建筑垃圾再生骨料基本性能研究

何永全，王政，李樂繼

（1.重慶市環(huán)衛(wèi)集團(tuán)有限公司，重慶401121；2.重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶400045）

隨著城市化、城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐的推進(jìn)，建筑行業(yè)不斷演化升級(jí)的建筑模式更新更替速度令人震驚。城市建設(shè)中建筑建造過程是一個(gè)“高資源、高能源”的消耗過程，其中水泥、石材、砂、鋁材和鋼筋等建筑材料消耗大量的能源和礦產(chǎn)資源[1]。伴隨著砂、石資源的過度開采，城市周邊天然的砂、石建筑材料瀕臨枯竭，對(duì)自然資源和環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重的破壞和影響。

2010年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部原副部長(zhǎng)仇保興指出[2，3]，我國(guó)城市建設(shè)拆除的大量建筑其平均壽命只有25～30年，每年產(chǎn)生的建筑垃圾總量數(shù)以億噸計(jì)，建筑垃圾的產(chǎn)生量約占城市垃圾總量的30%～40%。如此巨量的建筑垃圾，處理處置不當(dāng)會(huì)帶來土壤、水質(zhì)和大氣等環(huán)境問題，危及人體健康，給經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)健康發(fā)展帶來不利影響[4]。鑒于此，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)社會(huì)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展，開展建筑垃圾資源化利用的研究尤為必要。國(guó)內(nèi)外關(guān)于建筑廢棄混凝土的資源化利用主要有3個(gè)層次[5]：（1）低級(jí)利用，如作為基礎(chǔ)回填材料和鋪墊路基；（2）中級(jí)利用，如用作道路的基層或建筑物基礎(chǔ)材料；（3）高級(jí)利用，如作為再生骨料（Recycled Aggregate）配制再生骨料混凝土（Recycled Aggregate Concrete）或磚，用在道路面層、建筑構(gòu)件上或用于制造水泥等。文中開展建筑垃圾再生骨料基本性能試驗(yàn)研究，對(duì)不同品質(zhì)的再生骨料分層次資源化利用，以實(shí)現(xiàn)建筑垃圾廢棄混凝土的高水平高附加值應(yīng)用。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

建筑垃圾再生骨料取自重慶市益衛(wèi)生態(tài)環(huán)?？萍加邢薰窘ㄖ壛暇C合利用場(chǎng)。建筑垃圾再生骨料是經(jīng)顎式破碎和反擊破碎后篩分得到，其中再生混凝土骨料約占93.4%，碎磚塊骨料約占5.6%，木渣、玻璃、紙屑、塑料等雜質(zhì)含量不足1%。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)再生骨料基本性能的分析測(cè)試采用《建設(shè)用卵石、碎石》（GB/T 14685—2011）中相關(guān)的試驗(yàn)方法進(jìn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 再生粗骨料試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 再生粗骨料的顆粒級(jí)配

試驗(yàn)所用兩種單粒粒級(jí)為5～8 mm（短粒徑再生粗骨料，SRA）和8～20 mm（長(zhǎng)粒徑再生粗骨料，LRA）的再生粗骨料，其顆粒級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果見表1?？梢钥闯觯琇RA在邊長(zhǎng)為9.5 mm方孔篩篩上骨料質(zhì)量累計(jì)篩余百分率為79.9%，低于對(duì)應(yīng)的篩余規(guī)定值，其余各部分以及SRA均滿足對(duì)應(yīng)的規(guī)定范圍。表2為再生粗骨料LSRA的顆粒級(jí)配?？梢钥闯龈骷?jí)累計(jì)篩余均良好符合對(duì)應(yīng)的規(guī)定范圍。綜上分析，單粒級(jí)SRA和連續(xù)粒級(jí)LSRA均滿足《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177—2010）中對(duì)單粒粒級(jí)5～10 mm和連續(xù)粒級(jí)5～20 mm的再生粗骨料的顆粒級(jí)配規(guī)定。

