再生骨料含量對再生混凝土性能的影響

王軍生 李國旺 王志強

1河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

2 河南省科學院質量檢驗與分析測試研究中心（450002）

0 前言

再生骨料是將舊混凝土塊破碎、清洗、分級后，按一定比例混合形成的一種建筑材料。按粒徑大小可分為再生粗骨料，粒徑5～25 mm；再生細骨料，粒徑 0.15～5 mm。

再生骨料混凝土又叫再生混凝土，是指將建筑垃圾中的廢棄混凝土塊經(jīng)過破碎、清洗、篩分，按一定級配混合得到再生混凝土骨料，將再生骨料部分或全部取代砂石等天然骨料（主要是粗骨料）配制而成的混凝土。再生骨料的表面含有大量的舊水泥砂漿，并且再生骨料經(jīng)機械破碎后表觀棱角較多，內(nèi)部產(chǎn)生細微裂縫，這些性質都使得再生骨料強度低、表觀密度大、吸水率高，在配制混凝土時混凝土的強度普遍偏低[1]。生產(chǎn)高強度混凝土的可能性不大，但是滿足C30 以下的混凝土是可行的，完全可以滿足道路回填等使用[2]。

1 原材料性能的研究

1.1 水泥

水泥為PO·42.5 普通硅酸鹽水泥，其物理性能見表1。

表1 水泥主要的物理力學性能

1.2 粉煤灰

粉煤灰物理性能見表2。

表2 粉煤灰各項性能參數(shù)

1.3 拌和用水

拌和用水為自來水。

1.4 天然粗骨料

本試驗用的天然粗骨料的粒徑分布及各項物理特征參數(shù)見表3、表4。

表3 天然粗骨料粒徑分布

表4 天然粗骨料性能參數(shù)

1.5 天然細骨料

本試驗用天然細骨料級配良好，其粒徑分布和各項物理特性參數(shù)見表5、表6。

表5 天然細骨料粒徑分布

表6 天然細骨料性能參數(shù)

1.6 再生粗骨料

試驗用再生粗骨料的粒徑分布和物理特征參數(shù)分別見表7、表8。

表7 再生粗骨料粒徑分布

1.7 再生細骨料

試驗用再生細骨料的粒徑分布和物理特征參數(shù)分別見表9、表10。

表8 再生粗細骨料性能參數(shù)

表9 再生細骨料粒徑分布

表10 再生細骨料性能參數(shù)

2 再生粗骨料含量對再生混凝土性能的影響

2.1 試樣制備

混凝土的試配強度為C30，水灰比為0.45，砂率取40%，再生粗骨料對天然粗骨料的取代率分別定為 0%、20%、40%、60%、80%、100%（分別對應表11 中的 A0、A20、A40、A60、A80、A100）。采用攪拌機拌和，標準養(yǎng)護室養(yǎng)護，測試抗壓強度試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，再生骨料混凝土具體的配合比、拌和物和易性、28 d 抗壓強度見表11。

2.2 試驗現(xiàn)象

2.2.1 和易性

混凝土的和易性包括流動性、黏聚性和保水性三個方面。流動性可以采用測試混凝土拌和物的坍落度值來評定，黏聚性和保水性只能通過經(jīng)驗來評價。在文章中測試混凝土的拌和物的和易性主要是通過測試混凝土拌和物的流動性即坍落度來評定。

從表11 中的數(shù)據(jù)可知，隨著混凝土中再生粗骨料對天然粗骨料取代比例的增加，再生骨料混凝土拌和物的和易性逐漸變差。當再生骨料完全取代天然骨料時混凝土拌和物的坍落度只有基準混凝土的52%。

2.2.2 抗壓強度

隨著再生粗骨料對天然粗骨料取代比例的增加，再生混凝土的28 d 抗壓強度呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，見表1。當再生粗骨料的取代率在40%左右時，混凝土28 d 抗壓強度隨著再生粗骨料摻量的增加而增加: 當再生粗骨料在混凝土中的摻量超過40%左右時，混凝土28 d 抗壓強度開始下降。

2.2.3 分析及結論

2.2.3.1 影響和易性的原因

用再生粗骨料取代天然粗骨料道成混凝土拌和物和易性下降的原因是:與天然骨料相比，再生骨料的表觀密度較小、表面粗糙，孔隙多、比表面積大、吸水性強，混凝土拌和物中相當一部分水分被再生青料所吸收，使參與保持混凝土拌合物和易性的水分數(shù)量減少，影響了再生骨料混凝土拌和物的和易性，并且被吸收的水量隨著再生粗骨料加入量的增加而增加，造成了混凝土拌和物和易性的不斷下降。

