用于混凝土中的再生粗骨料優化試驗

丁麗芳，周亮

（河北建設集團股份有限公司，河北 保定 071051）

0 引言

混凝土行業傳統的發展模式很大程度上是以能源、資源的過度消耗和環境污染為代價的。資源和能源的消耗量巨大，環境問題日益突出，混凝土行業的可持續發展以及混凝土的清潔生產、廢棄混凝土的資源化再利用，越來越受到各級政府和行業有識之士的高度關注。本文再生粗骨料來源于硬化的廢棄混凝土，包括試驗室廢棄試塊、破碎路面以及工地廢棄樁頭，經過制砂機破碎、清洗、分離出的再生粗骨料。通過對再生原材料的優化和試驗研究，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題，最大程度上實現廢棄混凝土的循環利用。

1 原材料

（1）水泥：曲陽金隅 P·O42.5 水泥。

（2）粉煤灰：石家莊上安Ⅱ級粉煤灰。

（3）礦粉：保定乾華 S95 級礦粉。

（4）粗骨料：天然粗骨料選用保定滿城 5～25mm連續級配碎石，再生粗骨料為 5～10mm 和 10～20mm兩種粒徑，其各項性能指標如表 1 所示。

（5）細骨料：滿城Ⅱ區中砂，細度模數 2.7。

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

2 試驗結果及分析

2.1 再生粗骨料強化處理

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，為了改善其性能缺點，用密度為 1120g/L、含固量 5.2% 的廢料漿水浸泡24 小時，隨即將其平鋪篩分，待骨料表面干燥后進行后續試驗。具體處理后的再生粗骨料的各項性能如表 2所示。

表2 混合后的再生粗骨料性能對比

表1 粗骨料的性能指標

從表 2 可明顯看出，浸泡后再生粗骨料各項指標均有所改善。分析原因是因為廢料漿水中的微顆粒和未水化的水泥顆粒填充并粘結微裂紋，增大了骨料的密實性。

2.2 再生粗骨料雙優化處理

（1）確定兩種粒級再生粗骨料的最佳堆積密度

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

為了更直觀分析最佳堆積密度的變化趨勢，利用表3 數據制成折線圖 1。

表3 最佳堆積密度試驗結果

圖1 最佳堆積密度試驗結果

結合表 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了先增長再降低的趨勢，當取代率達為 40% 時，堆積密度達到最大值 1360kg/m3。因此 5～10mm 再生粗骨料的摻入比例為 40% 時，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，等質量取代天然粗骨料后混合粗骨料的總體積會增大，這樣會嚴重降低混凝土的可泵性，因此本次試驗采用再生粗骨料等體積取代天然粗骨料，經過反復試驗得出等體積時天然粗骨料和再生粗骨料的換算公式。通過試驗可得體積相同時天然粗骨料和再生粗骨料的質量對應值，具體數據如表 4 所示。

表4 體積相同時質量對應值數據

根據表 4 繪制體積相同時天然粗骨料和再生粗骨料質量對應曲線，如圖 2 所示。

由圖可清晰看出，體積相同時，天然骨料與再生骨料質量對應值基本呈線性趨勢，由此可生成質量線性公式：

圖2 相同體積時質量對應曲線

式中：Y——天然粗骨料質量，kg；

X——體積相同時再生粗骨料質量，kg。

（3）混合骨料的性能試驗

首先通過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，并通過質量篩分試驗，根據各篩的累計篩余量，評定該混合粗骨料是否符合 5～25mm 連續級配。具體篩分結果如表 5 所示（詳見第 5 頁）。

由表 5 可清晰看出：不同取代率混合粗骨料的累計篩余結果均滿足標準要求。隨著取代率的增加，公稱粒級中 26.5mm 和 20.0mm 兩個大粒級的石子所占比例都呈現出明顯減小的現象，16.0mm 粒級的石子所占比例前后變化不大，而 9.5mm 和 4.75mm 兩個小粒級的石子所占比例出現了明顯增大的現象。

3 結論

（1）混合再生粗骨料經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）再生粗骨料雙優化配置：通過最佳堆積密度試驗，將 5～10mm 和 10～20mm 兩種粒級的再生粗骨料以 4:6 的比例混合后等體積取代天然粗骨料，通過試驗得出相同體積時天然粗骨料和再生粗骨料的質量線性公式：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 以上的大粒級石子比例逐漸降低，10mm 以下小粒級石子逐漸增加，但其累計篩余量均滿足標準要求的 5～25mm 連續粒級。

表5 試驗結果

寧夏（建筑材料工業技術情報研究所，高工）

目前我國建筑廢棄物產量巨大，同時天然砂石資源緊缺，再生骨料是實現建筑廢棄物資源化利用的有效途徑，也是對天然骨料的一個有效補充。

由于受取材及生產工藝影響，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致其強度降低外，在生產過程中，由于受到機械切割破碎和震蕩作用，骨料表面微裂紋增多，也會降低其強度，因此再生骨料品質低于天然骨料。

目前解決的方式，一種是通過機械研磨或加熱研磨等物理方法對破碎后的骨料進行處理，去除表面砂漿，達到強化骨料的目的。該種方法能耗高，且會對骨料基體結構造成破壞。另一種是使用化學漿液對再生骨料進行浸漬、淋洗、干燥等處理，填充再生骨料表面微裂紋，達到骨料強化的目的。該方法工藝復雜、操作繁瑣，而且也只是提高了骨料基體強度或降低了再生骨料的吸水率，并沒有解決其它問題。就國內目前的生產工藝水平來說，對再生骨料強化處理，會增加能耗或成本，使得再生骨料的價格高于天然砂石，更不利于其應用。

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。將再生骨料作為無機混合材用于路基填充料，對再生骨料的品質要求不高，屬于再生骨料的低等級應用，該應用技術在我國已成熟，并且是再生骨料應用量最大的一種方式。將再生骨料制成建筑用磚和磚塊，對再生骨料的技術要求較低，屬于其中級應用。將再生骨料用于生產再生骨料混凝土，用于建筑結構構件，屬于再生骨料的高級應用，對再生骨料的品質要求較高。

國外先進國家，如日本，再生骨料生產工藝先進，能夠實現原骨料與漿體基本分離，使得再生骨料（H 等級）的性能接近天然骨料。我國地大物博、資源豐富，雖然現在天然砂石資源緊缺，從客觀上講目前還不會有廠家會消耗大量的能源同時增加成本將再生骨料做到與日本相近的處理水平。就目前來看將再生骨料應用于道路等非結構性部位，是最經濟的方法，而且就目前我國的建設量來看，其應用量也十分巨大，能夠有效消納建筑廢棄物，同時節省天然砂石。

但是長期來看，天然資源會慢慢枯竭，總有一天天然砂石匱乏到不能再滿足混凝土的生產，需要替代產品。因此我國的再生骨料生產應用技術水平仍需提高。提高方法可以是改進生產處理設備，提高再生骨料本身品質，降低生產能耗；也可以是在現有技術條件下，通過配合比設計或施工方法彌補再生骨料混凝土在性能方面的不足，使其得到更好地應用。再生骨料技術的提高對更廣泛地應用和降低再生骨料成本都有益處。