再生混凝土在水利工程中的應(yīng)用

陳 南，孫曉燕

（1.江蘇淮陰水利建設(shè)有限公司，江蘇 淮安 223001；2.江蘇省淮沭新河管理處，江蘇 淮安 223001）

再生混凝土顧名思義是由再生骨料替代傳統(tǒng)骨料，與細(xì)骨料、膠凝材料、礦物摻合料、外加劑、水等拌合而成的混凝土；最近幾年隨著房地產(chǎn)的加速發(fā)展，我國每年有大量的房子拆建，有研究資料表明，每拆掉1 m2的建筑要生產(chǎn)1.3 t的建筑垃圾、每新建1 m2的建筑要生產(chǎn)0.3 t的建筑垃圾，而填埋1萬t建筑垃圾需要占用0.13 hm2土地，對(duì)于環(huán)境的危害更是成倍數(shù)增加；隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)以及砂石骨料價(jià)格瘋漲，再生骨料作為一種可替代的資源正在被許多建筑工地應(yīng)用。再生混凝土的使用可以保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)廢舊混凝土的高效回收和再生利用，促進(jìn)建筑業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展［1］。本文基于蘇北某老舊閘站拆除的混凝土作為對(duì)象，研究再生混凝土在水利工程中的運(yùn)用。

1 原混凝土抗壓強(qiáng)度

原閘站工程建于20世紀(jì)70—80年代，工程建成時(shí)間較久，現(xiàn)已不能滿足正常運(yùn)行要求；原始設(shè)計(jì)資料已不可考究，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)未知，計(jì)劃拆除舊的閘站工程，在原址重建新閘站；由于拆除舊閘站后會(huì)產(chǎn)生大量廢棄混凝土，對(duì)環(huán)境衛(wèi)生等都會(huì)造成隱患，現(xiàn)打算進(jìn)行廢物利用，對(duì)拆除的廢棄混凝土進(jìn)行破碎篩分，配制成5～31.5 mm的級(jí)配碎石用于拌制混凝土［2］；對(duì)原混凝土進(jìn)行鉆芯取樣，閘室墩墻、閘室底板、上下游翼墻每個(gè)部位各鉆取1組芯樣，共4組12個(gè)芯樣，然后按照SL352—2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，芯樣抗壓強(qiáng)度見表1。

表1 原混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果

2 試驗(yàn)原材料

2.1 水泥

水泥采用PO42.5普通硅酸鹽水泥，水泥的物理性能按《通用硅酸鹽水泥》GB175—2007要求，試驗(yàn)結(jié)果見表2。水泥的化學(xué)性能按規(guī)范《水泥化學(xué)分析方法》GB/T176—2017試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表2 普通硅酸鹽水泥的物理性能

表3 普通硅酸鹽水泥的化學(xué)性能

2.2 細(xì)骨料

細(xì)骨料采用天然砂，按照J(rèn)GJ52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行試驗(yàn)，細(xì)度模數(shù)為2.8，屬于中砂，顆粒級(jí)配區(qū)為Ⅱ區(qū)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 砂試驗(yàn)參數(shù)

2.3 粗骨料

2.3.1 再生粗骨料

再生混凝土使用再生粗骨料，再生粗骨料由原混凝土破碎篩分后，配制成5～31.5mm的連續(xù)級(jí)配，清洗風(fēng)干后作為新建工程混凝土的粗骨料［2］，再生粗骨料按照J(rèn)GJ52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行試驗(yàn)，檢測結(jié)果見表5。

表5 再生粗骨料品質(zhì)

2.3.2 粗骨料

對(duì)比普通混凝土粗骨料采用天然碎石，顆粒級(jí)配為5～31.5 mm連續(xù)級(jí)配，檢測結(jié)果見表6。

表6 粗骨料品質(zhì)

2.4 粉煤灰

粉煤灰采用大唐電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰，粉煤灰的燒失量為3.94%，細(xì)度為18.4%，三氧化硫含量為1.42%。

2.5 外加劑

外加劑采用高效減水劑，產(chǎn)品為棕色液體，含固量為15.6%，減水率為20.2%，泌水率比為71%。

3 配合比設(shè)計(jì)

