現(xiàn)場(chǎng)廢棄混凝土制造再生混凝土凍融前后性能的研究*

孫連波 ，葛大勇 ，任福民 ，梁 銳 ，王 政，郝慧明

（1.中鐵建設(shè)集團(tuán)北京分公司第十三項(xiàng)目部，北京 100040；2.北京交通大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，北京 100044）

利用廢棄混凝土再生骨料拌制的再生骨料混凝土是發(fā)展綠色混凝土的主要措施之一。再生混凝土與天然骨料混凝土相比，其抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和坍落度都比較低。但如果在其配制過程中加入微細(xì)硅粉和高效減水劑，則以上3個(gè)及其他性能就會(huì)較大幅度地提高，與天然混凝土的性能相近。所以，使用廢棄混凝土作為骨料生產(chǎn)再生混凝土是非常可行的。

1 使用施工現(xiàn)場(chǎng)廢棄混凝土制備再生骨料混凝土的試驗(yàn)

1.1 制備再生骨料

廢棄混凝土采用顎式破碎機(jī)破碎，顎式破碎機(jī)有多種結(jié)構(gòu)形式，工作原理是相同的，即通過動(dòng)顎的周期性運(yùn)動(dòng)來破碎物料。隨著電動(dòng)機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)而破碎機(jī)動(dòng)顎作周期運(yùn)動(dòng)壓碎和排泄物料，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

1.2 制備再生骨料混凝土的配合比設(shè)計(jì)

在實(shí)現(xiàn)和易性要求前提下，如塌落度180 mm，在一定水膠比下，通過選用外加劑和適當(dāng)增加水泥漿量（5%～10%）。按照攪拌站生產(chǎn)C40 混凝土的配合比，水泥選用42.5 強(qiáng)度等級(jí)，膠凝材料中水泥可用等質(zhì)量二級(jí)粉煤灰替換，這里設(shè)定水泥用量323 kg/m3、二級(jí)粉煤灰73 kg/m3、礦粉108 kg/m3、膠凝材料總量504 kg/m3。拌合水172 kg/m3，水膠比0.387，砂率采用42.78%，采用中砂中粗砂，砂含水率3.1%。石子采用最大粒度22.5 mm，5～22.5 mm 連續(xù)級(jí)配。使用萘系高效減水劑，添加量2.2%。

采用破碎后廢棄混凝土替換石子，分別以0%、30%、50%、70%、100%比例替換石子，相應(yīng)10 L 混凝土拌合物需各種材料量（以kg 計(jì)）如表1 所示。

通過對(duì)上述配合比混凝土拌合物的制備，裝入10 cm×10 cm 模具，振搗，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d，測(cè)抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度和抗凍性能。對(duì)比分析不同水膠比和再生骨料摻混比例對(duì)混凝土強(qiáng)度和耐久性影響，選出最佳配合比。用照相機(jī)照相，觀察試件的斷面形貌，分析再生骨料性質(zhì)對(duì)混凝土性能影響的機(jī)理。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 養(yǎng)護(hù)28 d 的抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度

養(yǎng)護(hù)28 d 的抗壓和劈裂強(qiáng)度見表2。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用施工現(xiàn)場(chǎng)廢棄混凝土作為再生骨料，替換70%以下的天然骨料時(shí)，可以配置低1個(gè)標(biāo)號(hào)的混凝土，比如采用C40 混凝土配比，可以生產(chǎn)出C35 混凝土，其強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度均滿足C35混凝土要求。采用C30 混凝土配比，可以生產(chǎn)出C25 混凝土，其強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度均滿足C25 混凝土要求。在生產(chǎn)C40 以下混凝土?xí)r，隨著再生骨料替換比例的增大，抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度的下降趨勢(shì)，隨著強(qiáng)度等級(jí)越低，下降趨勢(shì)越明顯。

表1 再生混凝土試件的混合比設(shè)計(jì) kg

表2 再生骨料混凝土試件28 d 養(yǎng)護(hù)后的抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度

