現(xiàn)場廢棄混凝土制造再生混凝土凍融前后性能的研究*

孫連波 ，葛大勇 ，任福民 ，梁 銳 ，王 政，郝慧明

（1.中鐵建設(shè)集團北京分公司第十三項目部，北京 100040；2.北京交通大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，北京 100044）

利用廢棄混凝土再生骨料拌制的再生骨料混凝土是發(fā)展綠色混凝土的主要措施之一。再生混凝土與天然骨料混凝土相比，其抗拉強度、抗壓強度和坍落度都比較低。但如果在其配制過程中加入微細硅粉和高效減水劑，則以上3個及其他性能就會較大幅度地提高，與天然混凝土的性能相近。所以，使用廢棄混凝土作為骨料生產(chǎn)再生混凝土是非常可行的。

1 使用施工現(xiàn)場廢棄混凝土制備再生骨料混凝土的試驗

1.1 制備再生骨料

廢棄混凝土采用顎式破碎機破碎，顎式破碎機有多種結(jié)構(gòu)形式，工作原理是相同的，即通過動顎的周期性運動來破碎物料。隨著電動機連續(xù)轉(zhuǎn)動而破碎機動顎作周期運動壓碎和排泄物料，實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

1.2 制備再生骨料混凝土的配合比設(shè)計

在實現(xiàn)和易性要求前提下，如塌落度180 mm，在一定水膠比下，通過選用外加劑和適當(dāng)增加水泥漿量（5%～10%）。按照攪拌站生產(chǎn)C40 混凝土的配合比，水泥選用42.5 強度等級，膠凝材料中水泥可用等質(zhì)量二級粉煤灰替換，這里設(shè)定水泥用量323 kg/m3、二級粉煤灰73 kg/m3、礦粉108 kg/m3、膠凝材料總量504 kg/m3。拌合水172 kg/m3，水膠比0.387，砂率采用42.78%，采用中砂中粗砂，砂含水率3.1%。石子采用最大粒度22.5 mm，5～22.5 mm 連續(xù)級配。使用萘系高效減水劑，添加量2.2%。

采用破碎后廢棄混凝土替換石子，分別以0%、30%、50%、70%、100%比例替換石子，相應(yīng)10 L 混凝土拌合物需各種材料量（以kg 計）如表1 所示。

通過對上述配合比混凝土拌合物的制備，裝入10 cm×10 cm 模具，振搗，標準養(yǎng)護28 d，測抗壓強度、劈裂強度和抗凍性能。對比分析不同水膠比和再生骨料摻混比例對混凝土強度和耐久性影響，選出最佳配合比。用照相機照相，觀察試件的斷面形貌，分析再生骨料性質(zhì)對混凝土性能影響的機理。

2 試驗結(jié)果

2.1 養(yǎng)護28 d 的抗壓強度和劈裂強度

養(yǎng)護28 d 的抗壓和劈裂強度見表2。試驗結(jié)果表明，采用施工現(xiàn)場廢棄混凝土作為再生骨料，替換70%以下的天然骨料時，可以配置低1個標號的混凝土，比如采用C40 混凝土配比，可以生產(chǎn)出C35 混凝土，其強度和劈裂強度均滿足C35混凝土要求。采用C30 混凝土配比，可以生產(chǎn)出C25 混凝土，其強度和劈裂強度均滿足C25 混凝土要求。在生產(chǎn)C40 以下混凝土?xí)r，隨著再生骨料替換比例的增大，抗壓強度和劈裂強度的下降趨勢，隨著強度等級越低，下降趨勢越明顯。

表1 再生混凝土試件的混合比設(shè)計 kg

表2 再生骨料混凝土試件28 d 養(yǎng)護后的抗壓強度和劈裂強度

因為再生骨料的脆性，配置混凝土的劈裂強度達不到其抗壓強度的1/10。這是和天然骨料混凝土性質(zhì)的顯著區(qū)別。砂率和水膠比對流動性影響較大。配置時和易性對強度影響較大。

在和易性、強度、耐久性合格前提下，綜合考慮成本因素，推薦合適的配合比方案，在中鐵建商品混凝土攪拌站擴大試驗。配置C35混凝土?xí)r，42.5 強度等級水泥用量323 kg/m3、二級粉煤灰73 kg/m3、礦粉108 kg/m3、膠凝材料總量504 kg/m3，采用水膠比0.387，砂率42.78%，現(xiàn)場廢棄混凝土再生骨料替換比例不超過70%。配置C25 混凝土?xí)r，42.5 強度等級水泥用量241 kg/m3、二級粉煤灰80 kg/m3、礦粉90 kg/m3，膠凝材料總量411 kg/m3。拌合水175 kg/m3，水膠比0.48，砂率47.37%，現(xiàn)場廢棄混凝土再生骨料替換比例不超過70%。

2.2 現(xiàn)場廢棄混凝土作為再生骨料材料制造的混凝土凍融循環(huán)試驗

現(xiàn)場廢棄混凝土作為再生骨料材料制造的混凝土，進行凍融循環(huán)試驗。按照GB/T 50082—2009 普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準，冷凍溫度-20 ℃以上，時間8 h以上，融化試驗溫度20 ℃以上，融化時間8 h以上。經(jīng)過3個多月試驗，40 塊試件凍融循環(huán)次數(shù)達200 次，質(zhì)量損失均小于5%，尺寸沒有明顯變化。說明設(shè)計的配合比耐久性合格。

對凍融200 次試件測試抗壓強度和劈裂強度（見表3），發(fā)現(xiàn)抗壓強度增加顯著，水膠比較低（0.387）時劈裂強度增加；水膠比較高（0.48）時劈裂強度有的增加，有的減少。劈裂強度試驗后部分試件斷面見圖1。

表3 再生骨料混凝土試件28 d 養(yǎng)護后的抗壓強度和劈裂強度與凍融200 次后比較

圖1 凍融循環(huán)200 次后實驗試件劈裂強度測試后試件界面照片

3 結(jié)論

1）首先實現(xiàn)和易性要求前提下，如塌落度180 mm，可以在一定水膠比下，通過選用外加劑和適當(dāng)增加水泥漿量（5%～10%），再滿足強度和耐久性要求。

2）采用施工現(xiàn)場廢棄混凝土作為再生骨料，替換70%以下的天然骨料時，可以配置設(shè)計強度低1個標號的混凝土，其強度和劈裂強度均滿足要求。

3）現(xiàn)場廢棄混凝土作為再生骨料材料制造的混凝土凍融循環(huán)試驗發(fā)現(xiàn)，40 塊試件凍融循環(huán)次數(shù)達200 次，質(zhì)量損失均小于5%，尺寸沒有明顯變化。說明設(shè)計的配合比耐久性合格。對凍融200 次試件測試抗壓強度和劈裂強度，發(fā)現(xiàn)抗壓強度增加顯著，水膠比較低（0.387）時劈裂強度增加，水膠比較高（0.48）時劈裂強度有的增加，有的減少。材料脆性增加。

4）施工現(xiàn)場廢棄混凝土作為再生骨料，可以配置再生骨料混凝土，主要用于地基加固、道路工程的墊層、室內(nèi)地坪墊層、砌塊磚等方面。