再生骨料的基本物理力學(xué)性能試驗(yàn)研究

范 煒， 陳 峰

(福建江夏學(xué)院 工程學(xué)院， 福建 福州 350108)

再生骨料的基本物理力學(xué)性能試驗(yàn)研究

范 煒， 陳 峰

(福建江夏學(xué)院 工程學(xué)院， 福建 福州 350108)

再生骨料的物理力學(xué)性質(zhì)是影響其運(yùn)用范圍、再生混凝土性能的本質(zhì)因素。通過(guò)對(duì)公路廢棄混凝土所制成的再生骨料和天然骨料同時(shí)進(jìn)行物理力學(xué)性能試驗(yàn)研究，獲得了骨料的表觀密度、吸水率、壓碎值、磨耗損失和針片狀顆粒含量值。通過(guò)對(duì)再生骨料和天然骨料的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，再生骨料除了針片狀顆粒含量值會(huì)略優(yōu)于天然骨料，其他四種物理力學(xué)性質(zhì)均比天然骨料差，但兩者的差異性不大。

廢棄混凝土；再生骨料；天然骨料；對(duì)比試驗(yàn)

近年來(lái)，隨著全面開(kāi)展大規(guī)模城鄉(xiāng)建設(shè)和各種施工工藝及技術(shù)的進(jìn)步，混凝土的運(yùn)用領(lǐng)域變的越來(lái)越廣，需求量也越來(lái)越大。由于骨料是生產(chǎn)混凝土所占比重最大的原材料，因此，多年來(lái)為了滿足工程建設(shè)對(duì)混凝土的需求而對(duì)砂石等自然資源的開(kāi)采，已經(jīng)造成了砂石骨料資源的緊缺和生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破壞。與此同時(shí)，隨著舊村改造、房屋拆遷、道路和橋梁拆除重建等項(xiàng)目的實(shí)施，使得工程建設(shè)中產(chǎn)生了越來(lái)越多的廢棄混凝土[1]。而目前對(duì)于廢棄混凝土的處理方式，主要是通過(guò)焚燒、填埋、露天堆放等的常規(guī)手段，這樣不僅會(huì)占用大量的國(guó)家土地資源，增加運(yùn)輸成本，而且還會(huì)嚴(yán)重破壞周邊的環(huán)境和造成資源的浪費(fèi)。

面對(duì)天然骨料資源的短缺和廢棄混凝土資源的浪費(fèi)問(wèn)題，引發(fā)了國(guó)內(nèi)外不同領(lǐng)域的專家學(xué)者對(duì)廢棄混凝土制成的再生骨料進(jìn)行研究。Nixon P J等[2]進(jìn)行了再生骨料與天然骨料的對(duì)比研究；Ravindrarajah R S等[3]研究了再生骨料混凝土的強(qiáng)度性質(zhì)；O'Mahony M M等[4]研究了再生混凝土的抗剪強(qiáng)度；Salem R M等[5]與Burdette E G等[6]研究了再生混凝土的抗凍融性能；Evangelista L等[7]研究了再生骨料取代率對(duì)混凝土的影響；謝玲君等[8-9]研究了再生骨料級(jí)配對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響；季天劍等[10]研究了路面廢棄混凝土的力學(xué)性能；李云霞等[11]研究得出再生骨料的吸水率對(duì)混凝土的影響；崔正龍等[12]研究了再生骨料取代率、水泥砂漿附著率對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響。然而，由于再生骨料的物理力學(xué)性質(zhì)是影響其運(yùn)用范圍、再生混凝土性能等的本質(zhì)因素，因此，需要對(duì)再生骨料的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)研究，得出再生骨料的物理力學(xué)特性和與天然骨料的差異性，為工程實(shí)踐提供參考。

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)方法

為了更加直觀的體現(xiàn)再生骨料與天然骨料在物理力學(xué)性能方面的差異，分別對(duì)天然骨料和再生骨料按規(guī)程要求同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)研究，通過(guò)對(duì)比分析獲得再生骨料的基本力學(xué)指標(biāo)及與天然骨料的差異性。

