凝土急劇增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)建筑垃圾的數(shù)量已占到城市垃圾總量的30%～40%。絕大部分建筑垃圾未經(jīng)任何處理,便被采用露天堆放或填埋的方式進(jìn)行處理,造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。同時(shí),混凝土生產(chǎn)需要大量的砂石骨料,而隨著對(duì)天然砂石的不斷開采,天然骨料資源亦將趨于枯竭,且其開采的運(yùn)輸能耗與費(fèi)用驚人,對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞也十分嚴(yán)重。

一、混凝土強(qiáng)度及主要影響因素

混凝土工程是鋼筋混凝土工程中的重要組成部分，混凝土質(zhì)量的好壞，即對(duì)結(jié)構(gòu)的安全，也對(duì)結(jié)構(gòu)物的造價(jià)有很大影響，因此，在施工中我們必須對(duì)混凝土的施工質(zhì)量有足夠的重視。

混凝土質(zhì)量的重要指標(biāo)之一是抗壓強(qiáng)度，從混凝土強(qiáng)度表達(dá)式不難看出，水灰比計(jì)算公式如下：Rh=0.46Rc(C/W-0.52)式中：Rh為混凝土的試配強(qiáng)度，Rc為水泥強(qiáng)度，C/W為灰水比，即水灰比W/C的倒數(shù)，其中C代表水泥，W代表水。從式中可以看出，混凝土強(qiáng)度同水泥強(qiáng)度成正比，同灰水比成正比，即同水灰比成反比，（水灰比為灰水比的倒數(shù)，1÷灰水比即為水灰比，1÷水灰比即為灰水比），因此，灰水比越大則水灰比越小，混凝土強(qiáng)度越大則水灰比越小。綜上所述，影響混凝土抗壓強(qiáng)度的主要因素是水泥強(qiáng)度和水灰比。要控制好混凝土質(zhì)量，最重要的是控制好水泥和混凝土的水灰比兩相關(guān)主要環(huán)節(jié)。此外，影響混凝土強(qiáng)度還有其它不可忽視的因素。

粗骨料對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響，當(dāng)石質(zhì)強(qiáng)度相等時(shí)，碎石表面比卵石表面粗糙，它與水泥砂漿粘結(jié)性比卵石強(qiáng)，當(dāng)水灰比相等或配合比相同時(shí)，兩種材料配制的混凝土，碎石的混凝土強(qiáng)度比卵石強(qiáng)，因此，對(duì)混凝土的粗骨料的研究是必要的。

二、再生骨料的基本性能

1.再生骨料的堆積密度和表觀密度

同天然砂石骨料相比,再生骨料表面包裹著相當(dāng)數(shù)量的水泥砂漿,由于水泥砂漿的孔隙率大,棱角眾多，所以，再生骨料的表觀密度和堆積密度比天然骨料低。再生骨料的表觀密度和堆積密度如表1。

表1類 型 堆積密度（kg/m3） 表觀密度（g/m3）再生粗骨料 2.31～2.62 1.29～1.47

再生骨料表觀密度、堆積密度,還與再生骨料母體混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、配比、使用時(shí)間、使用環(huán)境及地域等因素有關(guān)。再生骨料的密度隨著母體混凝土強(qiáng)度的降低而減低，降低幅度達(dá)到7%，當(dāng)再生骨料的壓碎指標(biāo)變大，骨料強(qiáng)度降低時(shí)，骨料表觀密度和堆積密度也隨之變小，

中華人民共和國(guó)建筑用卵石、碎石國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14658-2001規(guī)定：骨料的表觀密度應(yīng)大于2500kg/m3，堆積密度應(yīng)大于1350kg/m3，再生骨料的表觀密度和堆積密度達(dá)不到天然骨料的標(biāo)準(zhǔn)。但由于再生骨料的低密度有利于抗震，降低結(jié)構(gòu)物自重，因此，有關(guān)再生骨料的相應(yīng)規(guī)程應(yīng)充分考慮再生骨料實(shí)際性能。

2.再生骨料的吸水率

再生骨料的吸水率遠(yuǎn)高于天然骨料，當(dāng)骨料的粒徑范圍為5～20mmm時(shí)，天然骨料的吸水率為2.2%左右，從表2可知再生骨料的吸水率基本處于4%～10%之間。

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影響再生骨料吸水率的因素很多，主要有以下幾個(gè)方面：第一，影響再生骨料吸水率大于天然骨料的最主要原因是再生骨料表面包裹著一層砂漿，這層砂漿使得再生骨料表面比天然骨料表面粗糙、棱角更多；且母體混凝土塊在解體、破碎過(guò)程中的損傷累積，使再生骨料表面砂漿內(nèi)部存在大量微裂紋,這些因素使得再生骨料的吸水率和吸水速率大大提高。第二，再生骨料的吸水隨著骨料粒徑的減小而增大。第三，再生骨料的吸水率還受到母體混凝土材料的強(qiáng)度、組成及使用環(huán)境的氣候條件等因素的影響。再生骨料吸水率和壓碎指標(biāo)有密切聯(lián)系，其吸水率隨著壓碎指標(biāo)的增大而增大。主要原因可以解釋為，再生骨料壓碎指標(biāo)的增大，骨料表面的水泥砂漿覆蓋的越多，骨料表面的空隙率越大，因此，骨料的吸水率越大。同時(shí)，母體混凝土所出的環(huán)境越干燥，使用時(shí)間越長(zhǎng)，再生骨料的吸水率也相應(yīng)的越大。

