再生混凝土配合比設(shè)計(jì)中用水量試驗(yàn)研究

（東莞理工學(xué)院城市學(xué)院，廣東 東莞 523419）

一、前言

再生混凝土技術(shù)[1-2]是將廢棄混凝土經(jīng)過破碎、清洗、分級(jí)后，按一定的比例混合形成再生骨料，部分或全部代替天然骨料配制新混凝土的技術(shù)。全世界由于對(duì)再生骨料混凝土研究時(shí)間不是很長(zhǎng)，中國由于特殊國情，對(duì)廢舊混凝土的研究起步相對(duì)較晚，但近年來我國政府對(duì)建筑垃圾的循環(huán)再利用高度重視。

東莞每年產(chǎn)生建筑垃圾300萬噸[3]。2012年調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，東莞地區(qū)部分拆遷公司年拆除量約150萬平方米，制造建筑垃圾超過100萬噸，每年產(chǎn)生建筑垃圾約300萬噸，給東莞的城市生態(tài)環(huán)境、市容衛(wèi)生管理以及交通運(yùn)輸帶來了較大的壓力。同時(shí)，東莞又是一個(gè)建筑原材料資源匱乏的城市，建材生產(chǎn)行業(yè)所需的沙石以及工業(yè)廢渣等資源性產(chǎn)品日趨緊張并經(jīng)常發(fā)生短缺現(xiàn)象。

天然骨料混凝土的性能已經(jīng)十分明確，由于再生混凝土研究起步相對(duì)較晚[4-7]，因此對(duì)再生骨料進(jìn)行研究對(duì)推動(dòng)再生混凝土的工程應(yīng)用具有實(shí)用價(jià)值。本研究通過結(jié)合東莞建筑垃圾現(xiàn)狀，選取東莞建筑垃圾采用正交試驗(yàn)在再生骨料取代率及附加用水量變化情況下開展再生混凝土與天然混凝土室內(nèi)對(duì)比試驗(yàn)研究[8]，通過測(cè)定再生混凝土工作性能坍落度和力學(xué)性能（抗壓強(qiáng)度和劈拉強(qiáng)度），探索再生混凝土配合比的最優(yōu)骨料取代率及附加用水量，為實(shí)際工程中利用再生混凝土提供實(shí)踐參考和依據(jù)。

二、室內(nèi)試驗(yàn)

（一）試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

再生骨料是通過簡(jiǎn)單破碎和篩分工藝制備的。再生骨料顆粒棱角多、表面粗糙、組分中還含有硬化水泥砂漿，再加上混凝土塊在破碎過程中因損傷累積在內(nèi)部造成大量微裂紋，導(dǎo)致再生骨料自身的孔隙率大、吸水率大、堆積密度小、空隙率大，因此再生骨料混凝土的用水量比普通的用水量多。配合比中，用水量過少，混凝土的和易性、流動(dòng)性低、不利于攪拌和施工。用水量過多則混凝土的強(qiáng)度不足，易產(chǎn)生裂縫和破壞。

1.為了確定用水量，經(jīng)過初步試驗(yàn)確定了以水灰比為0.43的C35混凝土為基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上用水量增加15%、20%、25%、30%的試驗(yàn)對(duì)照組。

2.為尋求最適合的骨料組合充分發(fā)揮再生混凝土的力學(xué)性能，采用正交試驗(yàn)組合形式設(shè)置了四組骨料組合：天然粗骨料+天然砂（采用代號(hào)A表示）；天然粗骨料+再生細(xì)骨料（采用代號(hào)B表示）；再生粗骨料+天然砂（采用代號(hào)C表示）；再生粗骨料+再生細(xì)骨料（采用代號(hào)D表示）。

依照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》（GB/T50081—2002）規(guī)定，試驗(yàn)制作150mm×150mm×150mm標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，設(shè)計(jì)坍落度是10～30mm，嚴(yán)格按照試驗(yàn)方法操作規(guī)程步驟制作好試件，拆模后在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28天，待測(cè)力學(xué)性能。

（二）試驗(yàn)材料

1.水泥：試驗(yàn)采用東莞市偉業(yè)水泥有限公司鴻馬牌復(fù)合硅酸鹽水泥，水泥技術(shù)性能指標(biāo)如表1所示。

表1 水泥技術(shù)性能指標(biāo)

