用于混凝土中的再生粗骨料優(yōu)化試驗(yàn)

丁麗芳，周亮

（河北建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，河北 保定 071051）

0 引言

混凝土行業(yè)傳統(tǒng)的發(fā)展模式很大程度上是以能源、資源的過(guò)度消耗和環(huán)境污染為代價(jià)的。資源和能源的消耗量巨大，環(huán)境問(wèn)題日益突出，混凝土行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展以及混凝土的清潔生產(chǎn)、廢棄混凝土的資源化再利用，越來(lái)越受到各級(jí)政府和行業(yè)有識(shí)之士的高度關(guān)注。本文再生粗骨料來(lái)源于硬化的廢棄混凝土，包括試驗(yàn)室廢棄試塊、破碎路面以及工地廢棄樁頭，經(jīng)過(guò)制砂機(jī)破碎、清洗、分離出的再生粗骨料。通過(guò)對(duì)再生原材料的優(yōu)化和試驗(yàn)研究，確定出再生原材料的最佳取代率，從而從根本上解決廢棄混凝土再利用的問(wèn)題，最大程度上實(shí)現(xiàn)廢棄混凝土的循環(huán)利用。

1 原材料

（1）水泥：曲陽(yáng)金隅 P·O42.5 水泥。

（2）粉煤灰：石家莊上安Ⅱ級(jí)粉煤灰。

（3）礦粉：保定乾華 S95 級(jí)礦粉。

（4）粗骨料：天然粗骨料選用保定滿(mǎn)城 5～25mm連續(xù)級(jí)配碎石，再生粗骨料為 5～10mm 和 10～20mm兩種粒徑，其各項(xiàng)性能指標(biāo)如表 1 所示。

（5）細(xì)骨料：滿(mǎn)城Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù) 2.7。

（6）外加劑：保定慕湖恒源新型建材公司生產(chǎn)的MZY-A5 型聚羧酸高效減水劑。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 再生粗骨料強(qiáng)化處理

與天然粗骨料相比再生粗骨料具有表面粗糙、棱角多、空隙率高、吸水率大等缺點(diǎn)，為了改善其性能缺點(diǎn)，用密度為 1120g/L、含固量 5.2% 的廢料漿水浸泡24 小時(shí)，隨即將其平鋪篩分，待骨料表面干燥后進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。具體處理后的再生粗骨料的各項(xiàng)性能如表 2所示。

表2 混合后的再生粗骨料性能對(duì)比

表1 粗骨料的性能指標(biāo)

從表 2 可明顯看出，浸泡后再生粗骨料各項(xiàng)指標(biāo)均有所改善。分析原因是因?yàn)閺U料漿水中的微顆粒和未水化的水泥顆粒填充并粘結(jié)微裂紋，增大了骨料的密實(shí)性。

2.2 再生粗骨料雙優(yōu)化處理

（1）確定兩種粒級(jí)再生粗骨料的最佳堆積密度

所謂最佳堆積密度就是粒級(jí)小的骨料填充到粒級(jí)大的骨料的空隙內(nèi)使其形成最緊密的整體。本次試驗(yàn)是將兩種再生粗骨料充分混合，通過(guò)堆積密度試驗(yàn)確定出混合骨料中 5～10mm 再生粗骨料的摻加比例，其摻加比例用 α 表示，試驗(yàn)結(jié)果表 3 所示。

為了更直觀分析最佳堆積密度的變化趨勢(shì)，利用表3 數(shù)據(jù)制成折線(xiàn)圖 1。

表3 最佳堆積密度試驗(yàn)結(jié)果

圖1 最佳堆積密度試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)合表 3 和圖 1 可知：隨著 5～10mm 再生粗骨料取代率的逐漸增加，混合骨料的堆積密度出現(xiàn)了先增長(zhǎng)再降低的趨勢(shì)，當(dāng)取代率達(dá)為 40% 時(shí)，堆積密度達(dá)到最大值 1360kg/m3。因此 5～10mm 再生粗骨料的摻入比例為 40% 時(shí)，即 5～10mm 再生粗骨料與 10～20mm再生粗骨料以 4:6 的比例混合后，混合再生粗骨料的最佳堆積密度最大。

