關(guān)于再生骨料和人工砂混凝土強度特性的研究

劉天海

（廣東景泰混凝土公司，廣東 廣州 510540）

可持續(xù)發(fā)展的建筑材料，不是一個花哨的想法，現(xiàn)今階段是勢在必行的。全球每年混凝土共使用126億噸原材料，是世界上最大的自然資源使用的建筑材料。而當建筑物使用后被拆除，用于修理或損壞時，它會產(chǎn)生大量的固體廢料，目前，大部分固體廢料被用作泥土填埋。近年來，建筑和拆除廢料可回收的潛力大增，逐步引起建筑從業(yè)者的興趣，而相關(guān)政策的出臺，主要重點是鼓勵盡量再利用回收固體廢料，而不是用作填埋場處置。

1 試驗方案設(shè)計

設(shè)計了一項試驗方案，利用再生骨料、人工砂配制混凝土并成型試件，以測試其相關(guān)的強度指標。所用材料如下：

1）常規(guī)材料 P.O 42.5R 水泥、天然河砂（4.75mm及以下），人工砂（4.75mm及以下，約含14%的石粉）和天然花崗巖 （20mm）、再生骨料（20mm、10mm）。

2）回收的骨料來自被拆除的停車場地面（混凝土碎塊），再經(jīng)實驗室中破碎機破碎，然后進行篩分，再混合制成的。

3）減水劑：華軒牌高效緩凝聚羧酸。

4）天然河砂、再生細骨料及人工砂的性能對比

①天然河砂：表觀密度2.75kg／L，堆積密度1.48kg／L，細度模數(shù)2.75，含水率2.83%，吸水率3.18%，過75μm篩的重量比為2.35%；

②再生細骨料：表觀密度2.29kg／L，堆積密度1.35kg／L，細度模數(shù)4.89，含水率3.18%，吸水率8.52%，過75μm篩的重量比為3.60%；

③人工砂：表觀密度2.89kg／L，堆積密度1.94kg／L，細度模數(shù)3.05，含水率2.80%，吸水率3.12%，過75μm篩的重量比為0。

2 骨料的性質(zhì)

再生混凝土骨料的特點是形狀不規(guī)則，因而配制混凝土時砂漿和骨料之間的粘結(jié)較好。再生粗骨料結(jié)構(gòu)主要取決于混凝土碎石的母料。骨料的性質(zhì)如數(shù)據(jù)分析。結(jié)果表明，再生細骨料較為粗糙，細度模數(shù)為4.89，不適合生產(chǎn)以砂漿和水泥漿數(shù)量較多的混凝土。與天然骨料相比，再生骨料的表觀密度小，吸水率高，其主要原因是骨料表面上粘有砂漿，并將具有更好的保水性，但比天然骨料更高的孔隙率。

天然骨料（20mm）、再生骨料（20mm）及再生骨料（10mm）的性能對比

1）天然骨料（20mm）：表觀密度2.86kg／L，堆積密度1.41kg／L，針狀含量34.82%，片狀含量14.7%，吸水率1.37%，沖擊值：16.22%，壓碎值21.67%；

2）再生骨料（20mm）：表觀密度2.58kg／L，堆積密度1.40kg／L，針狀含量26.25%，片狀含量7.15%，吸水率4.68%，沖擊值：16.88%，壓碎值26.8%；

3）再生骨料（10mm）：表觀密度2.59kg／L，堆積密度1.17kg／L，針狀含量24.0%，片狀含量6.9%，吸水率4.52%，沖擊值：11.15%，壓碎值29.8%。

