高品質(zhì)再生骨料制備技術(shù)及其對(duì)再生混凝土性能的影響

張?jiān)崎_ 李詠琪

1 影響再生粗骨料性能的主要因素

1.1 骨料表面硬化水泥砂漿的數(shù)量

原始再生骨料表面粗糙，并含有硬化水泥砂漿，硬化水泥砂漿粘接界面是再生骨料的脆弱處，所以再生粗骨料表面含有硬化水泥砂漿的數(shù)量直接影響再生粗骨料品質(zhì)，并且在破碎過程中對(duì)骨料產(chǎn)生大量創(chuàng)傷而導(dǎo)致微裂紋，從而影響再生粗骨料的性能。在拌制過程中再生骨料薄弱處的砂漿會(huì)出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，影響混凝土的孔結(jié)構(gòu)，使再生混凝土性能不穩(wěn)定，從而嚴(yán)重影響再生粗骨料的性能。因此，去除骨料表面的硬化水泥漿技術(shù)是決定再生粗骨料品質(zhì)的關(guān)鍵[1]。

1.2 再生粗骨料的吸水率

未經(jīng)過技術(shù)處理的再生粗骨料表面含有大量水泥漿石。水泥漿石內(nèi)部有多處細(xì)小的裂縫，會(huì)影響吸水率和吸水速度。處理骨料存在一定操作難度，因?yàn)榭紫堵矢?，并且粘接界面困難，在攪拌再生混凝土過程中因?yàn)閮?nèi)部裂縫無法完全被水化產(chǎn)物所填充，導(dǎo)致未整形再生骨料吸水率增加。因此，硬化水泥漿石在再生骨料表面大量存在，會(huì)增加骨料吸水率，影響骨料的孔結(jié)構(gòu)和孔隙率，這是影響未整形再生粗骨料性能的重要原因之一[2]。

1.3 再生粗骨料的壓碎指標(biāo)

再生粗骨料表面存在大量低強(qiáng)度的硬化水泥漿，在拆除過程中再生骨料相互碰撞導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生很多裂縫，從而增加了再生骨料的壓碎指標(biāo)[3]。壓碎指標(biāo)與混凝土強(qiáng)度、破碎方法有關(guān)。原混凝土強(qiáng)度與再生粗骨料壓碎指標(biāo)呈反比，再生粗骨料表面水泥砂漿附著率與壓碎指標(biāo)呈正比。再生粗骨料壓碎指標(biāo)越高，在拌和過程中越容易被破壞，從而影響再生粗骨料的性能。因此，壓碎指標(biāo)是影響再生粗骨料品質(zhì)的重要因素。

1.4 再生粗骨料的表現(xiàn)密度和堆積密度

未整形再生粗骨料表面附著的硬化水泥砂漿分布不均勻，并且含有很多棱角，且強(qiáng)度低，從而增加了再生粗骨料的孔隙率，導(dǎo)致再生粗骨料的表現(xiàn)密度與堆積密度低于天然骨料，所以再生混凝土要通過增加水泥漿體來增加再生粗骨料的強(qiáng)度。從當(dāng)前研究進(jìn)程來看，再生粗骨料的粒徑離散程度較大，與原混凝土用材、制備方式、性能等因素有一定聯(lián)系[4]。

2 利用循環(huán)顆粒整形技術(shù)制備高品質(zhì)的再生骨料

顆粒整形就是運(yùn)用高速運(yùn)動(dòng)的顆粒之間相互摩擦沖擊，磨掉棱角顆粒表面水泥石的技術(shù)。循環(huán)顆粒整形技術(shù)是在整形強(qiáng)化技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)未整形的粗骨料進(jìn)行多次循環(huán)強(qiáng)化處理，使再生骨料表面更加光滑，通過去除表面的水泥砂漿從而改善再生粗骨料的性能，獲得高品質(zhì)再生粗骨料。循環(huán)顆粒整形方法具體如下。

