文｜西安四方建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司 劉偉；中國(guó)啟源工程設(shè)計(jì)研究院有限公司 杜建平

0 引言

將拆除房屋廢棄的混凝土采取破碎、清洗、按粒徑分級(jí)后，以一定比例與原生骨料混合后形成的再生骨料，用以部分或全部取代粗骨料而配制形成的新混凝土。再生骨料混凝土技術(shù)不僅可以對(duì)廢棄混凝土有效再利用，而且能夠降低造價(jià)，對(duì)于經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)亞非拉國(guó)家的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提供了一條低成本的建設(shè)之路。本文結(jié)合我國(guó)援幾內(nèi)亞比紹太陽(yáng)能路燈項(xiàng)目為例說(shuō)明再生骨料混凝土技術(shù)結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境及自然資源條件下的制備與應(yīng)用。

1 工程概況及設(shè)計(jì)要求

1.1 援建項(xiàng)目概況

工程名稱：援幾內(nèi)亞比紹太陽(yáng)能路燈項(xiàng)目。

建設(shè)單位：商務(wù)部國(guó)際經(jīng)濟(jì)合作事務(wù)局。

建設(shè)地點(diǎn)：比紹市。

項(xiàng)目管理單位：中國(guó)新時(shí)代國(guó)際工程公司和西安四方建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司。

EPC總承包單位：特變電工股份有限公司。

設(shè)計(jì)單位：機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司。

建設(shè)規(guī)模：160盞太陽(yáng)能路燈及100盞太陽(yáng)能庭院燈。

工程工期：2016年6月20日至2016年9月30日。

投資規(guī)模：1170萬(wàn)元人民幣。

1.2 配合比設(shè)計(jì)指導(dǎo)方針和指標(biāo)要求

根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境和再生混凝土以往使用經(jīng)驗(yàn)，影響其使用性能主要來(lái)自三個(gè)方面，分別是強(qiáng)度、抗?jié)B性和耐久性，依據(jù)當(dāng)?shù)卦偕橇虾驮牧系钠焚|(zhì)，項(xiàng)目管理單位、設(shè)計(jì)單位和EPC總承包單位反復(fù)溝通，決定采用國(guó)內(nèi)混凝土標(biāo)準(zhǔn)28天齡期的性能來(lái)試配、評(píng)定和驗(yàn)收成品混凝土，同時(shí)確定再生骨料混凝土的技術(shù)指標(biāo)：強(qiáng)度等級(jí)C25，塌落度130～150mm，抗?jié)B等級(jí)S6，耐久性試驗(yàn)失重百分比≤4%；施工和易性良好，無(wú)離析、泌水現(xiàn)象。

表1 比紹市42.5R水泥性能指標(biāo)

表2 再生粗骨料物理性能指標(biāo)

表3 天然砂性能指標(biāo)

表4 再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)

2 原材料

2.1 水泥

本試驗(yàn)采用當(dāng)?shù)?2.5R級(jí)普通硅酸鹽水泥，其主要物理力學(xué)性能見(jiàn)表1。

2.2 粗骨料

采用當(dāng)?shù)?～25mm連續(xù)級(jí)配碎石，針片狀含量4%，含泥量0.4%，無(wú)潛在堿--骨料反映。

2.3 再生粗骨料

表5 RAC基本力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)比紹市存在大量因戰(zhàn)亂待拆除危房的現(xiàn)狀，我們選擇了三種不同來(lái)源的再生骨料，第一種來(lái)源于比紹大學(xué)實(shí)驗(yàn)室的廢棄混凝土粗骨料，將其記為RA1 ；第二種來(lái)源于使用近15年的道路毀壞后的粗骨料，記為RA2；第三種來(lái)源于使用近30年的房屋拆除后的粗骨料，記為RA3。再生粗骨料物理性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

2.4 砂子

采用當(dāng)?shù)靥烊缓由?，性能指?biāo)如表3所示。

3 混凝土配合比設(shè)計(jì)

再生骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)參照普通混凝土配合比設(shè)計(jì)步驟，即根據(jù)需配混凝土強(qiáng)度和水泥實(shí)際強(qiáng)度確定水灰比，由塌落度確定混凝土單位用水量，以水灰比和骨料粒徑選擇砂率，最后根據(jù)體積法或質(zhì)量法確定砂石用量，并根據(jù)試拌性能調(diào)整混凝土配合比。

通過(guò)計(jì)算、試配再生混凝土配合比見(jiàn)表4所示。

表中NC表示不摻入再生骨料的普通混凝土，其中RA1-30表示采用取代率為30%的RA1型再生骨料的混凝土，其余均雷同。

圖1 RAC與NC立方體抗壓強(qiáng)度比

圖2 取代率與立方體抗壓強(qiáng)度關(guān)系

圖3 RAC與NC軸心抗壓強(qiáng)度比

圖4 取代率與軸心抗壓強(qiáng)度關(guān)系

4 抗壓性能測(cè)試

抗壓強(qiáng)度是混凝土質(zhì)量評(píng)價(jià)的代表性指標(biāo)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)再生骨料混凝土的抗壓性能進(jìn)行了廣泛的研究，由于不同試驗(yàn)中再生骨料來(lái)源的差異、品質(zhì)不同等原因，使得研究結(jié)果差異性很大，不具有借鑒使用價(jià)值。本性能試驗(yàn)通過(guò)近30組試塊的立方體抗壓強(qiáng)度和軸心抗壓強(qiáng)度研究，優(yōu)選出滿足強(qiáng)度等級(jí)要求的混凝土類型。

