廢棄混凝土再生骨料的物理力學(xué)性能試驗(yàn)研究

萬曉丹，吳 偉，李會(huì)榮

（1.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開封 475004；2.山西芮城黃河河務(wù)局，山西 芮城 044600）

0 引言

再生骨料是把舊建筑物解體后的廢棄混凝土塊經(jīng)過破碎、篩分、清洗等工藝，按一定的比例與級(jí)配混合而形成的可再利用骨料。 它的利用，可以解決大量廢棄混凝土造成的生態(tài)環(huán)境日益惡化等問題，緩解天然骨料日趨匱乏的壓力，并降低大量開采沙石對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞[1]。

1 試驗(yàn)原材料和測定方法

1.1 試驗(yàn)原材料

本試驗(yàn)所用的廢棄混凝土為黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室檢測廢棄的混凝土試塊，為普通混凝土。其強(qiáng)度小于40 MPa，粗骨料采用5～25 mm 連續(xù)級(jí)配的碎石。 試驗(yàn)時(shí)，隨機(jī)選取200 塊強(qiáng)度等級(jí)在C25～C40 范圍內(nèi)的試塊，用顎式破碎機(jī)進(jìn)行破碎。

1.2 測定方法

再生粗骨料的測定方法參照人工粗骨料的測定方法（級(jí)配相同），即《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢驗(yàn)方法》（GB/T14685-2001）。

2 再生骨料的基本特性及性能分析

2.1 再生骨料的粒形

初步破碎的再生骨料各粒徑均為完全脫漿的原生骨料，其中含有舊沙漿的復(fù)合體。

2.2 再生骨料針片狀顆粒含量

按照《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢驗(yàn)方法》中關(guān)于針片狀含量的測定方法，測得再生粗骨料針片狀含量為4%。 比規(guī)范要求的針片狀含量低。 這是因?yàn)樵炷翐p壞和破碎時(shí)，在外力的作用下，有的顆粒會(huì)沿著原來巖石的解理面破裂，增加了粗糙表面和棱角[2]。

2.3 再生骨料的級(jí)配

擬采用再生粗料的級(jí)配為5～20 mm 的連續(xù)級(jí)配。 對(duì)全部破碎的骨料（1 255 ㎏）進(jìn)行篩分后，稱取各粒徑的質(zhì)量，得出顆粒級(jí)配結(jié)果（如表1 所示）。

由表1 可以看出，采用的再生骨料的級(jí)配符合《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢驗(yàn)方法》對(duì)碎石和卵石級(jí)配的規(guī)定。 由此可見，當(dāng)原生混凝土的強(qiáng)度范圍在25～40 MPa 時(shí)，其破碎后得到的再生骨料經(jīng)過簡單篩分后，即可滿足級(jí)配需求。

表1 廢棄混凝土再生骨料顆粒級(jí)配表Table 1 Waste concrete recycled aggregate grain composition

2.4 再生骨料的表觀密度、堆積密度和空隙率

由于硬化后的水泥沙漿孔隙率大、表面粗糙、密度低，所以附著在原生骨料上的舊沙漿的表觀密度小于原生骨料的表觀密度。 由此可推出，原生骨料附著的舊沙漿越多，再生骨料的表觀密度、堆積密度就越小。

對(duì)多種連續(xù)級(jí)配的再生骨料的測試結(jié)果表明[3]，與工程應(yīng)用的普通卵石和碎石相比，再生骨料的空隙率增加不多。

根據(jù)《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢驗(yàn)方法》，測得再生骨料的堆積密度、表觀密度和空隙率如表2 所示。

表2 再生骨料的表觀密度、堆積密度和空隙率測試值Table 2 Recycled aggregate apparent density,stacking density and porosity test values

由表2 可以看出：（1）再生骨料的表觀密度值為天然骨料表觀密度值的98.7%，略小于天然骨料的表觀密度，驗(yàn)證了上述分析。 （2）再生粗骨料的緊密堆積密度和松散堆積密度分別為再生骨料的92%和93%，與上述結(jié)果吻合。 另外，再生骨料的松散堆積密度為1 322 kg/m3，略小于規(guī)范（﹥1 400 kg/m3），對(duì)混凝土的性能影響不大。 （3）再生骨料的松散空隙率比天然骨料增加了3%，緊密空隙率增加稍多一點(diǎn)，為4%，大于規(guī)范規(guī)定（≤43%），表明粗骨料級(jí)配比較差。 這是因?yàn)樵偕橇显谧匀欢逊e狀態(tài)下達(dá)不到天然骨料的光滑度、流動(dòng)性。

2.5 再生骨料的吸水率

天然骨料吸水率和吸水速率較小，而再生骨料表面粗糙、棱角較多，骨料表面包裹一定數(shù)量水泥沙漿(水泥沙漿孔隙率大、吸水率高)，且混凝土塊在解體、破碎過程中由于損傷累積內(nèi)部存在大量微裂紋，這些因素都使其吸水率和吸水速率大大提高。

經(jīng)對(duì)各單獨(dú)粒徑及連續(xù)級(jí)配的再生骨料進(jìn)行吸水性能試驗(yàn)，骨料的吸水時(shí)間（或者說骨料在水中的浸泡時(shí)間） 分別為10 min，30 min，1 h 和24 h。再生骨料的吸水率測試結(jié)果如表3 所示。