表1 單粒級(jí)再生粗骨料LRA和SRA的顆粒級(jí)配

表2 再生粗骨料LSRA的顆粒級(jí)配

2.1.2 再生粗骨料的含水率和吸水率

再生粗骨料的含水率和吸水率試驗(yàn)結(jié)果見表3。可以看出，SRA和LRA兩種單粒級(jí)再生粗骨料的含水率分別為4.4%和5.7%，單粒粒級(jí)越大含水率越高。LRA和SRA按質(zhì)量比1∶1混合得到的LSRA含水率為5.0%。

表3 再生粗骨料含水率

兩種單粒級(jí)的再生粗骨料SRA和LRA的24 h吸水率分別為7.3%和6.8%，LSRA的吸水率為7.0%，均滿足《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177—2010）再生粗骨料吸水率Ⅲ類（＜8%）要求。已有研究表明[6-8]：再生粗骨料表面包裹著硬化砂漿和雜質(zhì)，這層砂漿和雜質(zhì)使再生骨料表面比天然骨料表面更粗糙、棱角更多，而硬化砂漿和雜質(zhì)的吸水率明顯高于天然粗骨料，導(dǎo)致再生粗骨料的吸水率高。SRA吸水率比LRA吸水率高的原因是SRA顆粒粒徑較小，比表面積大。

2.1.3 再生粗骨料的壓碎指標(biāo)

再生粗骨料壓碎指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果見表4。再生粗骨料壓碎指標(biāo)為18%，滿足《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177—2010）再生粗骨料壓碎指標(biāo)Ⅱ類（＜20%）要求。再生粗骨料表面含有少量強(qiáng)度遠(yuǎn)低于天然骨料的砂漿和破碎加工過程中造成的微裂紋等損傷，使得再生粗骨料孔隙率高、壓碎值增大[9]。

表4 再生粗骨料壓碎指標(biāo)

2.1.4 再生粗骨料的針、片狀顆粒含量

經(jīng)過試驗(yàn)測(cè)得再生粗骨料針、片狀顆粒含量為11%（精確到1%），超過再生粗骨料的針、片狀顆粒含量規(guī)定，滿足建設(shè)用卵石、碎石中規(guī)定的針、片狀顆粒含量Ⅲ類（≤15%）要求，略高于Ⅱ類（≤10%）要求。

2.1.5 再生粗骨料的密度和空隙率

單粒級(jí)SRA和LRA的表觀密度分別為2 625 kg/m3和2600kg/m3，連續(xù)粒級(jí)LSRA的表觀密度為2615kg/m3，符合《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177—2010）再生粗骨料Ⅰ類（＞2 450 kg/m3）表觀密度要求。再生粗骨料表觀密度大于天然骨料，查閱大量文獻(xiàn)比對(duì)發(fā)現(xiàn)，主要原因是再生骨料表面包裹著一定數(shù)量的硬化砂漿。此外，也有研究表明[9-12]：產(chǎn)生這一結(jié)果還與再生骨料母體混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、配比、使用時(shí)間、使用環(huán)境及地域等因素有關(guān)。

再生粗骨料SRA，LRA和LSRA的松散堆積空隙率均為55%，緊密堆積空隙率分別為49%，50%和50%，隨著再生骨料顆粒粒徑的減小,再生骨料的堆積空隙率略有降低。緊密堆積空隙率符合《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177—2010）再生粗骨料Ⅲ類（＜53%）空隙率要求，在Ⅱ類臨界規(guī)定值50%附近波動(dòng)，松散堆積空隙率超過Ⅲ類（＜53%）空隙率要求。產(chǎn)生這一結(jié)果，主要是由于再生骨料的表面粗糙度和棱角效應(yīng)[9]。

2.2 再生細(xì)骨料的基本性能

2.2.1 再生細(xì)骨料的顆粒級(jí)配

再生細(xì)骨料的顆粒級(jí)配的試驗(yàn)結(jié)果見表5?？梢钥闯?，與《混凝土和砂漿用再生細(xì)骨料》（GB/T 25176—2010）規(guī)定再生細(xì)骨料的顆粒級(jí)配1，2，3級(jí)配區(qū)相比，4.75 mm和0.15 mm篩檔滿足級(jí)配區(qū)要求。2.36 mm篩檔不滿足任何一個(gè)級(jí)配區(qū)要求。其他孔徑篩篩上累計(jì)篩余分別符合再生細(xì)骨料1，2，3級(jí)配區(qū)某一個(gè)或兩個(gè)配區(qū)規(guī)定范圍，但均不能同時(shí)滿足3個(gè)配區(qū)規(guī)定范圍。