由于骨料的物理力學(xué)性能指標(biāo)較多，本試驗(yàn)選擇對(duì)骨料性能影響較大的指標(biāo)按規(guī)程要求進(jìn)行試驗(yàn)，獲得骨料的重要物理試驗(yàn)指標(biāo)值。試驗(yàn)種類包括：骨料表觀密度及吸水率試驗(yàn)、骨料壓碎值試驗(yàn)、骨料洛杉磯磨耗值試驗(yàn)和骨料針片狀顆粒含量試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)所用再生骨料和天然骨料的來(lái)源及類別如表1所示。其中再生骨料是通將廢棄混凝土塊破碎后，經(jīng)清洗、篩分等工序處理后得到的骨料。

表1 骨料來(lái)源及類別

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 骨料表觀密度及吸水率試驗(yàn)

骨料的表觀密度和含水率試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表2、表3。根據(jù)表2和表3所示骨料表觀密度和吸水率試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果可以看出，再生骨料與天然骨料相比較，表觀密度略小，而吸水率略大。再生骨料的形成大部分來(lái)自于經(jīng)過(guò)破碎處理后的廢棄混凝土，表面幾乎都包裹或粘附著一定量的舊硬化水泥砂漿，這些硬化砂漿在水化反應(yīng)過(guò)程中消耗了大量的水分而又沒(méi)有補(bǔ)充，因此其內(nèi)部出現(xiàn)了大量的孔隙，從而使得表觀密度相較而言略小。水泥漿體經(jīng)過(guò)硬化后，屬于親水性較好的材料，且因?yàn)榭紫抖啵嬖诖罅康拿?xì)作用，再加上再生骨料生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)的疲勞損傷裂紋等，因此相比天然骨料而言，再生骨料的吸水率較高。從骨料表觀密度和吸水率這兩項(xiàng)指標(biāo)，可以體現(xiàn)出孔隙率的大小，表觀密度越小，孔隙率就越大；吸水率越大，孔隙率也就越大。因此在實(shí)際運(yùn)用中，拌和成的再生骨料混合料就需要越多的膠凝混合料去填充這些空隙，從而將會(huì)提高再生骨料混合料的最佳含水率。

2.2 骨料壓碎值試驗(yàn)

骨料壓碎值指粗骨料抵抗?jié)u增荷載壓碎的性能指標(biāo)，以此衡量骨料自身的強(qiáng)度性能，是骨料眾多物理、力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)之一。骨料的壓碎值試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表2 表觀密度試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果

注：m0為骨料的烘干質(zhì)量；m1為水、瓶及玻璃片的總質(zhì)量；m2為骨料試樣、水、瓶及玻璃片的質(zhì)量；ρa(bǔ)為表觀密度。

表3 吸水率試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果

注：m0為骨料的烘干質(zhì)量；m3為骨料的表干質(zhì)量；Wx為骨料的吸水率。

表4 骨料壓碎值試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表4所示骨料壓碎值試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果可知，再生骨料的壓碎值大于天然骨料，約達(dá)到了2.3倍。再生骨料中大部分的組成形態(tài)是骨料與砂漿結(jié)合體，少部分是原天然骨料和舊硬化水泥砂漿，舊硬化水泥砂漿的強(qiáng)度低于天然骨料，原天然骨料以及骨料與砂漿結(jié)合體在再生骨料的生產(chǎn)與運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生各種累積損傷，最終發(fā)展成裂紋，從而降低了再生骨料中原天然骨料以及骨料與砂漿結(jié)合體的強(qiáng)度，綜合以上兩點(diǎn)影響因素，再生骨料的強(qiáng)度將會(huì)低于天然骨料，在骨料力學(xué)性能指標(biāo)上則通過(guò)壓碎值來(lái)反映，因此，再生骨料的壓碎值低于天然骨料。

2.3 骨料洛杉磯磨耗值試驗(yàn)

骨料的磨耗損失是評(píng)價(jià)骨料抵抗摩擦、撞擊能力的力學(xué)指標(biāo)，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 骨料洛杉磯磨耗值試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果