第一，將廢棄混凝土塊放入破碎機(jī)進(jìn)行處理。

第二，將碎后的混凝土放至機(jī)器中將大于31.5mm 的顆粒進(jìn)行篩選后重新進(jìn)行破碎。

第三，將小于31.5mm 的顆粒放入整形機(jī)進(jìn)行強(qiáng)化處理。

第四，分離整形后的顆粒，細(xì)分為粗骨料和細(xì)骨料。

第五，細(xì)骨料除塵后堆放場地，粗骨料進(jìn)行再次處理，將表面光滑化。

第六，篩選不合格的再生粗骨料進(jìn)行再次整形，經(jīng)過多次循環(huán)整形后減少表面水泥漿數(shù)量，然后放置場地[5]。

3 高品質(zhì)再生粗骨料對(duì)混凝土工作性的影響

未整形再生粗骨料表面棱角粗糙，并且附著水泥漿石，在破碎過程中骨料內(nèi)部有很多裂縫，導(dǎo)致再生骨料性能差，從而影響再生混凝土的性能。凝膠材料穩(wěn)定的條件下，隨著高品質(zhì)再生粗骨料和再生粗骨料取代率增加，混凝土用水量隨著增加。再生混凝土用水量取決于凝膠材料和未整形再生粗骨料取代率，當(dāng)凝膠材料每平方用量為300kg，未整形再生粗骨料取代率為100%時(shí)，再生混凝土用水量同比天然骨料混凝土用水量增加11.5%；當(dāng)凝膠材料每平方用量為500kg，未整形再生粗骨料取代率為100%時(shí)，再生混凝土用水量同比天然骨料混凝土用水量增加9.5%。高品質(zhì)再生粗骨料決定了混凝土的性能，當(dāng)取代率為20%時(shí)，高品質(zhì)再生粗骨料用水量與天然骨料接近；當(dāng)全部使用高品質(zhì)再生粗骨料時(shí)，用水量僅增加5.1%。高品質(zhì)再生粗骨料制作的再生混凝土性能接近天然骨料混凝土，同時(shí)也可以證明高品質(zhì)再生粗骨料制作的再生混凝土性能是可以與天然骨料相媲美的，甚至可以超過或者取代天然骨料制作的再生混凝土[6]。

4 高品質(zhì)再生粗骨料對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

采用山水水泥廠生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥；采用復(fù)合細(xì)度模數(shù)的中粗天然砂，含泥量為1.6%；采用天然碎石與再生粗骨料級(jí)配相當(dāng)，并且粒徑為5～10mm 的骨料，占比30%，粒徑為10～25mm 的骨料，占比70%。采用未整形再生粗骨料和循環(huán)顆粒整形再生粗骨料。采用聚羧酸系高效減水外加劑。采用自來水。

采用循環(huán)顆粒整形法對(duì)再生粗骨料進(jìn)行多次整形獲得高品質(zhì)再生粗骨料，與未整形再生粗骨料進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，膠凝材料用量為300kg/m3、350kg/m3、400kg/m3、450kg/m3、500kg/m3，再生粗骨料取代率為0%、20%、40%、60%、80%、100%，砂率為40%，采用聚羧酸系高效堿水外加劑，對(duì)比兩種再生粗骨料對(duì)再生混凝土的性能影響[7]。

在力學(xué)實(shí)驗(yàn)中選擇的壓力試驗(yàn)機(jī)和萬能試驗(yàn)機(jī)均符合要求，實(shí)驗(yàn)中按照相應(yīng)規(guī)定進(jìn)行等級(jí)選定，然后計(jì)算強(qiáng)度值。根據(jù)抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算三天、七天、十四天、二十八天的抗壓強(qiáng)度測試并記錄。據(jù)統(tǒng)計(jì)，不同膠凝材料的再生混凝土第二十八天抗壓強(qiáng)度降低。當(dāng)膠凝材料為300kg/m3，與天然骨料混凝土相比，未整形再生粗骨料降低了26.3%；當(dāng)膠凝材料為400kg/m3，與天然骨料混凝土相比，未整形再生粗骨料降低了20.2%；當(dāng)膠凝材料為500kg/m3，與天然骨料混凝土相比，未整形再生粗骨料降低了15.6%。由此可知，未整形再生粗骨料混凝土抗壓強(qiáng)度明細(xì)低于天然骨料混凝土，這是因?yàn)槲凑未止橇媳砻娓街罅坑不嗍?，并且在壓碎過程中，未整形粗骨料內(nèi)部有很多裂縫，容易發(fā)生脫落導(dǎo)致強(qiáng)度降低[8]。