3 按設(shè)計配比試驗

C25混凝土配合比設(shè)計為28天設(shè)計強度為31.6Mpa，坍落度為75mm。設(shè)計的各種原材料使用如下：

各試驗的混凝土性能指標

1）試驗1（水泥－320，天然砂－737.35，再生粗骨 料 20mm－741.74，10mm－494.46，水－189）／kg

坍落度：70mm，28天抗壓強度44.58Mpa，抗拉強 度 3.42Mpa， 抗 折 強 度 3.76Mpa， 容 重2709.64kg／m3；

2）試驗2（水泥－325，人工砂－742.74，再生粗骨料20mm－1034.27，水－183.86）／kg

坍落度：70mm，28天抗壓強度33.05Mpa，抗拉強 度 3.41Mpa， 抗 折 強 度 3.32Mpa， 容 重2715.06kg／m3；

3）試驗3（水泥－320，天然砂－791.76，再生粗 骨 料 20mm－629.38，10mm－419.6，水－236.36）／kg

坍落度：60mm，28天抗壓強度32.81Mpa，抗拉強 度 3.20Mpa， 抗 折 強 度 3.26Mpa， 容 重2632.1kg／m3；

4）試驗4（水泥－325，人工砂－774.53，再生粗 骨 料，20mm－670.79，10mm－447.19，水－223.82）／kg

坍落度：70mm，28天抗壓強度32.93Mpa，抗拉強 度 3.09Mpa， 抗 折 強 度 3..08Mpa， 容 重2528.4kg／m3；

5）試驗5（水泥－348.27，再生細骨料－655.35，再生粗骨料－1029.55，水－191.58）／kg

坍落度：70mm，28天抗壓強度19.38Mpa，抗拉強 度 3.12Mpa， 抗 折 強 度 2.76Mpa， 容 重2334.15kg／m3。

4 結(jié)果和討論

4.1 工作性能

如表3所述，所有試驗的可工作性都是相同的。所有試驗的水用量是不同的，特別使用了再生骨料的試驗。使用減水劑可以有效地降低用水量和提高工作性能。

4.2 抗壓強度

混凝土設(shè)計和驗收的重要方面是抗壓強度。表3顯示了各試驗的抗壓強度值。與天然砂混合的抗壓強度高于與人工砂混合的抗壓強度。然而，試驗2強度下降的原因是人工砂中存在石粉。為了達到31.6N／mm2的設(shè)計強度，使用機制砂還需要更多的水泥。表3中的結(jié)果表明，百分百用再生粗骨料20mm和再生細骨料代替天然粗骨料和細骨料時不能滿足混凝土強度等級要求，抗壓強度比設(shè)計強度下降約6.12%。試驗4的強度雖然比試驗2的強度低，但比設(shè)計強度要求增加3.82%。在混凝土中使用人工砂也需要更多的水，因為存在石粉和再生骨料的吸水率較大。同時，人工砂的棱角更多，表面織構(gòu)更粗糙，這有助于再生骨料混凝土具有更好的黏結(jié)界面，從而提高抗壓強度。使用10mm和20mm骨料尺寸也有助于混凝土的強度，具有良好的粒徑級配，這為水泥黏結(jié)力提供了足夠的表面積。

4.3 抗拉強度和抗折強度

使用天然粗骨料與人工砂的混凝土與天然骨料的混凝土抗拉強度相似。而再生骨料的混凝土的抗拉強度明顯降低。與試驗1相比，試驗2的抗拉強度降低了0.29%。試驗3的抗拉強度比試驗1降低了6.43%，比試驗4降低了9.64。

根據(jù)相關(guān)的規(guī)定，混凝土的抗折強度

fCK為特征抗壓強度。

對于C25級混凝土，按方程1計算的抗折強度為3.5N／mm2。在上述試驗1，即天然材料的抗折強度3.76N／mm2滿足要求。然而，試驗2至試驗5不符合要求，因此在設(shè)計抗彎構(gòu)件時必須小心。使用再生骨料的混凝土表現(xiàn)出更低的抗折強度，而使用人工砂和再生骨料的混凝土也表現(xiàn)出較低的抗折強度，存在下降17.97%的差異。在試驗2和試驗1的抗折強度中，有著11.80%的差異。因此，人工砂在混凝土本身的應用中表明，抗折強度有所下降，這對混凝土配合比設(shè)計是至關(guān)重要的。

4.4 混凝土的容重

上述結(jié)果表明，與天然材料相比，所有再生骨料混凝土混合料的容重都較小。與天然骨料混凝土對比，再生骨料混凝土的密度降低為2.86%，使用人工砂和再生骨料混凝土的密度降低為6.89%。

5 結(jié)語

1）實驗表明，所有再生骨料的吸水率和含水量都很大，而再生細骨料的吸水率和含水量更高。砂漿粘結(jié)強度弱、多孔、吸水率高是鋼筋混凝土抗壓強度降低的主要原因。

2）再生骨料的表觀密度較低，表明再生骨料混凝土比天然骨料混凝土輕。造成這種情況的主要原因是被拆除廢物中存在松散的糊狀物。

3）再生混凝土骨料的物理力學性能是決定混凝土強度特性的重要因素。再生混凝土骨料的性能受再生骨料的母源控制。

4）100%更換再生粗骨料的混凝土能滿足C25級的設(shè)計強度為31.6N／mm2。使用河砂并用再生粗骨料100%取代天然骨料，抗壓強度提高3.82%。使用人工砂并用再生粗骨料100%取代天然骨料，抗壓強度提高4.20%?；旌喜煌郊壟涞墓橇峡梢宰龀龈?jīng)濟和更高強度的混凝土。而無論使用河砂或人工砂，使用再生粗骨料可應用于低強度級別的混凝土。由于河砂的稀缺性，在混凝土中使用人工砂是一種更優(yōu)的選擇。

5）使用再生骨料制成的混凝土的抗拉強度和抗折強度略低，因此在使用再生骨料混凝土設(shè)計構(gòu)件時應考慮抗拉強度的下降帶來的影響。