再生塊體混凝土力學性能的影響因素及其改良研究

劉春暉

（佛山市順德區碧桂園物業發展有限公司，廣東佛山528000）

現階段，廢棄混凝土的處理比較簡易，一般以直接傾倒、填埋為主，另有少量廢棄混凝土可以作為路基填料使用。直接傾倒或者填埋的處理方式既占用了大量土地，運輸過程又消耗大量能源，況且轉運過程產生大量粉塵、碎屑等造成二次污染，對環境承載能力損害極大。在國家日益重視環境保護的今天，廢棄混凝土的回收利用將是大勢所趨，再生混凝土將被大力推廣使用。

1 再生骨料、再生塊體及再生塊體混凝土

1.1 再生骨料、再生塊體的定義

現在通常所稱的混凝土再生骨料是指再生粗骨料、再生細骨料兩種。其中，再生細骨料特征尺寸一般介于0.16～5 mm之間，再生粗骨料特征尺寸一般介于5～31.5 mm之間。再生塊體是塊體型廢棄混凝土，形狀類似于天然骨料，一般為不規則凸多面體，盡量減少針、片狀塊體，其特征尺寸明顯大于再生骨料，一般介于50～400 mm之間，以能方便放置為宜；節段型廢棄混凝土一般長約500mm以上，以回收過程和施工需要為準。

1.2 再生骨料、再生塊體的生產工藝

生產再生骨料所采用的廢棄混凝土來源各不相同，顧榮軍等將廢棄混凝土分為四類：第一類為無雜質的混凝土，如實驗室的混凝土試塊；第二類為不含鋼筋但含有其他雜質的混凝土，如路面整修產生的混凝土塊；第三類為含有鋼筋及雜質的混凝土，如建筑拆遷后的鋼筋混凝土；第四類為含有大量不易分離雜質的混凝土。該四類混凝土的破碎工藝各不相同，其中第四類混凝土由于生產過程較繁瑣，不建議使用。以上三類廢棄混凝土生產再生骨料的生產工藝一般包含破碎、磁性分選（清除廢鐵料）、雜物分選（清除木料、塑料等雜物）、振動篩分（清除5mm以下碎料）、沖洗等過程。

再生塊體是廢棄混凝土構件在破碎過程中產生的大尺度塊體（特征尺寸50～400mm之間），其生產工藝也包括破碎、篩分、凈化等過程，卻大大簡化。再生塊體生產工藝與再生骨料生產工藝最大的不同在于破碎的特征尺寸大，降低了破碎成小尺度骨料對能源的消耗，同時，篩分、凈化等過程相較生產再生骨料容易很多。生產再生塊體也不可避免會產生少量的特征尺寸很小的塊體，該特征尺寸很小的塊體可以作為再生骨料使用。

1.3 再生塊體混凝土

再生塊體混凝土是一種新型的廢棄混凝土處理方式，它的突出特點是簡單、經濟，不需要生產再生骨料所必須的復雜過程。再生塊體混凝土是新鮮混凝土與廢棄混凝土塊體的混合物，其中的廢棄混凝土塊體尺寸較大，明顯大于再生骨料混凝土中的再生粗骨料。在澆筑時，將新鮮的混凝土與大塊的廢棄混凝土塊體同時澆筑成新型的組合結構構件——再生混合構件。與再生骨料混凝土相比，再生塊體混凝土具有制作成本低的優勢，據吳波等調查，在破碎廢棄混凝土的過程中可以節約能耗40%～60%，制備混凝土時可以節約30%的水泥用量。發展再生塊體混凝土是廢棄混凝土循環利用的一條有效途徑。

2 廢棄混凝土塊體對再生塊體混凝土力學性能的影響

2.1 影響規律

通過再生塊體混凝土試件的抗壓、抗拉、抗彎試驗，研究了廢棄混凝土塊體強度和廢棄混凝土塊體取代率對再生塊體混凝土力學性能的影響。試驗表明，廢棄混凝土塊體和新混凝土的抗壓強度以及廢棄混凝土塊體的取代率是影響再生塊體混凝土抗壓強度的關鍵因素。

（1）當廢棄混凝土塊體的抗壓強度小于新混凝土的抗壓強度時，隨著再生塊體混凝土中廢棄混凝土塊體含量的增加，再生塊體混凝土整體的抗壓強度逐漸減小；當廢棄混凝土塊體的抗壓強度大于新混凝土的抗壓強度時，隨著廢棄混凝土塊體在再生塊體混凝土中含量的增加，再生塊體混凝土整體抗壓強度逐漸增大。

