建筑垃圾再生骨料基本性能研究

何永全，王政，李樂繼

（1.重慶市環衛集團有限公司，重慶401121；2.重慶大學城市建設與環境工程學院，重慶400045）

隨著城市化、城鎮化建設步伐的推進，建筑行業不斷演化升級的建筑模式更新更替速度令人震驚。城市建設中建筑建造過程是一個“高資源、高能源”的消耗過程，其中水泥、石材、砂、鋁材和鋼筋等建筑材料消耗大量的能源和礦產資源[1]。伴隨著砂、石資源的過度開采，城市周邊天然的砂、石建筑材料瀕臨枯竭，對自然資源和環境產生了嚴重的破壞和影響。

2010年住房和城鄉建設部原副部長仇保興指出[2，3]，我國城市建設拆除的大量建筑其平均壽命只有25～30年，每年產生的建筑垃圾總量數以億噸計，建筑垃圾的產生量約占城市垃圾總量的30%～40%。如此巨量的建筑垃圾，處理處置不當會帶來土壤、水質和大氣等環境問題，危及人體健康，給經濟社會持續健康發展帶來不利影響[4]。鑒于此，為實現我國社會建設的可持續發展，開展建筑垃圾資源化利用的研究尤為必要。國內外關于建筑廢棄混凝土的資源化利用主要有3個層次[5]：（1）低級利用，如作為基礎回填材料和鋪墊路基；（2）中級利用，如用作道路的基層或建筑物基礎材料；（3）高級利用，如作為再生骨料（Recycled Aggregate）配制再生骨料混凝土（Recycled Aggregate Concrete）或磚，用在道路面層、建筑構件上或用于制造水泥等。文中開展建筑垃圾再生骨料基本性能試驗研究，對不同品質的再生骨料分層次資源化利用，以實現建筑垃圾廢棄混凝土的高水平高附加值應用。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料

建筑垃圾再生骨料取自重慶市益衛生態環保科技有限公司建筑棄料綜合利用場。建筑垃圾再生骨料是經顎式破碎和反擊破碎后篩分得到，其中再生混凝土骨料約占93.4%，碎磚塊骨料約占5.6%，木渣、玻璃、紙屑、塑料等雜質含量不足1%。

1.2 試驗方法

試驗再生骨料基本性能的分析測試采用《建設用卵石、碎石》（GB/T 14685—2011）中相關的試驗方法進行。

2 試驗結果和分析

2.1 再生粗骨料試驗結果

2.1.1 再生粗骨料的顆粒級配

試驗所用兩種單粒粒級為5～8 mm（短粒徑再生粗骨料，SRA）和8～20 mm（長粒徑再生粗骨料，LRA）的再生粗骨料，其顆粒級配試驗結果見表1?？梢钥闯?，LRA在邊長為9.5 mm方孔篩篩上骨料質量累計篩余百分率為79.9%，低于對應的篩余規定值，其余各部分以及SRA均滿足對應的規定范圍。表2為再生粗骨料LSRA的顆粒級配?？梢钥闯龈骷壚塾嫼Y余均良好符合對應的規定范圍。綜上分析，單粒級SRA和連續粒級LSRA均滿足《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177—2010）中對單粒粒級5～10 mm和連續粒級5～20 mm的再生粗骨料的顆粒級配規定。

表1 單粒級再生粗骨料LRA和SRA的顆粒級配

表2 再生粗骨料LSRA的顆粒級配

2.1.2 再生粗骨料的含水率和吸水率

再生粗骨料的含水率和吸水率試驗結果見表3?？梢钥闯觯琒RA和LRA兩種單粒級再生粗骨料的含水率分別為4.4%和5.7%，單粒粒級越大含水率越高。LRA和SRA按質量比1∶1混合得到的LSRA含水率為5.0%。

表3 再生粗骨料含水率

兩種單粒級的再生粗骨料SRA和LRA的24 h吸水率分別為7.3%和6.8%，LSRA的吸水率為7.0%，均滿足《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177—2010）再生粗骨料吸水率Ⅲ類（＜8%）要求。已有研究表明[6-8]：再生粗骨料表面包裹著硬化砂漿和雜質，這層砂漿和雜質使再生骨料表面比天然骨料表面更粗糙、棱角更多，而硬化砂漿和雜質的吸水率明顯高于天然粗骨料，導致再生粗骨料的吸水率高。SRA吸水率比LRA吸水率高的原因是SRA顆粒粒徑較小，比表面積大。

2.1.3 再生粗骨料的壓碎指標

再生粗骨料壓碎指標試驗結果見表4。再生粗骨料壓碎指標為18%，滿足《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177—2010）再生粗骨料壓碎指標Ⅱ類（＜20%）要求。再生粗骨料表面含有少量強度遠低于天然骨料的砂漿和破碎加工過程中造成的微裂紋等損傷，使得再生粗骨料孔隙率高、壓碎值增大[9]。

表4 再生粗骨料壓碎指標

2.1.4 再生粗骨料的針、片狀顆粒含量

經過試驗測得再生粗骨料針、片狀顆粒含量為11%（精確到1%），超過再生粗骨料的針、片狀顆粒含量規定，滿足建設用卵石、碎石中規定的針、片狀顆粒含量Ⅲ類（≤15%）要求，略高于Ⅱ類（≤10%）要求。