本工程主體結(jié)構(gòu)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)均為C25，本工程泵送混凝土設(shè)計(jì)坍落度為180 mm，同時(shí)考慮到再生粗骨料吸水率較普通粗骨料大，設(shè)計(jì)用水量均增加5%，配合比見表7。

表7 混凝土配合比

4 混凝土拌合物工作性能以及測試試件制備

普通混凝土和再生混凝土均按照表7的配合比準(zhǔn)確稱取材料用量，按粗細(xì)骨料、水泥、粉煤灰順序加入強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌合，拌合均勻后一次性加入外加劑和水的混合物，拌合均勻后一部分對(duì)拌合物進(jìn)行坍落度試驗(yàn)，測定拌合物的坍落度以及60 min坍落度經(jīng)時(shí)變化量；另一部分成型試驗(yàn)試件，每組3個(gè)試件，分別成型150 mm×150 mm×150 mm抗壓試件2組，150 mm×150 mm×150 mm劈裂抗拉試件2組，150 mm×150 mm×550 mm抗折試件2組，抗?jié)B試件2組，100 mm×100 mm×400 mm抗凍試件2組，鉆取Φ100 mm×H50 mm氯離子滲透試件2組，混凝土拌合物性能檢測結(jié)果見表8。

表8 混凝土拌合物性能結(jié)果

由表8可知，再生混凝土坍落度比普通混凝土坍落度低25 mm，再生混凝土60 min坍落度經(jīng)時(shí)變化量比普通混凝土多20 mm；再生混凝土拌合物無泌水，普通混凝土拌合物有輕微泌水，可能因?yàn)樵偕炷链止橇媳砻孑^天然碎石粗糙用水量大；再生混凝土的保水性和粘聚性也比普通混凝土要好。

5 混凝土的力學(xué)性能試驗(yàn)

5.1 混凝土抗壓強(qiáng)度

根據(jù)GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，混凝土抗壓強(qiáng)度采用試件尺寸150 mm×150 mm×150 mm為標(biāo)準(zhǔn)試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期為28 d［3］，檢測結(jié)果見表9。

由表9可知，原材料用量完全相同的配合比，普通混凝土抗壓強(qiáng)度比再生混凝土高7.9%，一方面可能是原生混凝土在破碎過程中在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大量微裂紋，在混凝土抗壓過程中內(nèi)部缺陷首先破壞［4］；另一方面可能是水泥漿體和再生粗骨料包裹性差，在凝結(jié)硬化后，水泥石和再生粗骨料間具有界面薄弱區(qū)，在受到應(yīng)力過程中首先破壞，兩種原因可能導(dǎo)致再生混凝土抗壓強(qiáng)度比普通混凝土低。

表9 混凝土抗壓強(qiáng)度結(jié)果

5.2 混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度

根據(jù)GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度采用試件尺寸150 mm×150 mm×150 mm為標(biāo)準(zhǔn)試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期為28 d［3］，檢測結(jié)果見表10。

由表10可知，普通混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度比再生混凝土高10.9%，趨勢與抗壓強(qiáng)度基本相同。

表10 混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度結(jié)果

5.3 混凝土抗折強(qiáng)度

根據(jù)GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，混凝土抗折強(qiáng)度采用試件尺寸150 mm×150 mm×550 mm為標(biāo)準(zhǔn)試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期為28 d［3］，檢測結(jié)果見表11。

由表11可知，普通混凝土抗折強(qiáng)度比再生混凝土高13.0%，趨勢與抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度基本相同，但抗折強(qiáng)度降低的更大。

表11 混凝土抗折強(qiáng)度結(jié)果

6 混凝土耐久性能試驗(yàn)

本工程處于江淮地區(qū)，屬亞熱帶氣候，氣候冷暖交替進(jìn)行，化工廠較多、水中化學(xué)元素較復(fù)雜，工程受化學(xué)侵蝕、凍融、氯離子滲透、碳化等損害日益嚴(yán)重；鑒于水利行業(yè)特殊性，對(duì)混凝土耐久性能進(jìn)行了測試。

6.1 混凝土抗水滲透試驗(yàn)