表5 再生細(xì)骨料顆粒級(jí)配

2.2.2 再生細(xì)骨料的含水率和飽和面干吸水率

再生細(xì)骨料含水率和飽和面干吸水率分別為3.4%和10.6%。相比于再生粗骨料含水率和吸水率，再生細(xì)骨料含水率明顯低于再生粗骨料，而前者飽和面干吸水率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后者。主要原因是：再生細(xì)骨料與水接觸總表面積遠(yuǎn)大于再生粗骨料，再生細(xì)骨料含有更多硬化砂漿和雜質(zhì)，再生細(xì)骨料表面和內(nèi)部有大量微裂紋，因此助長(zhǎng)了再生細(xì)骨料的吸水率。

2.2.3 再生細(xì)骨料的壓碎指標(biāo)

再生細(xì)骨料壓碎指標(biāo)值為33%，超過《混凝土和砂漿用再生細(xì)骨料》（GB/T 25176—2010）再生細(xì)骨料壓碎指標(biāo)Ⅲ類（＜30%）要求，力學(xué)性能差。原因是再生細(xì)骨料中含有大量強(qiáng)度很低的砂漿和泥土等雜質(zhì)，加之再生細(xì)骨料表面和內(nèi)部有大量微裂紋，因此降低了其力學(xué)性能。

2.2.4 再生細(xì)骨料的密度和空隙率

再生細(xì)骨料的表觀密度為2 610 kg/m3，符合《混凝土和砂漿用再生細(xì)骨料》（GB/T 25176—2010）再生細(xì)骨料Ⅰ類（＞2 450 kg/m3）表觀密度要求。再生細(xì)骨料的松散、緊密堆積密度分別為1210kg/m3和1360kg/m3，分別滿足《混凝土和砂漿用再生細(xì)骨料》（GB/T 25176—2010）再生細(xì)骨料Ⅲ類（＞1 200 kg/m3）和Ⅰ類（＞1 350 kg/m3）堆積密度規(guī)定。再生細(xì)骨料的松散、緊密堆積空隙率分別為54%和48%，分別超過再生細(xì)骨料Ⅲ類（＜52%）和Ⅱ類（＜48%）要求。《建設(shè)用砂》（GB/T 14684—2011）規(guī)定砂的松散堆積密度不小于1400kg/m3，空隙率不大于44%。再生細(xì)骨料松散堆積密度小于砂，空隙率遠(yuǎn)大于砂，主要因?yàn)樵偕?xì)骨料中含有硬化砂漿和泥土等雜質(zhì)，而且再生細(xì)骨料表面有很多微裂紋。

3 結(jié)論

（1）建筑垃圾廢棄混凝土在解體和破碎生產(chǎn)再生骨料的過程中，造成再生骨料及骨料表面砂漿內(nèi)部存在大量微裂紋，骨料表面粗糙，棱角較多，針片狀顆粒含量較多，且骨料表面包裹有或多或少的硬化砂漿。

（2）單粒級(jí)SRA和連續(xù)粒級(jí)LSRA均滿足再生粗骨料的顆粒級(jí)配規(guī)定，LRA在4.75mm，9.5mm方孔篩篩上骨料質(zhì)量分計(jì)篩余和累計(jì)篩余值不夠理想。兩種單粒級(jí)再生粗骨料SRA，LRA和連續(xù)粒級(jí)LSRA在含水率、吸水率、壓碎指標(biāo)、針片狀顆粒含量、表觀密度、堆積密度和空隙率基本性能上，均能較好滿足《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177—2010）相關(guān)規(guī)定。

（3）再生細(xì)骨料大多是廢棄混凝土破碎過程中骨料棱角或者損傷產(chǎn)生的，其表面和內(nèi)部有大量微裂紋，且含有較多微粉、硬化砂漿和雜質(zhì)等，致使再生細(xì)骨料顆粒性質(zhì)、物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)差，不能較好滿足或滿足《混凝土和砂漿用再生細(xì)骨料》（GB/T 25176—2010）相關(guān)規(guī)定。

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