立方體及棱柱體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

以NC試件作為對(duì)比，在取代率分別為30%、50%、70%和100%時(shí)，其RA與NC立方體抗壓強(qiáng)度比及取代率與立方體抗壓強(qiáng)度關(guān)系如圖1和圖2所示。

從圖1、圖2可知，對(duì)于再生骨料試件RA1、RA2、RA3，在30%～100%的取代率下，?cu均超過(guò)NC的強(qiáng)度。RA1-50相比NC，?cu略微增長(zhǎng)1.0%，而在30%、70%和100%的取代率下，分別高于NC試塊?cu強(qiáng)度的4.4%、13.1%和13.05%；RA2的取代率的提高，立方體抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)下降，其強(qiáng)度略高于NC相應(yīng)強(qiáng)度，其中30%、50%、100%取代率相比NC，立方體抗壓強(qiáng)度增加了9.49%、1.21%和3.09%，而70%取代率達(dá)到NC相應(yīng)強(qiáng)度的99.4%，基本與NC強(qiáng)度持平；RA3試件，取代率增加的同時(shí)其fcu也在增加，對(duì)應(yīng)增幅分別為0.51%、6.09%、12.28%和13.69%。

混凝土軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖3和圖4所示。

以NC作為對(duì)比試件，從圖3、圖4可得出：RA1、RA2、RA3在取代率30%、50%和70%時(shí)，?c分別比NC增加1.87%、2.53%和4.1%，而完全取代時(shí)（100%），三種再生試件強(qiáng)度均超過(guò)NC，對(duì)應(yīng)強(qiáng)度分別為NC軸心強(qiáng)度的9.51%、1.44%和8.90%。對(duì)于RA1、RA2、RA3其他取代率的試件均低于NC試件?c的強(qiáng)度。對(duì)于RA1-50和RA1-50試件，為NC軸心抗壓強(qiáng)度的86.3%和92.1%；對(duì)于RA2-30和RA2-70，為NC軸心抗壓強(qiáng)度的93.1%和91.4%；對(duì)于RA3-30和RA3-50，達(dá)到NC軸心抗壓強(qiáng)度的88.8%和92.6%。

以三種再生骨料中較高的?cu為主，?c為輔的思路篩選試驗(yàn)結(jié)果，從而優(yōu)選出RA1-70、RA1-100、RA2-30和RA3-100四種類型的混凝土進(jìn)行抗?jié)B性和耐久性的測(cè)試。

5 抗?jié)B性能測(cè)試

為了評(píng)價(jià)RA1-70、RA1-100、RA2-30和RA3-100四種類型混凝土的抗?jié)B性，采用公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定的抗?jié)B試驗(yàn)方法，測(cè)得再生混凝土與天然混凝土抗?jié)B等級(jí)見(jiàn)表6。

從表6中可看出，普通混凝土的抗?jié)B性等級(jí)明顯高于其他再生混凝土，隨著再生骨料年限的增長(zhǎng)，其混凝土抗?jié)B性能有所下降，其抗?jié)B性隨混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高而增加。上述四種再生混凝土只有RII—30達(dá)不到S6抗?jié)B等級(jí)，其余均滿足燈塔基礎(chǔ)混凝土的抗?jié)B要求。

圖5 基礎(chǔ)混凝土澆筑

圖6 基礎(chǔ)墊層成型檢查

圖7 基礎(chǔ)外形成型檢查

圖8 回彈儀強(qiáng)度檢測(cè)

6 耐久性能測(cè)試

為了評(píng)價(jià)RI-70、RI-100和RIII-100三種類型混凝土耐久性，采用硫酸鹽和硫酸侵蝕計(jì)算失重率的試驗(yàn)方法，以普通混凝土NC作為對(duì)比，對(duì)每一類型混凝土制作6塊/組100mm×100mm×500mm的試塊，養(yǎng)護(hù)28天后將其浸入測(cè)試液之中，測(cè)試液中MgSO4含量7.5%、NaSO4含量7.5%、H2SO4為2PH，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

從表7分析得出，RA1-70、RA1-100和RA3-100在硫酸鹽、酸性環(huán)境中，其耐久性與NC耐久性比較差異較小。且隨著再生骨料齡期增長(zhǎng)，侵蝕失重率有增大的趨勢(shì)。三種再生混凝土滿足耐久性失重百分比在4%內(nèi)的要求。

7 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

RA1-70、RA1-100和RA3-100三種再生混凝土經(jīng)過(guò)強(qiáng)度、抗?jié)B和耐久性測(cè)試，證明其性能均滿足混凝土設(shè)計(jì)時(shí)的指標(biāo)要求，可以應(yīng)用于太陽(yáng)能路燈基礎(chǔ)項(xiàng)目，根據(jù)材料來(lái)源的便捷程度，可對(duì)不同地點(diǎn)的燈塔基礎(chǔ)使用不同再生骨料混凝土。

2016年7月27日，燈塔基礎(chǔ)混凝土從蒂蒂娜希拉廣場(chǎng)開(kāi)始澆筑，從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果看，本文所提供的三種再生混凝土能較好的應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)施工，混凝土和易性好，易于澆筑成型，入模性能好，見(jiàn)圖5；由于當(dāng)?shù)貧鉁馗?，為防止混凝土水分喪失，初凝后盡早濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)28 天成型時(shí)基礎(chǔ)沒(méi)有出現(xiàn)收縮裂縫、斷裂等質(zhì)量問(wèn)題，見(jiàn)圖6、圖7；回彈儀對(duì)每個(gè)燈塔基礎(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)強(qiáng)度均達(dá)到25MPa以上，滿足設(shè)計(jì)要求，見(jiàn)圖8。

表6 混凝土抗?jié)B等級(jí)

表7 混凝土侵蝕失重率