再生骨料應用技術研究初探

【摘 要】 本文簡述了再生骨料的應用技術研究背景、目的和意義，并通過對再生骨料混凝土應用技術的試驗研究，論述再生骨料在混凝土中應用的技術要點、規律和存在的問題，提出再生骨料應用的建議。

【關鍵詞】 再生骨料 應用技術 研究

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2017.08.004

1 引言

隨著我國經濟的高速發展，工程建設步伐不斷加快，隨之而來的拆遷工程也大量增加。一方面混凝土的生產需要大量的骨料（砂、石），而對天然砂、石的不斷開采使自然生態環境遭到嚴重破壞。另一方面，對原有舊建筑的拆除、改造又制造了大量的建筑垃圾，對生態環境造成了嚴重的污染。據報道，我國建筑垃圾已經成為世界建筑垃圾排放最多的國家，預計到2020年，我國新增排放建筑垃圾將超過10億噸。如此巨量垃圾經年積累，不僅占用大量土地，耗費大量處理經費，而且嚴重地污染環境。如何使建筑垃圾成為可再利用的資源，是一項迫切需要解決的重大課題。

建筑垃圾中的混凝土經過多年使用，強度已經穩定，經過破碎處理制成再生骨料全部或部分替代天然骨料作為混凝土材料原料，即解決了天然骨料資源緊缺的問題，又解決了環境污染問題。因此利用建筑垃圾生產再生骨料，不僅可以節省天然資源，而且還可以減少廢舊混凝土對環境的污染，從而實現資源的循環再利用。

2 再生骨料基本性能研究

本項目采用深圳市某環保科技有限公司在東莞建筑垃圾回收再利用生產線實際生產的再生骨料進行試驗研究。

2.1 再生骨料與天然骨料基本性能的比較

為了了解再生骨料的基本性能，依據GB/T 25177-2010標準要求，進行了性能試驗，與天然碎石性能進行比較。

從對比試驗數據來看，再生骨料與天然碎石有一定差別，但均能滿足GB/T 25177-2010標準（Ⅲ）類產品要求，具體結果詳見表1。

2.2 再生骨料基本性能分析

2.2.1 含泥量和泥塊含量

從表1來看，再生骨料含泥量高于天然碎石，泥塊含量指標優于天然碎石，且都能滿足GB/T 25177-2010標準（Ⅱ）類產品要求。由此可見，雖然再生骨料顆粒尖、棱角多、表面粗糙、組分中還含有粘附的水泥砂漿顆粒，但該生產系統有效地去除了再生骨料中的泥土和泥塊含量。

2.2.2 針片狀顆粒含量

從表1來看，經過破碎篩分的再生骨料針片狀顆粒含量僅為3.9%，能夠滿足GB/T 25177-2010標準（Ⅱ）類產品要求。說明該生產系統的破碎工藝合理，形成的骨料有良好的顆粒形狀。

2.2.3 堅固性

依據GB/T 25177-2010對再生骨料進行了堅固性試驗，結果見表2。表2試驗數據顯示，再生骨料質量損失率均大于天然骨料，但滿足GB/T 25177-2010標準（Ⅱ）類產品的要求。

表2 再生骨料質量損失率試驗

混凝土再生骨料顆粒是水泥砂漿和石子共生體或水泥砂漿塊，本身密實度較天然骨料顆粒低，包含了很多孔洞，屬多孔材料，在破碎過程中再生骨料顆粒的內部和表面又形成了許多裂紋，吸水率和吸水速率都很大，吸附飽和硫酸鈉溶液就很多，過飽和硫酸鈉產生膨脹型的硫酸鈉結晶體，大量的硫酸鈉結晶體產生膨脹力，致使再生骨料的破壞，使其部分粉化導致質量損失率增大。

2.2.4 壓碎指標

壓碎指標是反映骨料強度的一個指標。再生粗骨料是由原生混凝土通過解體破碎而產生的，密實度較天然骨料低，致使再生粗骨料的壓碎指標值高于天然粗骨料，但滿足GB/T 25177-2010標準（Ⅱ）類產品的要求。

2.2.5 表觀密度、堆積密度、空隙率

不同粒徑再生粗骨料的表觀密度、堆積密度和空隙率見表3，試驗方法按GB/T 25177-2010標準進行。

從表3可以看出，不論連續粒級還是單粒粒級的混凝土再生粗骨料的表觀密度、堆積密度明顯小于天然骨料、空隙率則大于天然骨料，但能滿足GB/T 25177-2010標準（Ⅲ）的要求。