2.1.5 再生粗骨料的密度和空隙率

單粒級SRA和LRA的表觀密度分別為2 625 kg/m3和2600kg/m3，連續粒級LSRA的表觀密度為2615kg/m3，符合《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177—2010）再生粗骨料Ⅰ類（＞2 450 kg/m3）表觀密度要求。再生粗骨料表觀密度大于天然骨料，查閱大量文獻比對發現，主要原因是再生骨料表面包裹著一定數量的硬化砂漿。此外，也有研究表明[9-12]：產生這一結果還與再生骨料母體混凝土的強度等級、配比、使用時間、使用環境及地域等因素有關。

再生粗骨料SRA，LRA和LSRA的松散堆積空隙率均為55%，緊密堆積空隙率分別為49%，50%和50%，隨著再生骨料顆粒粒徑的減小,再生骨料的堆積空隙率略有降低。緊密堆積空隙率符合《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177—2010）再生粗骨料Ⅲ類（＜53%）空隙率要求，在Ⅱ類臨界規定值50%附近波動，松散堆積空隙率超過Ⅲ類（＜53%）空隙率要求。產生這一結果，主要是由于再生骨料的表面粗糙度和棱角效應[9]。

2.2 再生細骨料的基本性能

2.2.1 再生細骨料的顆粒級配

再生細骨料的顆粒級配的試驗結果見表5?？梢钥闯?，與《混凝土和砂漿用再生細骨料》（GB/T 25176—2010）規定再生細骨料的顆粒級配1，2，3級配區相比，4.75 mm和0.15 mm篩檔滿足級配區要求。2.36 mm篩檔不滿足任何一個級配區要求。其他孔徑篩篩上累計篩余分別符合再生細骨料1，2，3級配區某一個或兩個配區規定范圍，但均不能同時滿足3個配區規定范圍。

表5 再生細骨料顆粒級配

2.2.2 再生細骨料的含水率和飽和面干吸水率

再生細骨料含水率和飽和面干吸水率分別為3.4%和10.6%。相比于再生粗骨料含水率和吸水率，再生細骨料含水率明顯低于再生粗骨料，而前者飽和面干吸水率遠遠大于后者。主要原因是：再生細骨料與水接觸總表面積遠大于再生粗骨料，再生細骨料含有更多硬化砂漿和雜質，再生細骨料表面和內部有大量微裂紋，因此助長了再生細骨料的吸水率。

2.2.3 再生細骨料的壓碎指標

再生細骨料壓碎指標值為33%，超過《混凝土和砂漿用再生細骨料》（GB/T 25176—2010）再生細骨料壓碎指標Ⅲ類（＜30%）要求，力學性能差。原因是再生細骨料中含有大量強度很低的砂漿和泥土等雜質，加之再生細骨料表面和內部有大量微裂紋，因此降低了其力學性能。

2.2.4 再生細骨料的密度和空隙率

再生細骨料的表觀密度為2 610 kg/m3，符合《混凝土和砂漿用再生細骨料》（GB/T 25176—2010）再生細骨料Ⅰ類（＞2 450 kg/m3）表觀密度要求。再生細骨料的松散、緊密堆積密度分別為1210kg/m3和1360kg/m3，分別滿足《混凝土和砂漿用再生細骨料》（GB/T 25176—2010）再生細骨料Ⅲ類（＞1 200 kg/m3）和Ⅰ類（＞1 350 kg/m3）堆積密度規定。再生細骨料的松散、緊密堆積空隙率分別為54%和48%，分別超過再生細骨料Ⅲ類（＜52%）和Ⅱ類（＜48%）要求?！督ㄔO用砂》（GB/T 14684—2011）規定砂的松散堆積密度不小于1400kg/m3，空隙率不大于44%。再生細骨料松散堆積密度小于砂，空隙率遠大于砂，主要因為再生細骨料中含有硬化砂漿和泥土等雜質，而且再生細骨料表面有很多微裂紋。

3 結論

（1）建筑垃圾廢棄混凝土在解體和破碎生產再生骨料的過程中，造成再生骨料及骨料表面砂漿內部存在大量微裂紋，骨料表面粗糙，棱角較多，針片狀顆粒含量較多，且骨料表面包裹有或多或少的硬化砂漿。

（2）單粒級SRA和連續粒級LSRA均滿足再生粗骨料的顆粒級配規定，LRA在4.75mm，9.5mm方孔篩篩上骨料質量分計篩余和累計篩余值不夠理想。兩種單粒級再生粗骨料SRA，LRA和連續粒級LSRA在含水率、吸水率、壓碎指標、針片狀顆粒含量、表觀密度、堆積密度和空隙率基本性能上，均能較好滿足《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177—2010）相關規定。

（3）再生細骨料大多是廢棄混凝土破碎過程中骨料棱角或者損傷產生的，其表面和內部有大量微裂紋，且含有較多微粉、硬化砂漿和雜質等，致使再生細骨料顆粒性質、物理性質和力學性質差，不能較好滿足或滿足《混凝土和砂漿用再生細骨料》（GB/T 25176—2010）相關規定。

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