注：m1為磨耗前質(zhì)量；m2為磨耗后質(zhì)量；Q為磨耗損失。

由表5可以看出，再生骨料的磨耗損失明顯要高于天然骨料。再生骨料中骨料與砂漿結(jié)合體界面間的粘結(jié)力較弱，硬化水泥砂漿空隙率大，使得再生骨料結(jié)構(gòu)疏松；而生產(chǎn)、運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的累積損傷裂紋使得再生骨料內(nèi)部構(gòu)造力低；除此之外，再生骨料的表面粘附著大量舊硬化水泥砂漿，使得再生骨料表面變得更粗糙，棱角也更多。綜合以上三點(diǎn)影響因素，再生骨料經(jīng)過(guò)磨耗試驗(yàn)機(jī)的二次撞擊和摩擦等損傷，更易被肢解成粒徑更小的骨料，更易被摩擦損傷成細(xì)小顆粒，這就造成了再生骨料磨耗損失值遠(yuǎn)大于天然骨料。從再生骨料磨耗試驗(yàn)后的骨料顆?？?，硬化水泥砂漿占了很大一部分，從而說(shuō)明硬化水泥漿體含量越大，再生骨料磨耗損失也將越大。

2.4 骨料針片狀顆粒含量試驗(yàn)

骨料的針片狀顆粒是指骨料顆粒最大長(zhǎng)度與最小厚度尺寸之比大于3的顆粒，骨料針片狀顆粒含量試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 骨料針片狀顆粒含量試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果

注：m0為試驗(yàn)用骨料質(zhì)量；m1為針片狀顆粒質(zhì)量；Qe為針片狀顆粒含量。

由表6骨料針片狀顆粒含量試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果可以看出，再生骨料的針片狀顆粒含量略小于天然骨料。廢棄混凝土是骨料和硬化水泥砂漿粘合在一起的混合體，經(jīng)破碎后其中一些針片狀的天然骨料表面包裹著硬化水泥砂漿，使得這一部分骨料變得棱角分明，進(jìn)而降低了骨料的針片狀顆粒含量，因此，廢棄混凝土生產(chǎn)的再生骨料針片狀顆粒含量會(huì)略低于天然骨料。針片狀顆粒在外部作用力下更容易被折斷，因此，當(dāng)針片狀顆粒含量超出一定范圍時(shí)，會(huì)影響水泥穩(wěn)定集料基層材料的力學(xué)性能。

3 結(jié) 論

本文通過(guò)對(duì)天然骨料和再生骨料的物理力學(xué)試驗(yàn)研究得到如下結(jié)論：

(1) 再生骨料的表觀密度略小于天然骨料，兩者之間大小相差2.6%，但再生骨料與天然骨料之間的吸水率相差較大，兩者之間相差2.6倍左右，從而說(shuō)明再生骨料的孔隙率較大。

(2) 再生骨料的壓碎值和磨耗損失都大于天然骨料，約是天然骨料的2.3倍和1.5倍。

(3) 再生骨料的針片狀顆粒含量略小于天然骨料，因此，在對(duì)針片狀顆粒含量要求較高的工程中，再生骨料比天然骨料更加具有優(yōu)勢(shì)。

(4) 再生骨料表面粘結(jié)的舊硬化水泥砂漿和生產(chǎn)與運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的各種累計(jì)損傷使得再生骨料的物理力學(xué)性質(zhì)普遍比天然骨料差，但差異性并不太大。

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Physical and Mechanical Properties of Recycled Aggregate

FAN Wei, CHEN Feng

(CollegeofEngineering,FujianJiangxiaUniversity,Fuzhou,Fujian350108,China)

In this paper, the basic physical and mechanical properties of natural aggregate and recycled aggregate made of waste concrete were analyzed. The apparent density, water absorption, crushing value, wear loss and the content of needle-like particles of recycled aggregates and natural aggregates were obtained, by comparing the results of five physical mechanics tests of recycled aggregate and natural aggregate, in addition to the content of needle-like particles of recycled aggregate, it shows that the recycled aggregate is slightly better than the natural aggregate, while the other four physical and mechanical properties is relatively poor than the natural aggregate, but the difference is not great.

waste concrete; recycled aggregate; natural aggregate; comparison test

10.3969/j.issn.1672-1144.2017.02.023

2017-01-20

2017-02-17

福建省科技廳自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2016J0101)；福建省教育廳科技項(xiàng)目(JAT160341)

范 煒(1971—)，女，河南焦作人，博士，講師，主要從事高性能混凝土研究。E-mail:fw408@163.com

陳 峰(1981—)，男，福建福州人，博士，教授，主要從事高性能混凝土研究。E-mail:8303433@qq.com

TU528.041

A

1672—1144(2017)02—0121—03