（2）等體積取代天然骨料

再生粗骨料的密度小于天然粗骨料，等質(zhì)量取代天然粗骨料后混合粗骨料的總體積會(huì)增大，這樣會(huì)嚴(yán)重降低混凝土的可泵性，因此本次試驗(yàn)采用再生粗骨料等體積取代天然粗骨料，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)得出等體積時(shí)天然粗骨料和再生粗骨料的換算公式。通過(guò)試驗(yàn)可得體積相同時(shí)天然粗骨料和再生粗骨料的質(zhì)量對(duì)應(yīng)值，具體數(shù)據(jù)如表 4 所示。

表4 體積相同時(shí)質(zhì)量對(duì)應(yīng)值數(shù)據(jù)

根據(jù)表 4 繪制體積相同時(shí)天然粗骨料和再生粗骨料質(zhì)量對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)，如圖 2 所示。

由圖可清晰看出，體積相同時(shí)，天然骨料與再生骨料質(zhì)量對(duì)應(yīng)值基本呈線(xiàn)性趨勢(shì)，由此可生成質(zhì)量線(xiàn)性公式：

圖2 相同體積時(shí)質(zhì)量對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)

式中：Y——天然粗骨料質(zhì)量，kg；

X——體積相同時(shí)再生粗骨料質(zhì)量，kg。

（3）混合骨料的性能試驗(yàn)

首先通過(guò)體積取代法按不同取代率將再生粗骨料摻入到天然粗骨料中，綜合分析其吸水率、壓碎值、空隙率等物理性能，并通過(guò)質(zhì)量篩分試驗(yàn)，根據(jù)各篩的累計(jì)篩余量，評(píng)定該混合粗骨料是否符合 5～25mm 連續(xù)級(jí)配。具體篩分結(jié)果如表 5 所示（詳見(jiàn)第 5 頁(yè)）。

由表 5 可清晰看出：不同取代率混合粗骨料的累計(jì)篩余結(jié)果均滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。隨著取代率的增加，公稱(chēng)粒級(jí)中 26.5mm 和 20.0mm 兩個(gè)大粒級(jí)的石子所占比例都呈現(xiàn)出明顯減小的現(xiàn)象，16.0mm 粒級(jí)的石子所占比例前后變化不大，而 9.5mm 和 4.75mm 兩個(gè)小粒級(jí)的石子所占比例出現(xiàn)了明顯增大的現(xiàn)象。

3 結(jié)論

（1）混合再生粗骨料經(jīng)廢料漿水浸泡后其密度、壓碎值和吸水率等性能較浸泡前都有一定的提升。

（2）再生粗骨料雙優(yōu)化配置：通過(guò)最佳堆積密度試驗(yàn)，將 5～10mm 和 10～20mm 兩種粒級(jí)的再生粗骨料以 4:6 的比例混合后等體積取代天然粗骨料，通過(guò)試驗(yàn)得出相同體積時(shí)天然粗骨料和再生粗骨料的質(zhì)量線(xiàn)性公式：X=0.9229Y-0.1348 。

（3）隨著再生粗骨料取代率的逐漸增加，混合粗骨料中 20.0mm 以上的大粒級(jí)石子比例逐漸降低，10mm 以下小粒級(jí)石子逐漸增加，但其累計(jì)篩余量均滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求的 5～25mm 連續(xù)粒級(jí)。

表5 試驗(yàn)結(jié)果

寧夏（建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所，高工）

目前我國(guó)建筑廢棄物產(chǎn)量巨大，同時(shí)天然砂石資源緊缺，再生骨料是實(shí)現(xiàn)建筑廢棄物資源化利用的有效途徑，也是對(duì)天然骨料的一個(gè)有效補(bǔ)充。

