再生粗集料的基本性能及預(yù)處理方式研究

范凌泰

(1.東南大學(xué)，南京 210000：2.江蘇揚(yáng)子江高速通道管理有限公司，南京 212415)

1 再生粗集料的研究發(fā)展情況

1.1 簡介

再生粗集料顧名思義，是將廢棄的水泥混凝土經(jīng)過破碎、加工后，形成的粒徑大于4.75mm的顆粒，可以在水泥混凝土中取代部分粗集料，制作再生混凝土，使用再生粗集料，不但可以緩解目前天然石材缺乏的現(xiàn)狀，也與國家所提倡的“綠色環(huán)?！崩砟钕嗥鹾?。

1.2 國外研究發(fā)展情況

水泥混凝土的再生利用始于20世紀(jì)后半葉。研究最早的是歐洲，主要是二戰(zhàn)后，由于戰(zhàn)爭產(chǎn)生了大量的廢棄混凝土，而戰(zhàn)后重建工作需要大量的粗集料，這一情況促使歐洲國家開始對再生集料進(jìn)行研究。日本則是因?yàn)橥恋鬲M小，資源相對匱乏，因此早在上個(gè)世紀(jì)70年代就對再生集料進(jìn)行了研究。美國由于土地遼闊，對再生集料的研究相比日本和歐洲起步較晚，但發(fā)展很快，且已經(jīng)在高速公路施工中得到了廣泛的應(yīng)用。

1.3 國內(nèi)研究發(fā)展情況

由于我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展較為緩慢，而且地大物博，資源豐富，因此對再生集料需求沒有那么迫切，研究較晚，但由于近年來的大規(guī)模建設(shè)以及天然石材缺乏的情況，對再生集料研究也是刻不容緩。對于再生集料的性能，美國、日本、歐洲很早就制定了相應(yīng)的規(guī)范，并且已經(jīng)大規(guī)模投入使用，而我國雖然起步較晚，但也于2011年發(fā)布了《JGJT 240-2011 再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，雖然實(shí)際應(yīng)用還比不上發(fā)達(dá)國家，但規(guī)范的出臺也為實(shí)際使用打下了理論基礎(chǔ)。

2 基本性能

2.1 堆積密度和表觀密度

再生粗集料，本質(zhì)上就是破碎的廢棄混凝土，因此表面會附著廢棄混凝土中存在的水泥砂漿，與天然粗集料相比，這些水泥砂漿的孔隙率較大，因此導(dǎo)致再生粗集料的堆積密度和表觀密度較天然粗集料低。再生粗集料的表觀密度受到包括粒徑、原廢棄混凝土的強(qiáng)度、配合比、使用時(shí)間、環(huán)境、破碎方式等多種因素的影響。從目前的研究來看,其數(shù)值的并沒有一定的規(guī)律，再生粗集料的表觀密度為天然粗集料的90%以上，堆積密度為天然粗集料的85%以上[1]，通常來說，再生粗集料的表觀密度在2310kg/m3～2620kg/m3之間，再生粗集料的堆積密度在1290kg/m3～1470kg/m3之間[2]。實(shí)際工程使用中，再生粗集料的表觀密度需要現(xiàn)場進(jìn)行測定，以便進(jìn)行再生混凝土配合比設(shè)計(jì)。由于我國的《JGJT 240-2011 再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中缺少對再生粗集料表觀密度和堆積密度的規(guī)定，因此參考上海市的標(biāo)準(zhǔn)《再生混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，該規(guī)范是依據(jù)同濟(jì)大學(xué)的試驗(yàn)和國內(nèi)外數(shù)據(jù)，同時(shí)參考國外標(biāo)準(zhǔn)制定的，規(guī)范要求Ⅰ，Ⅱ級再生粗集料的表觀密度必須要大于2400kg/m3。就該規(guī)范來看，再生粗集料的表觀密度能夠滿足規(guī)范要求。