表3 再生骨料各粒徑的吸水率測定結(jié)果Table 3 Recycled aggregate bibulous rate results of various grain sizes

由表3 可得出以下兩條結(jié)論：（1） 再生粗骨料在短時(shí)間內(nèi)就可迅速吸水、接近飽和。 各粒徑浸入水中10 min 時(shí)，都能達(dá)到飽和程度的82%～85%；浸泡30 min 時(shí)，都能達(dá)到飽和程度的87%～91%；浸泡1h 時(shí)，都能達(dá)到飽和程度的93%～96%。 （2）再生粗骨料的吸水率隨粒徑的增大先降低后升高。 16～19 mm 范圍內(nèi)的顆粒吸水率最高。 在不同浸泡時(shí)間內(nèi)，再生骨料的吸水率隨粒徑的變化趨勢基本一致。

可見，影響再生粗骨料吸水率的因素有粒徑、表面粗糙度和內(nèi)部缺陷。 同一母體或者來自同一批原生混凝土的單級(jí)子樣，表面粗糙度基本相當(dāng)，粒徑越大，單位重量或單位體積再生骨料的總比表面積越小，相應(yīng)的吸水率也越小。 同時(shí)，隨著粒徑的不斷增大，再生粗骨料的內(nèi)部缺陷出現(xiàn)的概率增大（如微裂紋之類的缺陷愈大）。 所以，隨著顆粒粒徑的增大，再生粗骨料吸水率先減小后增大。

3 再生骨料的改性處理

3.1 工藝流程

一般處理的再生骨料，具有吸水性強(qiáng)、孔隙率大、強(qiáng)度低等特征，主要用來配制中低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。 若對(duì)再生骨料進(jìn)行改性強(qiáng)化處理，可擴(kuò)大再生骨料混凝土的應(yīng)用范圍。 以素混凝土為例，其工藝流程如圖1 所示。

3.2 流程特點(diǎn)

（1）初步破碎為濕法，在后續(xù)生產(chǎn)過程中，對(duì)粉塵全部收集，以避免粉塵污染。

（2）廢棄混凝土經(jīng)破碎后可100%利用，即除了再生粗骨料，還可同時(shí)利用再生細(xì)骨料和再生微粉。

（3）水的循環(huán)利用減小了廢水污染和單位產(chǎn)量用水量。

（4）廢棄混凝土破碎前，先進(jìn)行浸泡和清洗，便于實(shí)現(xiàn)后續(xù)的處理，并免除分離和凈化。

（5）再生細(xì)骨料在分粒級(jí)篩分過程耗能較高，用雙箭頭表示的一般再生細(xì)骨料的生產(chǎn)工藝流程，可滿足一般強(qiáng)度要求。 因其骨料孔隙率大，表觀密度小，還可作為保溫墻體的材料。

4 再生粗骨料效益分析

廢棄混凝土的價(jià)值是可作為再生資源，重新運(yùn)用于建筑工程。 但由于各種原因，目前國內(nèi)再生骨料的生產(chǎn)成本（非綜合成本）高于天然骨料，再生骨料未得到廣泛的應(yīng)用[4]。

圖1 素混凝土再生骨料工藝流程圖Fig.1 Plain concrete recycled aggregate process flow diagram

4.1 環(huán)境效益

廢棄混凝土再生骨料的應(yīng)用可以解決大量混凝土廢棄物處理的難題，以及由其引發(fā)的對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響等問題，并減少其處理對(duì)環(huán)境的二次污染。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

在公路建設(shè)中，利用廢棄混凝土再生骨料可以節(jié)省大量的垃圾處理費(fèi)用。 研究表明，將舊混凝土再生骨料用于新建水泥路面面層或水泥處理基層，是完全可行的。 城市規(guī)劃中，規(guī)定了建筑垃圾堆放場的具體位置和數(shù)量，直接影響到建筑垃圾的清運(yùn)和處理成本，給再生骨料的應(yīng)用提供了一個(gè)很好的政策支持。

5 結(jié)語

再生骨料的應(yīng)用是廢棄混凝土回收利用的有效途徑，是建筑業(yè)節(jié)能減排的重要措施。 綜合以上對(duì)再生骨料的特性分析及定性分析，它可以成為混凝土中天然骨料可替代材料，具有十分廣闊的發(fā)展前景[5]。

[1] 王小健，卜中平. 強(qiáng)化再生粗骨料配制的再生混凝土的試驗(yàn)研究[J]. 山西建筑，2010，36（15）:163－163.

[2] 沈大欽. 再生骨料混凝土性能的研究[D]. 北京:北京交通大學(xué)，2006.

[3] 劉數(shù)華，冷發(fā)光. 再生混凝土技術(shù)[M]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007:30.

[4] 張?jiān)葡? 再生骨料混凝土性能的試驗(yàn)研究[J]. 建筑科學(xué)，2011(13):31－31.

[5] 趙明霞. 再生骨料及再生混凝土性能研究[J]. 散裝水泥，2011(1):51－52.