由于受取材及生產(chǎn)工藝影響，再生粗骨料表面往往附著老舊砂漿，與天然粗骨料相比，再生骨料的表觀密度及堆積密度較小，吸水率較大。除因再生骨料表面附著老舊砂漿導(dǎo)致其強(qiáng)度降低外，在生產(chǎn)過(guò)程中，由于受到機(jī)械切割破碎和震蕩作用，骨料表面微裂紋增多，也會(huì)降低其強(qiáng)度，因此再生骨料品質(zhì)低于天然骨料。

目前解決的方式，一種是通過(guò)機(jī)械研磨或加熱研磨等物理方法對(duì)破碎后的骨料進(jìn)行處理，去除表面砂漿，達(dá)到強(qiáng)化骨料的目的。該種方法能耗高，且會(huì)對(duì)骨料基體結(jié)構(gòu)造成破壞。另一種是使用化學(xué)漿液對(duì)再生骨料進(jìn)行浸漬、淋洗、干燥等處理，填充再生骨料表面微裂紋，達(dá)到骨料強(qiáng)化的目的。該方法工藝復(fù)雜、操作繁瑣，而且也只是提高了骨料基體強(qiáng)度或降低了再生骨料的吸水率，并沒(méi)有解決其它問(wèn)題。就國(guó)內(nèi)目前的生產(chǎn)工藝水平來(lái)說(shuō)，對(duì)再生骨料強(qiáng)化處理，會(huì)增加能耗或成本，使得再生骨料的價(jià)格高于天然砂石，更不利于其應(yīng)用。

再生骨料可作為路基填充料；可制成建筑用磚和砌塊；還可制成再生混凝土，用于路面或建筑中。將再生骨料作為無(wú)機(jī)混合材用于路基填充料，對(duì)再生骨料的品質(zhì)要求不高，屬于再生骨料的低等級(jí)應(yīng)用，該應(yīng)用技術(shù)在我國(guó)已成熟，并且是再生骨料應(yīng)用量最大的一種方式。將再生骨料制成建筑用磚和磚塊，對(duì)再生骨料的技術(shù)要求較低，屬于其中級(jí)應(yīng)用。將再生骨料用于生產(chǎn)再生骨料混凝土，用于建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件，屬于再生骨料的高級(jí)應(yīng)用，對(duì)再生骨料的品質(zhì)要求較高。

國(guó)外先進(jìn)國(guó)家，如日本，再生骨料生產(chǎn)工藝先進(jìn)，能夠?qū)崿F(xiàn)原骨料與漿體基本分離，使得再生骨料（H 等級(jí)）的性能接近天然骨料。我國(guó)地大物博、資源豐富，雖然現(xiàn)在天然砂石資源緊缺，從客觀上講目前還不會(huì)有廠家會(huì)消耗大量的能源同時(shí)增加成本將再生骨料做到與日本相近的處理水平。就目前來(lái)看將再生骨料應(yīng)用于道路等非結(jié)構(gòu)性部位，是最經(jīng)濟(jì)的方法，而且就目前我國(guó)的建設(shè)量來(lái)看，其應(yīng)用量也十分巨大，能夠有效消納建筑廢棄物，同時(shí)節(jié)省天然砂石。

但是長(zhǎng)期來(lái)看，天然資源會(huì)慢慢枯竭，總有一天天然砂石匱乏到不能再滿(mǎn)足混凝土的生產(chǎn)，需要替代產(chǎn)品。因此我國(guó)的再生骨料生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)水平仍需提高。提高方法可以是改進(jìn)生產(chǎn)處理設(shè)備，提高再生骨料本身品質(zhì)，降低生產(chǎn)能耗；也可以是在現(xiàn)有技術(shù)條件下，通過(guò)配合比設(shè)計(jì)或施工方法彌補(bǔ)再生骨料混凝土在性能方面的不足，使其得到更好地應(yīng)用。再生骨料技術(shù)的提高對(duì)更廣泛地應(yīng)用和降低再生骨料成本都有益處。