混凝土支撐梁破碎整形再生混凝土技術(shù)研究

穆冠河

（中鐵十二局集團第四工程有限公司，陜西 西安 710021）

1 工程概況

南寧地鐵3號線全長27.68km，共設(shè)車站23座，其中換乘站7座。南寧軌道交通集團堅持“四化一綠”的新發(fā)展理念，倡導(dǎo)再生混凝土技術(shù)的研究。中鐵十二局集團積極響應(yīng)上級管理單位的要求，主動承擔(dān)南寧地鐵3號線所有車站混凝土支撐梁破碎、鋼筋回收、骨料整形、混凝土再生施工任務(wù)，共回收鋼筋4 132t，破碎混凝土18 790m3，作為南寧軌道交通首個混凝土支撐梁破碎回收的科研基地，與南寧軌道混凝土有限公司合作研究廢棄混凝土破碎再生混凝土技術(shù)。

2 再生骨料

2.1 混凝土支撐梁破碎

一般回收的混凝土支撐梁結(jié)構(gòu)都比較大，采用液壓破碎錘進(jìn)行破碎，生成≤50cm的混凝土塊，同時對支撐梁的結(jié)構(gòu)鋼筋進(jìn)行分揀回收。

2.2 篩分再生骨料

采用振動篩分機對2次破碎整形的骨料進(jìn)行4級篩分，生產(chǎn)5～10，10～20，20～31.5mm的再生粗骨料，對篩分剩余＜5mm的骨料通過風(fēng)力分級生產(chǎn)0.15～5.00mm的再生細(xì)骨料，通過吸塵設(shè)備再生粉體。

通過試驗檢測，再生粗骨料和再生細(xì)骨料的級配均能滿足JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)》的要求（見表1，2）。

表2 再生細(xì)骨料檢測結(jié)果

表1 再生粗骨料檢測結(jié)果

3 再生混凝土配合比設(shè)計

3.1 單位用水量確定

將再生混凝土的用水量看作由2部分組成:一部分是按照普通混凝土配合比設(shè)計方法計算的單位用水量W；另一部分為再生骨料吸水額外增加的用水量△W，這部分水完全被再生骨料吸收，不考慮其對提高混凝土拌合物流動性的貢獻(xiàn)，稱為附加用水量。再生混凝土單位用水量WR可表示為:

其中，W可查JGJ 55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》得到，△W主要取決于再生骨料的含水狀況及飽和面干吸水率。

每立方米混凝土用水量以干燥狀態(tài)下骨料為基準(zhǔn)，在計算用水量時需根據(jù)骨料實際含水狀況調(diào)整用水量，再生混凝土以部分再生骨料（RA）取代普通骨料（ROA），其質(zhì)量相等，即mRA=mROA；在計算附加含水量△W時，應(yīng)將普通骨料從干燥狀態(tài)到飽和面干狀態(tài)的吸水量減去，即式（2）:

其中

式中，WRA為再生骨料從自然狀態(tài)到飽和面干狀態(tài)的吸水量；SRA為再生骨料飽和面干吸水率；ωRA為再生骨料自然狀態(tài)含水率；SOA為普通骨料飽和面干吸水率。

再生粗骨料隨著吸水時間的增加，吸水量增大，10min后吸水速率迅速減小，基本趨于飽和，用Origin進(jìn)行曲線擬合，可得式（3）:

式中，k 為增量系數(shù)，k=（SRA-ωRA-SOA）；△W=mRA（SRA-ωRA-SOA）＝kmRA；再生粗骨料在24h后吸水基本飽和，因此附加含水量△W=2.15%mRA。

3.2 骨料系數(shù)確定

再生粗骨料有別于天然碎石和卵石，其表面粗糙、吸水性強；因此，再生混凝土與普通混凝土的抗壓強度和灰水比公式中的骨料系數(shù) αa、αb不同，如式（4）所示:

式中，fRcu，28為再生混凝土28d齡期的立方體抗壓強度實測值；fce為水泥 28d 抗壓強度實測值；C/W 為灰水比；αRa、αRb為再生骨料系數(shù)。

再生混凝土有多種骨料組合形式，并且還摻有外加劑等情況，骨料系數(shù)不僅與骨料的種類有關(guān)，還與水泥品種有關(guān)。我國幅員遼闊，再生骨料種類繁多、來源各異，外加劑亦有多種類別，各地區(qū)強度公式的邊界條件是不一樣的。因此，αRa、αRb應(yīng)根據(jù)水泥和復(fù)合膠凝材料實測強度進(jìn)行回歸分析。

3.3 配合比設(shè)計

3.3.1 再生混凝土配制強度確定

再生混凝土的配制強度沿用普通混凝土的計算公式:

3.3.2 有效水膠比的初步確定

有效水膠比應(yīng)符合耐久性要求，應(yīng)不大于規(guī)范中規(guī)定的混凝土最大水膠比，如式（6）所示:

式中，（W/B）R為再生混凝土有效水膠比；αRa、αRb為再生骨料系數(shù)；fb為膠凝材料28d膠砂抗壓強度。

3.3.3 單位有效用水量確定

根據(jù)施工要求的拌合物稠度和粗骨料的最大公稱粒徑，查JGJ 55-2011確定單位有效用水量mwo。

3.3.4 單位膠凝材料用量確定

根據(jù)已得到的單位有效用水量mwo和（W/B）R水膠比，可求出膠凝材料用量，如式（7）所示:

式中，mRb0為再生混凝土計算配合比單位膠凝材料用量；再生混凝土的最小膠凝材料用量應(yīng)符合JGJ 55—2011中的規(guī)定。

3.3.5 單位礦物摻和料用量確定

單位礦物摻和料的摻量計算見式（8）:

式中，mRf0為再生混凝土計算配合比單位礦物摻和料用量；βf為礦物摻和料摻量。

3.3.6 單位外加劑用量確定

單位外加劑的摻量計算如式（9）所示:

式中，mRa0為再生混凝土計算配合比單位外加劑用量；βa為外加劑摻量，應(yīng)經(jīng)混凝土試驗確定。

3.3.7 單位水泥用量確定

單位水泥用量的計算如式（10）所示:

式中，mRc0為再生混凝土計算配合比單位水泥用量。

3.3.8 砂率確定

根據(jù)有效水膠比和粗骨料的最大粒徑，查JGJ 55—2011，選擇適宜的砂率βs，由于再生粗骨料表面較天然碎石粗糙，砂率βs的取值宜適當(dāng)增大。坍落度＞60mm的再生混凝土，在JGJ 55—2011的基礎(chǔ)上，按坍落度每增大20mm，砂率增大1%的幅度予以調(diào)整。

3.3.9 粗、細(xì)骨料用量確定

采用質(zhì)量法計算再生混凝土配合比，粗、細(xì)骨料用量按式（11）和式（12）計算。

式中，mRg0、mRs0分別為再生混凝土計算配合比單位粗、細(xì)骨料用量；mRcp為再生混凝土單位拌合物的假定質(zhì)量，可取2 250～2 450kg/m3。

3.3.10 單位附加用水量確定

根據(jù)再生粗、細(xì)骨料的取代率及實測的再生骨料吸水率，單位附加用水量按式（2）計算。

4 結(jié)語

綜上所述，再生骨料表面包裹一層混凝土舊砂漿，由于其具有高吸水性、低密度和殘余砂漿量的特性，再生混凝土配合比設(shè)計必須在普通混凝土配合比設(shè)計的基礎(chǔ)上進(jìn)行修正。