道路廢棄混凝土的再生利用技術研究

喬新周

(宣大高速公路管理處)

1 再生骨料的加工制備方法

(1)現場再生技術過程是破碎或粉碎現有路面，然后將破碎或粉碎后的路面用作新路面結構中的基層或底基層。

破裂壓密法和破碎壓密法是兩種常用的現場再生技術方法。破裂壓密法將嚴重破壞的混凝土路面破裂成0．09～0．28m2大小的碎塊，壓密后攤鋪罩面。破碎壓密法將現有混凝土路面破碎成最大粒徑為152mm碎石，壓密后攤鋪罩面。兩種方法的目的都是為了防止產生反射裂縫。水泥混凝土罩面和瀝青混凝土罩面均可在使用此方法處理過的表面上攤鋪。但是通常認為現場再生不是水泥混凝土再生技術。現場再生通常劃歸為非粘結罩面的表面處理技術。

(2)料廠再生技術過程包括舊水泥混凝土路面的現場破碎、裝載、運輸，然后在中心料廠破碎成為用于新水泥混凝土路面的集料。如此生產的集料也可用于新路面結構中的穩定或非穩定基層，或者新水泥混凝土混合料。

料廠再生技術通常也稱為混凝土再生技術。再生及利用過程包括以下3個步驟。

①路面清除：破碎和清除破損路面，并集中運往中心料廠進行加工處理。

②集料加工：破碎處理，剔除鋼筋、篩分，生產再生集料。

③再生集料使用：在路面重建中使用再生集料。

本試驗所用再生骨料均采用料廠再生技術，具體生產工藝流程如圖1所示。

圖1 廢棄混凝土加工成再生集料的工藝流程

2 再生骨料室內試驗及實驗配合比設計

2．1 原材料

(1)水泥：湖南牛力水泥廠生產的強度等級為42．5R的普通硅酸鹽水泥;(2)粉煤灰：湘潭電廠一級粉煤灰;(3)硅灰：二氧化硅粉;(4)外加劑：高效減水劑FDN;(5)拌和用水：飲用自來水;(6)粗骨料：湖南耒宜公路水泥混凝土路面損壞面板經碎石加工廠生產的再生粗骨料(經試驗測定其吸水率為4．25%);(7)細骨料：河砂，細度模數2．42。

2．2 試驗方法

(1)試件制作。

所有配合比設計混合料均用SJD6．0L強制式單臥軸混凝土攪拌機攪拌，攪拌時間為2min，經振動成型，24h拆除模具;抗壓試件尺寸為150mm×150mm×150mm，抗折試件尺寸為150mm×150mm×450mm，試驗每組試件均為三個;養護室溫度為24℃，養護時間分別為7d、28d。

(2)拌合物和易性測定。

采用坍落度桶法測定混凝土拌合物坍落度，評定其流動性，通過目測檢查混凝土拌合物粘聚性和保水性。

(3)強度測定。

抗壓、抗折試驗儀器均為液壓式萬能試驗機。

試件自養護地點取出后，將試件擦凈，測量尺寸，并檢測外觀。然后將試件放在下承壓板上。開動試驗機，當上壓板與試件接近時，調整球座，使接觸均衡。加壓時，連續而均勻的加荷。加荷速度0．4MPa/s。以3個試件的算術平均作為該組試件的抗壓、抗折強度。當3個測定值的最大值或最小值中有1個與中間值的差超過中間值的15%時，則中間值作為該組試件的抗壓強度值;如有2個測定值與中間值的差超過中間值的15%，則該組試件的試驗結果無效。

3 室內試驗結果分析

本著回收廢棄混凝土料的目的，本次試驗完全采用再生骨料。主要通過如下途徑開展：(1)不同的水灰比;(2)不同的砂率;(3)摻加粉煤灰并輔以硅灰的途徑制備再生混凝土;鑒于再生骨料具有和易性差拌和時需水量多的問題，為了節約用水量，本試驗考慮加入高效減水劑的辦法，并對再生骨料最大粒徑(19～26．5mm)的用量進行控制。

