再生粗骨料混凝土性能分析

邱茂生，周漢章

（1. 廣州臨海混凝土有限公司，廣東 廣州 511466；2. 長沙益友建筑科技有限公司，湖南 長沙 523820）

0 前言

隨著我國城鄉經濟的高速發展，每天我們在城市的每一個角落都可以隨處看到一些舊房舊樓在拆除重建，建筑在更新換代拆除中必定會產生大量的建筑垃圾。在中國每年就會產生超過 4 億噸的廢棄混凝土，如此龐大數量的建筑垃圾往往被運輸到郊區、山區堆放或者填埋，這樣一來就占用了大量的寶貴土地，堆放或填埋也沒有有效地解決建筑垃圾問題，而且還會堵塞河道污染土壤和地下水。如果能將建筑物拆除過程中產生的廢棄混凝土塊就地回收，經過破碎、除雜、分級、清洗后作為混凝土再生骨料，生產再生混凝土用到新建筑物上，這樣不僅可以省掉廢混凝土塊的清理和運輸費用[1]，并且可以保護環境和土地。目前建筑垃圾與日俱增，很多地方都出現了“垃圾圍城”的狀況，再生混凝土技術可以將廢舊混凝土變為粗骨料來代替天然骨料，變廢為寶，具有節約資源、不破壞環境、可持續發展等優點，既節約環境又具有很好的經濟效益和環保效益。[2]

1 再生骨料的定義

再生骨料英文為 Recycled Aggregate 簡稱為 RA，顧名思義是指利用廢棄混凝土破碎加工而成的再生骨料，一般將固體廢棄混凝土經過破碎、清洗和篩分分級且按一定比例相互配合后到的骨料稱為“再生骨料”，再生骨料按破碎粒徑的大小分為“再生粗骨料”（尺寸大于4.75mm）和“再生細骨料”（尺寸 0.16～4.75mm）。而把利用再生骨料作為部分或全部骨料配制的混凝土叫“再生骨料混凝土”，也可簡稱為“再生混凝土”。[3]

再生骨料中的天然骨料表面附著了硬化水泥砂漿，導致再生骨料的吸水率高、密度小、耐磨性差、壓碎值大，加上再生骨料在破碎的過程中出現裂紋是不可避免的，因此再生骨料的性質往往弱于天然骨料。再生混凝土的強度和耐久性受到再生骨料替代率、再生混凝土水膠比、再生骨料品質等因素的影響。

2 再生粗骨料混凝土試驗原材料數據

（1）水泥，光大 P·O42.5R 水泥，水泥化學成分與礦物組成見表 1，物理性能見表 2。

（2）河砂，北江Ⅱ區中砂，細度模數 2.6，含泥量為 0（水洗處理）。

（3）天然石，清遠石廠，5～25mm 連續級配，壓碎指標 12%，含泥量為 0（水洗處理）。

（4）再生骨料，瑞龍礦山破碎， 5～25mm 級配，表觀密度 2420kg/m3，堆積密度 1.023kg/m3，壓碎指標16%，空隙率 42%。

（5）粉煤灰，河源電廠Ⅱ級粉煤灰，細度 24%，需水量比 103%，燒失量 7%，三氧化硫 2.1%。

（6）礦渣粉，蓮花山 S95，密度 2.8g/cm3，比表面積 395m2/kg，活性指數 7天 85%，28 天 105%，玻璃體含量 74%，放射性合格。

表1 水泥熟料化學成分與礦物組成 %

表2 水泥物理學性能

（7）外加劑，東莞洛美建材 LM-S2 聚羧酸高效減水劑，減水率大于 25%，含固量 20%

（8）水，自來水，符合飲用水標準。

天然骨料與再生骨料吸水試驗數據見表 3。

表3 天然骨料與再生粗骨料吸水試驗數據

3 再生粗骨料混凝土試驗

（1）C30 再生骨料混凝土配合比設計見表 4。

（2）C30 再生粗骨料混凝土性能見表 5。

4 試驗數據分析

從表 3 天然骨料與再生骨料吸水試驗可以看出，再生粗骨料 1min 的吸水率比天然骨料高 5.6 倍，15min后天然骨料吸水緩慢而再生骨料 15min 后吸水又翻了兩倍，半小時到 24h 區間天然骨料的吸水率趨于緩和沒有太大變化，而再生骨料半小時到 12h 吸水率增加了2.195%，12h 過后吸水率達到飽和狀態。從天然骨料和再生粗骨料吸水率試驗可以直觀發現兩者在不同時間段的吸水率區別，為配制再生骨料混凝土提供了用水量和坍損指導依據。