3.再生骨料的壓碎指標(biāo)

壓碎指標(biāo)是表征骨料強(qiáng)度的一個(gè)參數(shù)。中華人民共和國(guó)建筑用卵石、碎石國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14658-2001規(guī)定:Ⅰ類骨料的壓碎指標(biāo)應(yīng)小于10%,Ⅱ類應(yīng)小于20%,Ⅲ類應(yīng)小于30%。大多數(shù)再生骨料能滿足國(guó)標(biāo)中Ⅱ類骨料對(duì)壓碎指標(biāo)的要求，又根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T14658-2001，Ⅱ類骨料宜用于混凝土強(qiáng)度C30-C60，及抗?jié)B、抗凍和其它要求的混凝土。因此，再生骨料的壓碎指標(biāo)性能滿足大多數(shù)實(shí)際工程的需要。

再生骨料強(qiáng)度下降的主要原因有兩點(diǎn)：第一，再生骨料表面包裹著水泥漿、砂漿和泥塊等一些其它的雜物，由于這些包裹骨料表面雜物的較低強(qiáng)度以及破碎加工過(guò)程對(duì)母體混凝土中的天然骨料造成的損傷,使得再生骨料整體強(qiáng)度降低。第二，同時(shí)再生骨料的壓碎指標(biāo)還與再生骨料母體混凝土的強(qiáng)度和加工破碎方法有關(guān)。再生骨料母體混凝土的強(qiáng)度越高，再生骨料的壓碎指標(biāo)越小，加工過(guò)程中水泥漿體和砂漿脫落越多,再生骨料的壓碎指標(biāo)就越小。

三、再生骨料混凝土的基本性能

再生骨料混凝土簡(jiǎn)稱再生混凝土。廢棄混凝土塊經(jīng)過(guò)破碎、清洗與分級(jí)后形成的骨料簡(jiǎn)稱再生骨料；再生骨料部分或全部代替砂石等天然骨料配制而成的混凝土稱為再生骨料混凝土。充分利用再生骨料混凝土，不但能有效降低建筑垃圾的數(shù)量，減少建筑垃圾對(duì)自然環(huán)境的污染，同時(shí)，利用再生骨料制造再生骨料混凝土還能減少建筑工程中對(duì)天然骨料的開采，達(dá)到了保護(hù)環(huán)境的目的。

1.抗壓強(qiáng)度

眾多的文獻(xiàn)研究表明再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度和再生骨料的替代率密切相關(guān)，當(dāng)再生骨料替代率在30%以下時(shí)，再生骨料混凝土與普通骨料混凝土抗壓強(qiáng)度差距不大，再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度隨著再生骨料替代率的增大而降低，再生骨料50%取代天然粗骨料時(shí)，再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度降低5%～20%不等，當(dāng)再生骨料100%取代天然粗骨料時(shí)，再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度降低較多，最大降幅達(dá)到30%。同時(shí)，相關(guān)試驗(yàn)表明：由于再生骨料混凝土和天然骨料混凝土的骨料成分不同,它們抗壓強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)情況也不相同，與天然骨料混凝土相比,同一水灰比的再生骨料混凝土的28d抗壓強(qiáng)度約低15%,但其相差的幅度會(huì)隨著齡期的增長(zhǎng)而慢慢縮小。

再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度受水灰比的影響非常大，再生骨料混凝土隨水灰比增加，抗壓強(qiáng)度急劇降低。水灰比平均增加0.1，抗壓強(qiáng)度下降20%左右。

2.抗拉強(qiáng)度

再生骨料混凝土的抗拉強(qiáng)度和再生骨料的替代率密切相關(guān)，再生骨料混凝土的抗拉強(qiáng)度隨再生骨料的替代率的提高而降低，當(dāng)再生骨料100%替代天然骨料時(shí)，再生骨料混凝土對(duì)比天然骨料混凝土抗拉強(qiáng)度降低6.9。眾多研究者對(duì)再生骨料混凝土抗拉強(qiáng)度隨再生骨料替代率的提高，強(qiáng)度降低所得的結(jié)果雖然離散，但總結(jié)眾多研究成果，發(fā)現(xiàn)再生骨料混凝土的抗拉強(qiáng)度受再生骨料的替代率影響并沒(méi)有抗壓強(qiáng)度大，因此，采用抗壓強(qiáng)度的10%作為再生骨料混凝土的抗拉強(qiáng)度是比較保守和偏于安全的。