3．1 配合比

本試驗依據《公路水泥混凝土路面施工技術規范》(JTG F30-2003)、《公路水泥混凝土路面設計規范》(JTGD40-2002)的規定設計參數，設計的再生混凝土的抗折強度4．5MPa、強度等級為C30。試驗結果見表1。

表1 試驗配合比及再生混凝土的性能

從表1可以看出運用再生骨料制備高強路用再生混凝土的方案是完全可行的;改變混凝土配合比中各摻合料用量可以生產出28d抗壓強度達到50MPa、抗折強度超過7MPa的再生混凝土;通過摻入粉煤灰和硅灰并適量摻加減水劑完全可以獲得較高的流動性、較高的抗折強度和抗壓強度。

3．2 水灰比對強度的影響

再生骨料因破碎時留下較多微裂紋，且骨料上殘存有部分水泥漿，故拌和時吸水嚴重，且和易性比較差。因此水膠比對強度的影響規律與普通混凝土有所不同。按表1配比拌制混凝土，在標準條件下養護，分別測其7d和28d抗壓、抗折強度，試驗結果見表1、圖2、圖3。

表2 強度試驗材料用量

從表2中試驗數據可以看出，本次試驗配合比回收廢料的效果是比較明顯的。

圖2 水灰比對抗折強度影響關系圖

圖3 水灰比對抗壓強度影響關系圖

從圖2可以看出，在低水灰比(＜0．4)的條件下，降低水灰比對7d的抗折強度有稍微的增加，對28d的抗折強度來說不但不會增加反而會使強度有輕微的減小的現象，因此依靠降低水膠比來提高抗折強度的做法效果不明顯，增大水灰比甚至使抗折強度有輕微增長。故在低水灰比的條件下通過降低用水量來降低水灰比的做法，達不到提高抗折強度的目的。比較可行的做法是增大水泥用量，減少粉煤灰用量來提高抗折強度。

從圖3可以看出降低水灰比會使抗壓強度有所增加，但不會一直增加，在0．35～0．37位置處出現明顯的波谷現象，此段范圍內降低水灰比不但起不到增加強度的目的，反而會使強度有減小的狀況。在水灰比0．36的位置處存在一個過渡區(0．35～0．37)，此范圍內會有比較明顯的變動。從圖2、圖3可以看出0．28處可以作為水灰比的下限值。

3．3 抗壓強度與抗折強度關系

本試驗主要針對水泥混凝土路面在使用過程中關系比較密切的兩大指標(抗壓強度和抗折強度)進行測試，以尋求再生混凝土的可行性之路。因此對抗壓強度與抗折強度進行對比分析，力求在理論上得出定性的關系函數，分析結果如圖4所示。

從圖3可以看出抗折強度與抗壓強度的線形關系基本可以用Fs=1/5Fcu-2來表達。因此要配制抗折強度達到5MPa的再生骨料混凝土，抗壓強度等級應達到C35以上，考慮到數據的離散性，可按C40來要求進行設計。

4 結論

(1)廢棄混凝土骨料的加工生產技術完全是可行的，大范圍的應用需要大力支持;

(2)通過摻入粉煤灰和硅灰并適量摻加減水劑完全可以獲得較高的流動性、抗折和抗壓強度;

圖4 抗壓強度和抗折關系圖

(3)在比較低的水膠比條件下依靠降低水膠比提高強度的做法效果不理想，比較有效的方法是增加水泥用量、減少粉煤灰用量;

(4)再生骨料的長期使用性能方面仍需進一步在實際工程中論證。

利用廢棄混凝土配制再生混凝土，不僅能降低成本，減少自然資源的破壞，還能減輕廢棄混凝土對城市的污染，完全符合保護環境，保護資源的基本國策。廢棄混凝土的再生利用是一項可持續發展的具有環保優勢的新技術，具有很好的經濟和社會效益，必能在實踐中得到更加廣闊的應用，政府需要加強宣傳力度，出臺一些強制措施限制廢棄混凝土的排放，建立相應的廢棄物加工廠，并在財力和政策上予以大力支持，并制定有關再生混凝土的行業標準，推動再生混凝土這一新型建筑材料的發展。

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