骨料的表觀密度、堆積密度和空隙率三者之間有著密切關系，直接影響混凝土拌和物的工作性能及硬化混凝土的物理力學性能。同天然骨料相比，由于再生粗骨料表面粗糙、孔洞、棱角較多，內部存在大量微裂紋，密實度較天然骨料小，從而導致再生粗骨料的堆積密度和表觀密度均比天然骨料低。

2.2.6 吸水率

骨料的吸水率是影響混凝土工作性能的重要指標之一。影響混凝土再生骨料吸水性能的因素很多，諸如用于生產再生骨料的混凝土強度、再生骨料的表觀密度、粒徑、粒形等，只要是增大再生骨料顆粒內部的空隙率和裂縫的因素都會增加再生骨料的吸水率。結果見表4。

從試驗結果看，再生粗骨料的吸水率隨著顆粒粒徑的減小而增加。天然巖石的密實度很高，由其制成的天然碎石粗骨料的吸水率和吸水速率相對較低，但是由混凝土解體破碎制成的再生骨料顆粒棱角多，表面粗糙，孔隙多，再加上制備過程中顆粒內部和表面累積造成大量微裂紋，導致再生骨料顆粒的吸水率大于天然骨料。粒徑在9.5mm～16.0mm范圍內的顆粒吸水率增加比較明顯，粒徑在3.75mm～9.5mm范圍內的顆粒吸水率突增，1h吸水率可以達到24h吸水率的95%，但均能滿足GB/T 25177-2010標準（Ⅲ）的要求。

2.3 小結

拆遷的混凝土由于實際強度、使用年限、碳化程度不同、包含硬化水泥砂漿和紅磚等復雜成份，解體破碎制備骨料過程中顆粒形成裂紋，制成的再生骨料顆粒表面粗糙、棱角多、空隙多、密實度低等天然缺陷，導致再生粗骨料表觀密度低、松散堆積密度小、空隙率大、堅固性差、壓碎指標值較高等特性；但由于加工工藝的合理調整，又有效地改善了含泥量、泥塊含量、顆粒形狀等性能。雖然品質與天然骨料有一定差別，但技術指標仍能達到GB/T 25177-2010標準（Ⅲ）類產品要求。但采用再生骨料生產混凝土會對混凝土產生怎樣的具體影響，采用再生骨料配制的混凝土的具體性能指標如何尚需進一步的試驗確定。

3 再生骨料混凝土工作性能、物理力學性能研究

這部分試驗主要研究再生骨料部分替代或全部替代天然骨料對混凝土的工作性能和硬化后混凝土物理力學性能的影響。目前已進行了C20、C30、C40三個強度等級混凝土的試驗，在混凝土配合比設計時，用再生骨料部分或全部替代粗骨料，細骨料使用天然砂，測定混凝土塌落度、擴展度和各齡期強度，研究各類再生骨料及其不同的用量對混凝土工作性能和物理力學性能的影響。

3.1 原材料

（1）水泥：鐵新水泥有限公司生產的PO42.5水泥；

（2）細骨料：渾河河砂，符合GB/T 16484-2011標準要求，細度模數為2.7；

（3）粗骨料：康家山碎石，符合GB/T 16485-2011標準要求，連續集配5mm～31.5mm；

（4）再生粗骨料：均為連續級配5mm～31.5mm；

（5）摻合料：鐵嶺電廠Ⅰ級粉煤灰；

（6）外加劑：高效減水劑；

（7）水：自來水。

3.2 混凝土配合比

在相同的混凝土配比方案、固定的砂率和W/C的條件下，以不同比例的再生粗骨料替代天然粗骨料，試驗混凝土的塌落度、擴展度和硬化混凝土的各齡期強度。混凝土配比方案見表5。