2.水：采用一般的潔凈飲用水。

3.天然骨料：普通天然粗骨料用粒徑為10～30mm，細(xì)骨料用粒徑為0.15～4.75mm。

4.再生骨料：采用深圳市綠發(fā)鵬程環(huán)保科技有限公司提供的由廢棄建筑混凝土經(jīng)過簡(jiǎn)單破碎處理和清洗粒徑為10～30mm的粗骨料、粒徑為0.15～4.75mm的細(xì)骨料。再生骨料顆粒均勻、品種齊全、自身透水性好、遇水不凍漲、不收縮、水穩(wěn)定性好。

（三）再生骨料特性

再生骨料是由廢棄混凝土制備的骨料，通過簡(jiǎn)單破碎和篩分工藝制備的再生骨料顆粒棱角多、表面粗糙、組分中還含有硬化水泥砂漿，再加上混凝土塊在破碎過程中因損傷累積在內(nèi)部造成大量微裂紋，導(dǎo)致再生骨料自身的孔隙率大、吸水率大、堆積密度小、空隙率大、壓碎指標(biāo)高[9]。對(duì)簡(jiǎn)單破碎獲得的低品質(zhì)再生骨料進(jìn)行強(qiáng)化處理，即通過改善骨料粒形和除去再生骨料表面所附著的硬化水泥石，提高骨料的性能：強(qiáng)化后的再生骨料不僅性能顯著提高，而且不同強(qiáng)度等級(jí)廢混凝土制備的再生骨料性能差異也較小，有利于再生骨料的質(zhì)量控制。

（四）再生骨料種類和粒徑選擇

再生骨料又分為卵石再生骨料和普通碎石再生骨料，在本實(shí)驗(yàn)中選用的是普通碎石再生骨料，其中粗骨料是建筑廢棄混凝土通過簡(jiǎn)單的破碎、篩選、清洗和強(qiáng)化處理的粒徑為10～30mm的再生粗骨料，細(xì)骨料的粒徑為0.15～4.75mm的再生細(xì)骨料。

三、試驗(yàn)結(jié)果及分析

（一）試驗(yàn)結(jié)果

基準(zhǔn)混凝土坍落度10～30mm，制作邊長(zhǎng)為150mm×150mm×150mm立方體試塊，通過測(cè)定其力學(xué)性能，基準(zhǔn)混凝土與再生混凝土試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 基準(zhǔn)混凝土與再生混凝土試驗(yàn)數(shù)據(jù)

（二）試驗(yàn)分析

1.通過整理表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)，主要從“骨料取代率”“附加含水量”對(duì)混凝土“工作性能”“力學(xué)性能”的影響進(jìn)行分析。

（1）骨料取代率對(duì)工作性能的影響

圖1 骨料取代率對(duì)工作性能的影響

從圖1可以看出，隨著用水量的增加，各比例再生骨料取代率的混凝土的工作性能隨之增大；骨料取代率為70%時(shí)再生混凝土在各附加用水量中比其余兩種再生混凝土工作性能度好，但當(dāng)附加用水量達(dá)到30%時(shí)混凝土和易性差，出現(xiàn)離析。

（2）骨料取代率對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

圖2 骨料取代率對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

從圖2可看出，在附加用水量相同情況下，骨料取代率為70%再生混凝土抗壓強(qiáng)度比其余再生混凝土抗壓強(qiáng)度值均大；骨料取代率30%時(shí)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先降低，到附加用水量25%后抗壓強(qiáng)度開始提高，骨料取代率30%更大含水量的抗壓強(qiáng)度情況仍待進(jìn)一步試驗(yàn)研究；骨料取代率為70%再生混凝土強(qiáng)度在附加用水量15%～20%降低，在附加用水量20%后抗壓強(qiáng)度增大，25%后基本保持不變；骨料取代率為100%的再生混凝土抗壓強(qiáng)度隨著附加用水量的增加而增大到25%后抗壓強(qiáng)度降低。

（3）骨料取代率對(duì)劈拉強(qiáng)度的影響

圖3 骨料取代率對(duì)劈拉強(qiáng)度的影響

從圖3可以看出，骨料取代率為70%的再生混凝土比其余兩種取代率的再混凝土的劈裂強(qiáng)度都要大，并且是在附加用水量為25%時(shí)其劈裂強(qiáng)度出現(xiàn)最大值。