2.2 吸水率

相比天然粗集料，再生粗集料的吸水性能更好，主要原因是因?yàn)樗嗌皾{的存在導(dǎo)致孔隙率增大，而且在廢棄混凝土破篩的過程中，再生粗集料表面砂漿內(nèi)部會產(chǎn)生很多的微裂縫，這些都導(dǎo)致再生粗集料吸水性能的上升。由于表觀密度也與附著水泥砂漿的量有關(guān)，因此，再生粗集料吸水性能隨著表觀密度的增加而減少。同時(shí)，再生粗集料的吸水率還與粒徑有關(guān)，粒徑越小，再生粗集料中的水泥砂漿含量越高，吸水率就越大。根據(jù)國內(nèi)的各項(xiàng)研究，再生粗集料的吸水率為2.5%～12%；國外報(bào)道的再生粗集料的吸水率在5%左右[1]。《JGJT 240-2011再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》規(guī)定再生粗集料的吸水率必須少于10%，因?yàn)槲蔬^高會使得用水需求增加，水量不夠的話會導(dǎo)致耐久性以及和易性下降，而水量充足則會因此高水灰比導(dǎo)致未來的強(qiáng)度降低。從以上數(shù)據(jù)來看，再生粗集料的吸水率也能夠滿足規(guī)范要求。

2.3 壓碎指標(biāo)

壓碎指標(biāo)，即壓碎值，表示集料的抗壓碎能力，是一項(xiàng)基本性能指標(biāo)。由于表面附著的大量水泥砂漿，這些水泥砂漿的抗壓碎能力較強(qiáng)，因此再生粗集料的壓碎指標(biāo)較天然粗集料高。與密度和吸水率類似，母體混凝土也是影響再生集料壓碎指標(biāo)的一個(gè)重要因素。再生粗集料的壓碎指標(biāo)不但隨母體混凝土的強(qiáng)度的提高而提高，同時(shí)破碎方法也在一定程度上影響著在再生粗集料的壓碎指標(biāo)，相比鄂式破碎，反擊式破碎的壓碎值更小，這主要是因?yàn)榉磽羰狡扑楫a(chǎn)生的針片狀顆粒更少，同時(shí)減少了再生粗集料表面附著水泥砂漿的量，從而影響壓碎指標(biāo)。孫躍東等人[1]給出的再生粗集料壓碎指標(biāo)均處于10%～20%之間，根據(jù)《GB/T14658-2011建設(shè)用碎石、卵石》，為Ⅱ類骨料，可以滿足部分公路工程的基本要求。

3 再生粗集料的預(yù)處理

相比天然粗集料，再生粗集料的具有表觀密度和堆積密度較小、吸水率較大、壓碎指標(biāo)較高的特點(diǎn)，相比天然粗集料，性能方面有所欠缺，雖然在應(yīng)用于道路基層和建筑的次要結(jié)構(gòu)時(shí)可以滿足要求，但如果應(yīng)用于高等級道路的面層或者建筑的主要結(jié)構(gòu)時(shí)，可能會出現(xiàn)性能無法滿足要求的情況，此時(shí)就要對再生粗集料進(jìn)行預(yù)處理，以提高再生粗集料的基本性能。常用的預(yù)處理方式有三種，分別為化學(xué)處理，物理處理以及濕處理。

3.1 化學(xué)處理

化學(xué)處理就是使用化學(xué)漿液對再生粗集料處理，流程通常是浸漬、淋洗、干燥等。化學(xué)處理的主要目的是填充由于再生粗集料表面附著的水泥砂漿產(chǎn)生的孔隙及內(nèi)部的裂縫。化學(xué)漿液有三種生效情況，一種是化學(xué)漿液本身直接填充，第二種是與再生粗集料中的某些成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)生成物來填充，第三種則是把化學(xué)漿液作為粘合劑。通常使用的化學(xué)漿液有以下幾種：聚合物(PVA溶液)、高能效抗?jié)B防水劑、純水泥漿、水泥外摻粉煤灰。但是，多方的研究結(jié)果表明，化學(xué)處理對再生粗集料的性能影響不明顯。范小平等[3]的研究表明，用化學(xué)漿液對再生粗集料進(jìn)行預(yù)處理可以顯著降低再生粗集料的壓碎指標(biāo)，但對制備而成的再生混凝土的力學(xué)性能影響不明顯；程海麗等[3-6]的研究表明，采用不同濃度的水玻璃溶液對再生粗集料進(jìn)行預(yù)處理后，使用處理過的再生粗集料制備的再生混凝土的早期強(qiáng)度有所上升，但是會使得最終強(qiáng)度下降。