3.3 再生骨料對混凝土的工作性能和硬化后混凝土力學性能的影響

3.3.1 再生骨料對混凝土工作性能的影響

按照表5的配合比方案，配制成混凝土，測定初始、60min、120min的塌落度和擴展度，結果見表6、表7、表8。

（1）表6是C20混凝土的塌落度和擴展度的數據。

注：C20-X，其中X為再生骨料的取代率，3取代率為3%，其它試驗與此相同。

實驗結果表明再生粗骨部分或全部替代天然骨料時，混凝土的初始塌落度略有降低，這一點與再生骨料的吸水率較大有關，但再生骨料混凝土60min塌落度損失與天然骨料混凝土并無明顯差別；120min塌落度損失較60min塌落度損失有所增加，但能夠滿足泵送混凝土施工要求。再生骨料全部替代天然骨料時，1小時后混凝土的流動性很差。混凝土初始擴展度隨著再生粗骨替代天然骨料量的增加而減小，當替代量超過60%時，60min擴展度減小明顯，當替代量超過50%時120min擴展度減小明顯。

（2）表7是C30混凝土的塌落度和擴展度數據。

試驗結果表明再生粗骨料部分或全部替代天然骨料時，混凝土的初始塌落度略有降低，再生骨料的替代量影響不大。除C30-5編號外，60min、120min塌落度損失較天然粗骨料混凝土明顯有所改善，C30-3、C30-4、C30-6和C30-8四個編號試驗的60min、120min的塌落度不但沒有損失，還有所增加；再生粗骨料替代天然骨料使混凝土初始擴展度減小，60min擴展度減小的變化規律不明顯，但120min擴展度減小值低于天然粗骨料混凝土。另外由于再生骨料替代天然骨料使混凝土的保水性得到改善，替代量大于40%時沒有泌水現象。

（3）表8是C40混凝土的塌落度和擴展度數據。

試驗結果表明再生粗骨料部分或全部替代天然骨料時，混凝土的初始塌落度變化不明顯，60min塌落度損失影響不大；再生粗骨料部分替代天然骨料量大于60%時，120min塌落度損失明顯增大。再生粗骨料替代天然骨料使混凝土初始擴展度減小，再生骨料替代量的影響規律不明顯，60min擴展度減小與天然粗骨料混凝土相比變化不明顯，除C40-6和C40-8兩組試驗外，120min的擴展度減小量與天然粗骨料混凝土相當。

3.3.2 再生骨料對混凝土物理力學性能的影響

用于力學性能試驗的混凝土試樣均為3.3.1節中進行再生骨料混凝土工作性試驗后直接成型的混凝土。試驗結果見表9、表10、表11。

從表9、表10、表11的試驗結果看，在配合比相同的條件下，使用再生骨料部分或全部替代天然粗骨料混凝土的各齡期強度均有提高。

3.4 小結

（1）再生骨料替代天然粗骨料量低于50%時，對混凝土工作性能不但沒有不良影響，反而卻對其流動性、保水性和和易性等還有所改善；再生骨料替代天然粗骨料量高于50%時，從表9、表10可見，除C30的混凝土中再生骨料摻量為50%的混凝土對坍落度損失有所增加外，再生骨料部分或全部替代天然粗骨料時對混凝土塌落度和擴展度不但沒有不良影響，部分配合比中還有所改善。C40的混凝土再生骨料替代天然粗骨料量低于50%時，再生骨料部分或全部替代天然粗骨料時對混凝土塌落度和擴展度不但沒有不良影響，同樣是部分配合比中還有所改善。

（2）對于再生骨料混凝土的物理力學性能來講，相同配合比條件下，再生粗骨料全部或部分替代天然粗骨料配制C20、C30、C40混凝土，與天然骨料混凝土相比，混凝土強度不僅沒有降低，相反還有一定程度的提高。

綜上所述，相同配合比條件下，采用再生骨料配制C20、C30、C40混凝土，混凝土的工作性能不但能夠滿足施工要求，也具有良好的力學性能，因此再生骨料配制符合質量要求的混凝土是可行的。另外在保持混凝土強度的基礎上，適當調整外加劑用量和用水量可以進一步改善混凝土的工作性能。

4 結束語

在現有試驗基礎上，我們還將繼續進行高標號、高性能再生骨料混凝土的試驗，并繼續進行混凝土耐久性試驗，同時進行微觀機理分析，為進一步擴大再生骨料的應用范圍和應用的穩定性奠定基礎。

作者簡介

王忠義，專科，助理工程師，主要從事水泥及膠凝材料質量檢驗及計量檢定工作。

許琳，本科，高級工程師，主要從事建筑材料的質量檢驗工作。