重慶地區(qū)再生粗集料的路用性能研究

鄭建華，彭 瀑，胡 明

［1.林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司，重慶 400000；2.重慶機(jī)電職業(yè)技術(shù)大學(xué)，重慶 400000］

0 引言

國內(nèi)外學(xué)者分別對不同來源的再生集料的基本性能進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究。由于再生粗集料因廢棄混凝土來源不同而具有較大的隨機(jī)性和變異性，主要由獨(dú)立成塊的和表面附著老水泥砂漿的天然粗集料組成。因其表面粗糙，棱角較多，導(dǎo)致再生粗集料與天然粗集料存在一定的差異。再生混凝土的性能與再生集料的性能密切相關(guān)[1]。在混凝土中，粗集料起骨架作用，應(yīng)具備一定的強(qiáng)度、抗磨耗和抗沖擊性能要求。本文主要研究再生粗集料的物理力學(xué)性能，包括物理特性（密度、吸水率、針片狀顆粒含量）和力學(xué)特性（壓碎值、磨耗值、沖擊值），通過試驗(yàn)研究再生粗集料在道路工程中應(yīng)用的可行性。

1 重慶地區(qū)廢棄混凝土來源調(diào)查

全球混凝土產(chǎn)業(yè)每年需消耗數(shù)十億噸天然集料，與此同時，每年由于建筑物拆除、路面返修、混凝土生產(chǎn)、工程施工等原因又產(chǎn)生巨量的廢棄混凝土。根據(jù)對重慶地區(qū)的廢棄混凝土的調(diào)查，廢棄混凝土的來源如下。

1.1 可回收的廢棄混凝土

可回收的廢棄混凝土指性能較好、雜質(zhì)含量較低的廢棄混凝土。

（1）達(dá)到使用年限或已老化的建筑物以及因市政工程動遷被拆除而產(chǎn)生的廢棄混凝土，這類廢棄混凝土的數(shù)量巨大。如我國20 世紀(jì)80—90 年代興建的水泥混凝土路面，現(xiàn)已到達(dá)使用年限，出現(xiàn)不同程度的病害，如斷板、唧泥、錯臺等，或者其他原因需要重建或改建時產(chǎn)生了大量的廢棄混凝土。比如，重慶市南岸區(qū)某段已損壞的水泥混凝土路面，經(jīng)調(diào)查、檢驗(yàn)，此路用混凝土不含鋼筋[2]。

隨著我國城市化進(jìn)程快速發(fā)展，市政工程建設(shè)產(chǎn)生的廢棄混凝土數(shù)量越來越大。比如，重慶市巴南區(qū)某居民區(qū)因改建拆除產(chǎn)生的廢棄混凝土中含有鋼筋、木材等少量雜質(zhì)。

（2）高等院校、科研單位、施工單位等實(shí)驗(yàn)室里產(chǎn)生的廢棄混凝土試件。比如，重慶某高校建材實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)后產(chǎn)生的廢棄混凝土無雜質(zhì)。

（3）混凝土生產(chǎn)單位產(chǎn)生不合格的混凝土。

1.2 不宜回收的廢棄混凝土

不宜回收的廢棄混凝土，指部分性能較差的、有害雜質(zhì)含量較高、可能影響到新拌再生混凝土使用性能的廢棄混凝土。這類混凝土，根據(jù)使用環(huán)境和碳化程度等因素確定，不宜回收的廢棄混凝土主要來自于受重金屬或有機(jī)物污染的混凝土、輕集料混凝土或加氣混凝土、含有大量不易分離的瀝青等雜質(zhì)的混凝土、醫(yī)院放射間等有特殊使用要求的混凝土等[3]。

1.3 廢棄混凝土分類

經(jīng)過對重慶地區(qū)廢棄混凝土的來源調(diào)查，根據(jù)廢棄混凝土中所含雜質(zhì)情況，對于不同使用環(huán)境的混凝土，大致可以分為4 類：不含雜質(zhì)、不含鋼筋但含有其他雜質(zhì)、含有鋼筋及其他雜質(zhì)、含有大量不易分離的雜質(zhì)。

2再生粗集料的物理特性研究

2.1 吸水率

本試驗(yàn)依據(jù)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2005）中關(guān)于粗集料吸水率的測試方法，選擇網(wǎng)籃法，測試再生粗集料和普通粗集料的24h 吸水率，并研究吸水率隨時間的變化，分別測試再生粗集料10min、30min、4h、24h 的吸水率，測試結(jié)果如表1 所示。分析得知：再生粗集料的吸水率高于天然粗集料，相差10 倍。再生粗集料30min 吸水率達(dá)到飽和時的82%，4h 吸水率已經(jīng)達(dá)到飽和。再生粗集料中水泥砂漿含量較高，機(jī)械破碎造成損傷積累使再生集料內(nèi)部存在大量微裂紋，再生粗集料孔隙率高，吸水率大，吸水速度快。再生粗集料的吸水率與廢棄混凝土的強(qiáng)度、組成及氣候條件、集料的粒徑等因素有關(guān)。再生混凝土配合比設(shè)計(jì)時，必須考慮再生粗集料吸水率大的特性[4]。

表1 再生粗集料吸水率試驗(yàn)結(jié)果

2.2 密度

本試驗(yàn)依據(jù)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2005）中關(guān)于粗集料密度的測試方法，測試再生粗集料和普通粗集料的表觀密度、自然堆積密度、振實(shí)密度、空隙率等指標(biāo)。測試結(jié)果分析得知：再生集料的堆積密度和表觀密度比天然集料的低，這是由于再生集料表面附著一定數(shù)量的水泥砂漿，且與廢棄混凝土的強(qiáng)度等級、配合比、使用時間、使用環(huán)境及地域等因素有關(guān)[5]。再生粗集料的密度降低，導(dǎo)致由其配制的再生混凝土的密度和彈性模量降低。