混凝土腐蝕大多由于水、水中的Cl-等其他有害粒子侵入混凝土共同侵蝕，混凝土抗?jié)B透性能是混凝土耐久性的一個(gè)比較重要的指標(biāo)［1］。

按GBT50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)普通混凝土和再生混凝土進(jìn)行試驗(yàn)［5］，檢測結(jié)果表明:在試驗(yàn)水壓0.4 MPa下，普通混凝土試件和再生混凝土共12個(gè)試件均不滲水，均滿足設(shè)計(jì)W4的要求。

6.2 混凝土抗凍試驗(yàn)

混凝土凍融機(jī)理：混凝土內(nèi)部溫度在-20℃時(shí)，混凝土內(nèi)毛細(xì)水結(jié)冰體積膨脹，未參與水泥水化的水受壓力向外流出，且流速受冰面擴(kuò)大而加快，同時(shí)受到混凝土內(nèi)壁阻力作用，當(dāng)混凝土不能抵抗內(nèi)部膨脹應(yīng)力的時(shí)候，就會(huì)對(duì)混凝土內(nèi)部損傷，在N次反復(fù)凍融循環(huán)下，最終導(dǎo)致混凝土被破壞，本試驗(yàn)采用快凍法對(duì)再生混凝土抗凍性能進(jìn)行檢測，檢測參數(shù)為相對(duì)動(dòng)彈性模量和質(zhì)量損失率［3］，按GB/T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)普通混凝土和再生混凝土進(jìn)行試驗(yàn)［5］，檢測結(jié)果見表12。

由表12可知，普通混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量比再生混凝土高15.5%，重量損失率比再生混凝土低44.1%；原因可能是再生混凝土水泥石與再生骨料間界面結(jié)合較普通混凝土差，以及再生骨料內(nèi)部缺陷共同導(dǎo)致抗凍性能比普通混凝土低，試驗(yàn)結(jié)果均滿足F50要求［5］。

表12 混凝土抗折強(qiáng)度結(jié)果

6.3 混凝土抗氯離子滲透試驗(yàn)

采用快速氯離子遷移系數(shù)法（RCM法）對(duì)兩種混凝土進(jìn)行抗氯離子滲透試驗(yàn)［5］，氯離子滲透進(jìn)混凝土中會(huì)破壞鋼筋表面的鈍化膜加快鋼筋銹蝕，鋼筋銹蝕導(dǎo)致體積膨脹進(jìn)而對(duì)混凝土應(yīng)力破壞；按GB/T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)普通混凝土和再生混凝土進(jìn)行試驗(yàn)，普通混凝土的非穩(wěn)態(tài)遷移系數(shù)為2.03×10-12m2/s，再生混凝土為1.71×10-12m2/s，檢測結(jié)果表明兩種混凝土抗氯離子滲透性能均為中等，普通混凝土要比再生混凝土抗氯離子滲透性能好。

7 結(jié)論

（1）再生混凝土拌合物坍落度和坍落度經(jīng)時(shí)變化量均比普通混凝土低，但泌水性、保水性、黏聚性均比普通混凝土好［6］，拌合物性能均能滿足施工要求。

（2）再生混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度均比普通混凝土低，但各種力學(xué)性能均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

（3）再生混凝土和普通混凝土抗水滲透性能均加壓至0.4 MPa，12個(gè)試件均不滲水，結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)P4的要求。

（4）再生混凝土抗凍性能比普通混凝土差，從試驗(yàn)結(jié)果來看抗凍性能均能滿足設(shè)計(jì)F50的要求。

（5）再生混凝土和普通混凝土抗氯離子滲透性能都為中等，滿足氯鹽侵蝕一般的地區(qū)要求。

（6）綜上，再生混凝土的各項(xiàng)力學(xué)性能和耐久性能均比普通混凝土要低，但各種性能均能很好的滿足設(shè)計(jì)要求。

（7）本項(xiàng)目的再生粗骨料各項(xiàng)性能較好，所以拌制出的再生混凝土均能滿足要求，但廢棄材料的性能千差萬別，不可隨意套用本配合比，本試驗(yàn)具有不可復(fù)制性。