（4）附加含水量對(duì)工作性能的影響

圖4 附加含水量對(duì)工作性能的影響

從圖4可以看出，隨著用水量的增加，各再生骨料取代率的混凝土的工作性能隨之增大，且各附加含水量情況都在組合C骨料取代率70%的再生粗骨料中出現(xiàn)最大值。

（5）附加含水量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

圖5 附加含水量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

從圖5中可以看出，附加用水量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響效果各不相同，組合A抗壓強(qiáng)度隨著用水量的增加而降低，骨料組合B、C、D的抗壓強(qiáng)度最大值分別對(duì)應(yīng)的附加用水量為30%、15%、25%。

（6）附加含水量對(duì)劈拉強(qiáng)度的影響

圖6 附加含水量對(duì)劈拉強(qiáng)度的影響

從圖6中可以看出，附加用水量對(duì)劈拉強(qiáng)度的混凝土的影響效果各不相同，A、B組附加用水量為15%時(shí)劈拉強(qiáng)度大，C、D組附加用水量為25%時(shí)劈拉強(qiáng)度大。

2.將表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)，針對(duì)再生骨料取代試驗(yàn)方案B、C、D與無再生骨料取代試驗(yàn)方案A進(jìn)行比較，分析數(shù)據(jù)如表3。

表3 再生骨料取代與無再生骨料取代試驗(yàn)方案下數(shù)據(jù)比較分析

整理表3分析數(shù)據(jù)，將有骨料取代與無骨料取代情況進(jìn)行對(duì)比比較，分析其工作性能、強(qiáng)度方面變化的情況。

（1）有骨料取代對(duì)工作性能的影響

圖7 有再生骨料取代對(duì)工作性能的影響

從圖7中可以看出，與天然骨料配合比混凝土相比較，取代率為70%的再生混凝土的工作從性能更好，取代率為30%的再生混凝土在附加用水量20%～25%間某一點(diǎn)與天然骨料坍落度差值出現(xiàn)正值，取代率100%的坍落度差值均為負(fù)值表明再生混凝土工作性能都較差。

（2）有骨料取代對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

圖8 有骨料取代對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

從圖8中可以看出，骨料取代率為70%的再生混凝土在各附加用水量的情況下比天然骨料配合比的混凝土抗壓強(qiáng)度都大，骨料取代率30%和100%的再生混凝土在達(dá)到附加用水量為25%～30%間的附加用水量后比天然骨料配合比混凝土抗壓強(qiáng)度大。

（3）有骨料取代對(duì)劈拉強(qiáng)度的影響

圖9 有骨料取代對(duì)劈拉強(qiáng)度的影響

從圖9中可以看出，骨料取代率70%的再生混凝土劈拉強(qiáng)度高于其余兩種，且在附加用水量25%～30%間出現(xiàn)比無天然骨料配合比混凝土的劈拉強(qiáng)度高。

四、結(jié)束語

通過選取東莞建筑垃圾采用正交試驗(yàn)在再生骨料取代率及附加用水量變化情況下開展對(duì)比試驗(yàn)研究，通過整理測(cè)定的數(shù)據(jù)從骨料取代率、附加含水量對(duì)混凝土工作性能、力學(xué)性能的影響進(jìn)行分析，結(jié)果表明：再生骨料的組合方式對(duì)再生混凝土的強(qiáng)度有著決定性的影響；粗骨料取代率為70%時(shí)再生混凝土的抗壓強(qiáng)度與天然骨料普通混凝土最接近，且在附加用水量在25%工作性能最優(yōu)；對(duì)于骨料取代率為30%和100%的再生混凝土工作性能分別在附加用水量增加到25%和30%時(shí)才具有較好的流動(dòng)性，而骨料取代率為70%的再生混凝土工作性能在附加用水量增加到15%就呈現(xiàn)較好的流動(dòng)性。

研究成果可為再生混凝土相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供參考建議，今后可對(duì)增加配合比數(shù)量進(jìn)行更深入探究，獲取更加精確的數(shù)據(jù)，建立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)模型，以更準(zhǔn)確地確定影響再生混凝土的特性的因素。再生混凝土目前較多考慮在道路鋪裝等承擔(dān)次要作用的結(jié)構(gòu)或構(gòu)造物中應(yīng)用，希望進(jìn)一步提高理論研究水平，逐步將再生混凝土廣泛應(yīng)用于綠色建筑，尤其是裝配式建筑上。