3.2 物理處理

物理處理就是利用外加荷載，使得再生粗集料自身或者與外界進(jìn)行摩擦，以磨去再生粗集料表面存在的水泥砂漿，從而提高再生粗集料的性能，從工程實(shí)際應(yīng)用角度來看，這是消除再生粗集料表面水泥砂漿、提升其性能的一種可行辦法。目前，物理處理方法主要有以下三種。

(1)機(jī)械研磨法

機(jī)械研磨法，就是采用機(jī)械對再生粗集料進(jìn)行研磨，主要是指在再生混凝土制備的過程中，在轉(zhuǎn)筒攪拌機(jī)首先加入再生粗集料，并干拌1～2min，隨后再加入其它的原材料。美國的工程實(shí)踐證明，這一方法是行之有效的，同時(shí)，這種方法成本較低，耗能也相對較少，因此這是值得進(jìn)行大力推廣的再生粗集料預(yù)處理方法。

(2)選擇性加熱和研磨法

該方法使用微波輻射，有選擇性的對再生粗集料和表面水泥砂漿的交界面進(jìn)行輻射加熱，使受到輻射的交界面變得脆弱，更容易剝落水泥砂漿；在加熱完畢之后，使用立式研磨機(jī)對再生粗集料進(jìn)行研磨，除去表面存在的水泥砂漿，從而得到性能較好的再生粗集料。該方法雖然處理效果好，但是由于需要加熱，因此能耗較高，成本也較高，工程實(shí)際應(yīng)用較為困難。

(3)空氣加熱研磨法

空氣加熱研磨法要求把混凝土破碎成直徑50mm的塊狀，然后置于垂直的爐中，從爐子底部吹出高溫空氣，對再生粗集料進(jìn)行加熱，使得附著處變得脆弱；然后使用管式研磨機(jī)對再生粗集料進(jìn)行研磨，從而使表面存在的水泥砂漿更容易清楚。大部分情況下空氣溫度約為300℃。該方法加熱更為徹底，因此加工后的再生粗集料性能更好，甚至可以達(dá)到天然粗集料的水平，但是同樣由于需要加熱，能耗較高，很難大規(guī)模使用。

3.3 濕處理

濕處理法，即是對再生粗集料用清水進(jìn)行浸泡、沖洗，然后分離其中的雜質(zhì)，從而提高其性能。

研究表明[6]，在制備再生混凝土之前，先用水對再生粗集料進(jìn)行浸泡沖洗，不但能夠提高所制備再生混凝土的工作性，而且還能提高再生混凝土的力學(xué)性能。相對其他預(yù)處理方法，濕處理法操作方便，能耗需求也不高，唯一存在的問題就是進(jìn)行濕處理后留下的廢水的處理問題，從實(shí)用性角度來看，濕處理法在實(shí)際工程使用中更具有可行性。

4 結(jié) 論

1.再生粗集料基本性能較差的主要原因是再生粗集料外附著的水泥砂漿。

2. 再生粗集料的基本性能主要受母體混凝土的強(qiáng)度、配合比、使用時(shí)間、使用環(huán)境等因素的影響，同時(shí)也受到破碎方法的影響，從集料的角度來看，再生粗集料基本可以滿足各個(gè)規(guī)范的要求，可以作為制備符合公路工程規(guī)范的混凝土的原材料。

3.如果需要基本性能更好的再生粗集料，可以對其進(jìn)行預(yù)處理以提高性能，機(jī)械研磨法和濕處理法是最具有可行性的預(yù)處理方法。