2.2.3.2 影響抗壓強度的原因

再生粗骨料的吸水性遠遠大于天然骨料，在攪拌時混凝土拌和物時再生粗骨料會吸取一部分拌和水，造成混凝土拌和物水灰比的下降，提高了混凝土的強度。

再生骨料的表面粗糙度遠遠高于天然骨料，增加了骨料和混凝土基體之間的咬合效應，這也會在一定程度上提升混凝土的強度。

再生骨料與新混凝土水泥石有著相近的彈性模量，因而在受力時在骨料、砂漿界面結合區(qū)域處產(chǎn)生的應力差比較小，使得在界面結合處受力產(chǎn)生微裂紋的趨勢也得以減小。

當再生骨料在混凝土中的取代比例不太大時，水灰比及骨料和混凝土基體之間的咬合效應對混凝土強度的影響超過了再生粗骨料本身強度對混凝土的影響，所以造成再生混凝土28 d 抗壓強度的提升。當再生混凝土對天然骨料的強度取代比例很大時，再生骨料本身的薄弱性則對再生混凝土抗壓強度起決定性影響，造成了混凝土抗壓強度的下降。

表11 再生粗骨料混凝土的配合比、和易性、28 d抗壓強度

表12 再生細骨料混凝土的配合比、拌和物和易性、28 d 抗壓強度

2.2.3.3 結論

隨著再生骨料取代天然骨料比例的增加混凝土強度先升高后降低，但是下降的幅度并不太大，根據(jù)混凝土拌和物坍落度和強度綜合考慮再生骨料取代率為40%時最佳。

3 再生細骨料含量對再生混凝土強度的影響

3.1 試樣制備

混凝土的試配強度為C30，水灰比為0.45，砂率取40%，再生細骨料對天然細骨料的取代率分別定為 0%、20%、40%、60%、80%、100%（分別對應表12 中的 B0、B20、B40、B60、B80、B100）。測試抗壓強度試樣的尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，再生細骨料混凝土的配合比、拌和物和易性、28 d 抗壓強度見表12。

3.2 試驗現(xiàn)象

3.2.1 和易性

由表12 中的數(shù)據(jù)可知，再生細骨料加入混凝土之后造成了再生混凝土的和易性嚴重下降，特別是當再生細骨料的取代率超過40%以后再生混凝土已經(jīng)基本喪失了流動性。

3.2.2 抗壓強度

隨著再生細骨料在混凝土中取代率的增加，混凝土的抗壓強度也大幅度地降低。當再生細骨料取代20%的天然細骨料時，混凝土28 d 抗壓強度下降了19.1%。當再生細骨料完全取代天然細骨料時，混凝土28 d 抗壓強度下降了56.4%，嚴重影響了混凝土的強度。

3.3 分析及結論

3.3.1 影響和易性的原因

再生細骨料加入到混凝土中，造成混凝土拌和物和易性下降的原因是: 再生細骨料與再生粗骨料一樣，具有棱角多、表面粗糙、裂紋多、表面含有大的硬化水泥砂漿等特性，另外，再生細骨料粒徑比較小，比表面積遠遠大于再生粗骨料。以上兩點都使得再生細骨料的吸水性大幅度增長，混凝土拌和物中的水大量被再生細骨料吸收，嚴重降低了混凝土的和易性。

3.3.2 影響抗壓強度的原因

在混凝土中骨料、砂漿結合面的薄弱性是影響混凝土強度的主要因素之一。再生細骨料表面附帶有塵土等雜質，降低了混凝土中骨料、砂漿結合面的黏結力，影響了混凝土的抗壓強度。

再生細骨料表面黏附有部分砂漿，使得混凝土內(nèi)部同時存在了新骨料、新砂漿，舊骨料、新砂漿，舊砂漿、新砂漿等多種界面結合方式，嚴重影響了混凝土的強度。

再生細骨料粒徑比較小，比表面積大，使得在混凝土內(nèi)部存在的骨料、砂漿結合面的數(shù)量大量增加，這也會嚴重影響混凝土的強度。

3.3.3 結論

考慮到再生骨料對混凝土拌和物和易性及混凝土強度的影響程度，再生細骨料對天然細骨料的取代率定為20%較為合適。