因?yàn)樵偕橇系拇嘈裕渲没炷恋呐褟?qiáng)度達(dá)不到其抗壓強(qiáng)度的1/10。這是和天然骨料混凝土性質(zhì)的顯著區(qū)別。砂率和水膠比對(duì)流動(dòng)性影響較大。配置時(shí)和易性對(duì)強(qiáng)度影響較大。

在和易性、強(qiáng)度、耐久性合格前提下，綜合考慮成本因素，推薦合適的配合比方案，在中鐵建商品混凝土攪拌站擴(kuò)大試驗(yàn)。配置C35混凝土?xí)r，42.5 強(qiáng)度等級(jí)水泥用量323 kg/m3、二級(jí)粉煤灰73 kg/m3、礦粉108 kg/m3、膠凝材料總量504 kg/m3，采用水膠比0.387，砂率42.78%，現(xiàn)場(chǎng)廢棄混凝土再生骨料替換比例不超過70%。配置C25 混凝土?xí)r，42.5 強(qiáng)度等級(jí)水泥用量241 kg/m3、二級(jí)粉煤灰80 kg/m3、礦粉90 kg/m3，膠凝材料總量411 kg/m3。拌合水175 kg/m3，水膠比0.48，砂率47.37%，現(xiàn)場(chǎng)廢棄混凝土再生骨料替換比例不超過70%。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)廢棄混凝土作為再生骨料材料制造的混凝土凍融循環(huán)試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)廢棄混凝土作為再生骨料材料制造的混凝土，進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)。按照GB/T 50082—2009 普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，冷凍溫度-20 ℃以上，時(shí)間8 h以上，融化試驗(yàn)溫度20 ℃以上，融化時(shí)間8 h以上。經(jīng)過3個(gè)多月試驗(yàn)，40 塊試件凍融循環(huán)次數(shù)達(dá)200 次，質(zhì)量損失均小于5%，尺寸沒有明顯變化。說明設(shè)計(jì)的配合比耐久性合格。

對(duì)凍融200 次試件測(cè)試抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度（見表3），發(fā)現(xiàn)抗壓強(qiáng)度增加顯著，水膠比較低（0.387）時(shí)劈裂強(qiáng)度增加；水膠比較高（0.48）時(shí)劈裂強(qiáng)度有的增加，有的減少。劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)后部分試件斷面見圖1。

表3 再生骨料混凝土試件28 d 養(yǎng)護(hù)后的抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度與凍融200 次后比較

圖1 凍融循環(huán)200 次后實(shí)驗(yàn)試件劈裂強(qiáng)度測(cè)試后試件界面照片

3 結(jié)論

1）首先實(shí)現(xiàn)和易性要求前提下，如塌落度180 mm，可以在一定水膠比下，通過選用外加劑和適當(dāng)增加水泥漿量（5%～10%），再滿足強(qiáng)度和耐久性要求。

2）采用施工現(xiàn)場(chǎng)廢棄混凝土作為再生骨料，替換70%以下的天然骨料時(shí)，可以配置設(shè)計(jì)強(qiáng)度低1個(gè)標(biāo)號(hào)的混凝土，其強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度均滿足要求。

3）現(xiàn)場(chǎng)廢棄混凝土作為再生骨料材料制造的混凝土凍融循環(huán)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，40 塊試件凍融循環(huán)次數(shù)達(dá)200 次，質(zhì)量損失均小于5%，尺寸沒有明顯變化。說明設(shè)計(jì)的配合比耐久性合格。對(duì)凍融200 次試件測(cè)試抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)抗壓強(qiáng)度增加顯著，水膠比較低（0.387）時(shí)劈裂強(qiáng)度增加，水膠比較高（0.48）時(shí)劈裂強(qiáng)度有的增加，有的減少。材料脆性增加。

4）施工現(xiàn)場(chǎng)廢棄混凝土作為再生骨料，可以配置再生骨料混凝土，主要用于地基加固、道路工程的墊層、室內(nèi)地坪墊層、砌塊磚等方面。