5 高品質(zhì)再生粗骨料對(duì)混凝土耐久性的影響

采用山水水泥廠生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥；采用復(fù)合細(xì)度模數(shù)的中粗河沙，含泥量為1.6%；選用符合要求，并級(jí)配相當(dāng)?shù)奶烊凰槭⑶伊綖?～10mm 的骨料，占比30%，粒徑為10～25mm 的骨料，占比70%；采用未整形的再生粗骨料和循環(huán)顆粒整形處理的高品質(zhì)粗骨料；采用聚羧酸系高效減水外加劑，采用自來水[9]。

采用循環(huán)顆粒整形法對(duì)再生粗骨料進(jìn)行多次整形獲得高品質(zhì)再生粗骨料，與未整形再生粗骨料進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，膠凝材料用量為300kg/m3、350kg/m3、400kg/m3、450kg/m3、500kg/m3，系列號(hào)為D30、D35、D40、D45、D50，砂率為40%，采用聚羧酸系高效減水外加劑，調(diào)整用水量，再生粗骨料取代率為0%、20%、40%、60%、80%、100%，制作不同強(qiáng)度的再生混凝土，然后測試抗裂性能，從而得知高品質(zhì)再生粗骨料混凝土對(duì)抗碳化性能和收縮性能的影響。通過對(duì)未整形骨料混凝土和高品質(zhì)骨料混凝土吹風(fēng)測試后，然后計(jì)算混凝土的開裂寬度和長度，從而算出開裂面積，通過試驗(yàn)可知，不同膠凝材料用量和骨料取代率，對(duì)未整形再生骨料品質(zhì)有直接影響，膠凝用料增加，混凝土開裂面積增加，在凝膠材料用料為500kg/m3時(shí)最大。當(dāng)膠凝材料用料為300kg/m3時(shí)，未整形再生骨料混凝土開裂面積達(dá)是天然混凝土的4.4倍，高品質(zhì)再生骨料混凝土開裂面積是天然混凝土的1.6 倍；當(dāng)膠凝材料用料為400kg/m3時(shí)，未整形再生骨料混凝土開裂面積達(dá)天然混凝土的4.7 倍，高品質(zhì)再生骨料混凝土開裂面積達(dá)天然混凝土的1.9 倍；當(dāng)膠凝材料用料為500kg/m3時(shí)，未整形再生骨料混凝土開裂面積達(dá)天然混凝土的4.4 倍，高品質(zhì)再生骨料混凝土開裂面積達(dá)天然混凝土的1.6 倍。不同膠凝材料的條件下，高品質(zhì)再生骨料混凝土相對(duì)于未整形骨料更接近天然骨料混凝土。主要是因?yàn)楦咂焚|(zhì)再生骨料表面水泥漿石通過處理后含泥量減少，使吸水率降低，收縮率和熱變形值減少，從而增加抗裂性能。

6 再生混凝土的應(yīng)用實(shí)例

在工程中應(yīng)用建筑垃圾進(jìn)行生產(chǎn)的實(shí)例較多，比如，合肥高速公路就采用再生混凝土進(jìn)行路面澆筑。該高速公路為合寧高速公路，全長為133.5km，隨著交通流量增大和使用年限增加，路面已經(jīng)出現(xiàn)不同程度的損壞，每年都會(huì)維修并產(chǎn)生舊混凝土。在維修過程中根據(jù)高速公路的實(shí)際情況，充分利用再生骨料，并填充早強(qiáng)劑，從而達(dá)到快速通行的目的。在施工過程中測試再生骨料的性能。再生骨料的利用率為80%，每年維修工程量大概為10 萬m2，節(jié)約集料費(fèi)用大概為120 萬元左右，節(jié)省廢料占用土地面積大概為70 萬元左右。這樣既節(jié)省了養(yǎng)護(hù)資金，還利于環(huán)境，從而獲得良好的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益[10]。

7 結(jié)語

再生粗骨料取代率影響再生粗骨料混凝土抗氯離子滲透性，這是由于再生粗骨料內(nèi)部存在裂紋，形成氯離子擴(kuò)散滲透通道。

吹風(fēng)條件下，高品質(zhì)骨料取代天然骨料100%時(shí)開裂面積為1.5 倍，未整形骨料取代天然骨料100%時(shí)開裂面積為4.5 倍。

相同膠凝材料用量，并在相同再生骨料取代率條件下，高品質(zhì)再生骨料混凝土的抗裂性接近天然骨料混凝土，并明顯優(yōu)于未整形再生骨料混凝土的抗裂性。