2.3 針片狀顆粒含量

本試驗(yàn)依據(jù)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2005）中關(guān)于針片狀顆粒含量的測試方法，選擇規(guī)準(zhǔn)儀法，將再生粗集料與普通粗集料進(jìn)行對比，測試結(jié)果如表2 所示。分析得知：再生粗集料中的針片狀顆粒含量比普通粗集料中的含量多，這與再生集料生產(chǎn)的破碎工藝以及再生粗集料的特性密切相關(guān)。

表2 再生粗集料針片狀顆粒含量試驗(yàn)結(jié)果

3 再生粗集料的力學(xué)特性研究

3.1 壓碎值

壓碎值是指按規(guī)定的方法測得集料抵抗壓碎的能力，亦集料強(qiáng)度的相對指標(biāo)，用以評價再生粗集料在道路工程中的適用性。一般認(rèn)為，再生粗集料的壓碎指標(biāo)還與基體混凝土的強(qiáng)度和加工破碎方法有關(guān)，并且基體混凝土的強(qiáng)度越高，再生集料的壓碎指標(biāo)也越高；加工過程中水泥漿體和砂漿脫落越多，壓碎指標(biāo)越小[6]。本試驗(yàn)依據(jù)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2005）中關(guān)于壓碎值的測試方法，將再生粗集料與普通粗集料按不同比例混合，測試結(jié)果如表3 所示。

表3 再生粗集料壓碎值試驗(yàn)結(jié)果

由測試結(jié)果分析得知，再生粗集料的壓碎值明顯大于普通粗集料的壓碎值，這是因?yàn)樵偕旨媳砻娓街仙皾{，且破碎過程中其內(nèi)部產(chǎn)生較多的微裂縫，與普通粗集料相比，抵抗試驗(yàn)機(jī)壓碎的能力大為降低。再生粗集料與普通粗集料混合后，再生粗集料所占粗集料總質(zhì)量的比例越低，壓碎值越低，則抵抗壓碎的能力越強(qiáng)，反之亦然[7]。

3.2 磨耗值

洛杉磯磨耗值是指按規(guī)定的方法測得粗集料抵抗磨耗、撞擊的能力，以磨耗損失（%）表示，適用于評定路面抗滑表層所用集料抵抗車輪撞擊及磨耗的能力。本試驗(yàn)依據(jù)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2005）中關(guān)于洛杉磯磨耗值的測試方法，將再生粗集料與普通粗集料按不同比例混合，測試結(jié)果如表4 所示。分析得知：與普通粗集料相比，再生粗集料的洛杉磯磨耗損失較大，其抵抗車輪磨耗的能力較低[8]。這是因?yàn)樵偕旨媳砻娓街仙皾{，且與其原生混凝土強(qiáng)度密切相關(guān)。再生粗集料與普通粗集料混合后，再生粗集料所占粗集料總質(zhì)量的比例越低，洛杉磯磨耗損失越低，則抵抗磨耗的能力越強(qiáng)，反之亦然。

表4 再生粗集料洛杉磯磨耗值試驗(yàn)結(jié)果

3.3 沖擊值

沖擊值是指按規(guī)定的方法測得粗集料抗沖擊的能力，以擊碎后小于2.36mm 部分的質(zhì)量百分率表示，用以評定路面用粗集料抵抗車輪荷載的沖擊作用。本試驗(yàn)依據(jù)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2005）中關(guān)于洛杉磯磨耗值的測試方法，將再生粗集料與普通粗集料按不同比例混合，測試結(jié)果如表5 所示。分析得知：與普通粗集料相比，再生粗集料的沖擊值較大，抵抗車輪荷載沖擊的能力較低[9]。再生粗集料與普通粗集料混合后，再生粗集料所占粗集料總質(zhì)量的比例越低，沖擊值越低，則抵抗沖擊的能力越強(qiáng)，反之亦然。

表5 再生粗集料沖擊試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

本文研究了再生粗集料的路用性能，包括物理特性和力學(xué)特性，探討了再生粗集料在道路工程中應(yīng)用的可行性。對于再生粗集料的物理特性，設(shè)計(jì)了與普通粗集料的對比試驗(yàn)，分析了再生粗集料和普通粗集料在密度、吸水率、針片狀顆粒含量等方面的差異。對于再生粗集料的力學(xué)特性，將再生粗集料與普通粗集料按不同比例（前者：后者=10:0、7.5:2.5、5:5、2.5:7.5、0:10）混合，分別測試壓碎值、磨耗值、沖擊值等粗集料路用性能指標(biāo)，并與現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定值比較，分析了這些組合在道路工程中的適用性，得到的主要結(jié)論如下。

（1）與普通粗集料相比，再生粗集料的吸水率較大，表觀密度較小，再生混凝土配合比設(shè)計(jì)時必須考慮再生粗集料的吸水特性和密度特性。吸水率和表觀密度往往以再生粗集料最重要的特性，作為對再生粗集料分級的重要指標(biāo)。

（2）針對再生粗集料力學(xué)性能不如普通粗集料的特性，水泥混凝土路面工程中應(yīng)用再生粗集料時，應(yīng)合理控制磨耗值和沖擊值。

（3）當(dāng)再生粗集料應(yīng)用于道路工程中，建議對再生粗集料進(jìn)行分級，分級指標(biāo)包括表觀密度、吸水率、針片狀顆粒含量、壓碎值、磨耗值、沖擊值等。

注釋：

①公路規(guī)范：《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F30—2003）、《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）。

②上海規(guī)范：上海工程建設(shè)規(guī)范《再生混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（DG/TJ08-2018-2007）。