（2）無論廢棄混凝土塊體的抗壓強度與新混凝土的抗壓強度相比孰高孰低，再生塊體混凝土的抗拉強度、抗彎強度以及彈性模量都隨著廢棄混凝土塊體含量的增大而減小，峰值應變隨著廢棄混凝土塊體含量的增大而增大。

（3）再生塊體混凝土的應力——應變曲線，其上升段基本可以不考慮廢棄混凝土塊體含量的影響，但是其下降段隨著廢棄混凝土塊體含量的增大逐漸變得陡峭，說明隨著廢棄混凝土塊體含量的增加，再生塊體混凝土的延性呈現降低趨勢，廢棄混凝土塊體含量對應力——應變曲線的下降段影響比上升段更為明顯。

（4）通過掃面電鏡觀察，廢棄混凝土塊體與新混凝土界面是再生塊體混凝土中的薄弱環節，對再生塊體混凝土的力學性能有明顯的不利影響。

2.2 微觀機理

在再生塊體混凝土中，廢棄混凝土塊體與新混凝土之間的界面顯得更為重要，它與普通混凝土中的界面有著本質不同。因為廢棄混凝土塊體相比普通混凝土中的天然粗骨料具有更大的特征尺寸，使再生塊體混凝土中廢棄混凝土塊體與新混凝土之間的界面尺寸更大，大大超過了普通混凝土中天然粗骨料與砂漿之間的界面，況且廢棄混凝土塊體與新混凝土界面的分布更加集中，更易于裂縫的萌發和擴展。另外，廢棄混凝土塊體本身四周附著有大量相對松軟的砂漿，這也影響了廢棄混凝土塊體與新混凝土之間的粘結強度。

廢棄混凝土塊體表面具有微小的裂紋，這些裂紋可能是在廢棄混凝土由構件加工為塊體的破碎過程中產生的，遍布廢棄混凝土塊體的表面，在再生塊體混凝土的澆筑振搗過程中，這些微小裂紋可能會有新混凝土砂漿或水泥漿進入，對其起到一定程度的彌合，但是，其對再生塊體混凝土的整體力學性能也會有明顯影響，這是必然的。在普通混凝土中，天然粗骨料的尺寸相比試件本身的尺寸很小，在加載過程中粗骨料周圍的界面即使開裂以后，骨料與骨料之間仍具有顯著的嵌擠作用，這也保證了混凝土仍具有相當的強度，但是在再生塊體混凝土中，大尺寸廢棄混凝土塊體之間的嵌擠作用相對很弱，這也是再生塊體混凝土力學強度低于新混凝土的原因之一。

3 再生塊體混凝土力學強度的改良

為了改善再生塊體混凝土的強度，采用了二次振搗方式對再生塊體混凝土進行振搗，并將其試驗結果與采用普通振搗方式的試驗結果進行了比較，得到以下結論：

（1）采用二次振搗方式不同程度地提高了再生塊體混凝土的抗壓、抗拉、抗彎強度。

（2）采用二次振搗方式情況下，廢棄混凝土塊體的取代率對抗壓、抗拉、抗彎強度的提高影響較大，隨著廢棄混凝土塊體取代率的增加，抗壓、抗拉、抗彎強度的提高幅度逐漸增大。

（3）采用二次振搗方式情況下，廢棄混凝土塊體的抗壓強度對抗壓、抗拉、抗彎強度的改善幅度影響不大。

（4）再生塊體混凝土中，廢棄混凝土塊體與新混凝土界面是再生塊體混凝土的薄弱環節，采用二次振搗方式使該界面處的微觀結構更加密實，改善了再生塊體混凝土整體的力學強度。

4 結語

如何科學地利用建筑活動中產生的大量廢棄混凝土，是促進建筑業可持續發展、實現節能。減排戰略目標亟待解決的問題之一。再生塊體混凝土是廢棄混凝土循環利用的一條有效途徑，其可以將廢棄混凝土的回收利用從骨料層次提升1～2個數量級達到大尺度塊體或節段層次，避免了生產再生骨料所需的破碎、篩分、凈化等過程，更加節能、環保。本文著重考察了廢棄混凝土塊體強度、取代率等對再生塊體混凝土力學性能的影響規律，提出了可強化再生塊體混凝土力學強度的二次振搗方法，為工程引用奠定了基礎。