表4 C30 再生粗骨料混凝土配合比 kg/m3

表5 為 C30 再生粗骨料不同取代率試配，第一組為基準試配外加劑摻量 2.0%，混凝土出機和易性、流動性好，初始坍落度/擴展度 225mm/550mm，2h 經時坍損小，保坍效果好，7d 抗壓強度達到 84%，28d 抗壓強度達到 123%。第二組為再生粗骨料取代率 20%，初始外加劑摻量 2.2% 攪拌后料比較粘稠，摻量摻到 2.4% 后和易性、流動性好，初始坍落度/擴展度為210mm/530mm，容重 2360kg/m3，保坍效果良好，7d強度 83%、28d 強度 121%，與第一組綜合性能差別不大。

第三組為再生粗骨料取代率為 30%，初始外加劑摻量為 2.4%，攪拌 1min 后水和外加劑被完全吸附掉，外加 5kg 水和外加劑摻量摻到 2.8% 后，料出機狀態好，初始坍落度/擴展度 225mm/530mm，容重2355kg/m3，保坍效果良好，7d 和 28d 強度達到 75%和 116%，強度略低于第二組。第四組再生粗骨料取代率為 40%，外加劑摻量 2.6%，混凝土狀態打不出來，外加劑摻到 3.2%，外加 8kg 水后混凝土出機狀態良好，初始坍落度/擴展度為 230mm/550mm，半小時后為180mm/420mm，坍損比較明顯，2h 后坍落度/擴展度為150mm/310mm，坍損大，容重也只有 2325 kg/m3，7d和 28d 強度達到 64% 和 103%，強度下降明顯。

表5 再生粗骨料混凝土性能

第五組再生粗骨料取代率為 50%，外加劑摻量3.8%，外加 10kg 水才能打出工作狀態，初始坍落度擴展為 225mm/540mm，容重 2310 kg/m3，半小時坍損明顯，坍落度/擴展度為 140mm/310mm，已經沒有工作性能，7d 和 28d 強度 44% 和 81%，強度明顯下降。第六、七、八組再生粗骨料取代率分別為 60%、70%、80%，外加劑摻量分別是 4.8%、5.8%、6.8%，并且需要分別外加 10kg 以上的水才能打出施工性能，但是半小時后水和外加劑會被完全吸附掉，導致半小時后坍損很大，達不到基本施工要求，因為加了過量的水和外加劑都導致容重變輕，7d 和 28d 強度也異常低。

九、十組再生粗骨料取代率為 90%、100%，外加劑摻量 7.2%、8.0%，外加 35kg 和 40kg 水才能打出狀態，初始坍落度/擴展度為 170mm/390mm、180mm/390mm，且半小時不到坍損大，失去工作性能，7d、28d 強度異常低。

5 SEM 電子顯微鏡結構分析

圖1～4 分別為摻再生骨料 0%、30%、50% 和 70%的混凝土電子顯微鏡結構圖像。

圖1 全天然砂

圖 2 30% 再生骨料

圖3 50% 再生骨料

圖 4 70% 再生骨料

再生混凝土是一種公認的多相復合體，包括：骨料、砂漿基體、界面過渡區。經 SEM 觀察，圖 1 基準配方和圖 2 摻 30% 再生粗骨料配方骨料與砂漿基體均有較好的微觀形貌，骨料中晶體呈層狀緊密排列，沒有裂縫和孔洞的存在，而遠離界面的砂漿基體中水化產物種類豐富較為緊密。

而圖 3 和圖 4 摻 50%、70% 再生粗骨料配方，骨料和漿體界面結合比漿體和漿體界面結合處存在更多的微細裂縫，界面連接主要以片狀水化產物垂直連接，界面結合處水化產物較為疏松，界面連接密實程度比漿體和漿體界面連接要弱。再生骨料與膠凝材料之間的界面粘接強度不高，水化產物較少，在骨料表面生成大量的水化產物。[4]

微裂縫極易從骨料與水泥砂漿界面產生，并向水泥基體生長和擴展，離子遷移和溶液滲透也最容易將該區域作為快速通道，同時界面處的裂縫不斷延伸和擴展最后導致再生混凝土的破壞，故相對于再生骨料和水泥砂漿基體本身來說，這些界面和界面過渡區被認為是再生混凝土最薄弱的環節。[4]

6 總結

再生粗骨料取代率不超過 30% 的再生骨料混凝土工作性能與天然骨料基準混凝土差別不大，當再生骨料取代率超過 30% 時，再生混凝土外加劑摻量和用水量大幅度提高而且坍損大、強度低，故再生骨料的最佳取代率約為 30%。盡最大能力合理科學使用再生骨料不僅起到了節約資源和保護環境的作用，而且對于社會經濟發展的可持續性提供了幫助。