關(guān)于再生骨料和人工砂混凝土強(qiáng)度特性的研究

劉天海

（廣東景泰混凝土公司，廣東 廣州 510540）

可持續(xù)發(fā)展的建筑材料，不是一個(gè)花哨的想法，現(xiàn)今階段是勢(shì)在必行的。全球每年混凝土共使用126億噸原材料，是世界上最大的自然資源使用的建筑材料。而當(dāng)建筑物使用后被拆除，用于修理或損壞時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生大量的固體廢料，目前，大部分固體廢料被用作泥土填埋。近年來，建筑和拆除廢料可回收的潛力大增，逐步引起建筑從業(yè)者的興趣，而相關(guān)政策的出臺(tái)，主要重點(diǎn)是鼓勵(lì)盡量再利用回收固體廢料，而不是用作填埋場(chǎng)處置。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)了一項(xiàng)試驗(yàn)方案，利用再生骨料、人工砂配制混凝土并成型試件，以測(cè)試其相關(guān)的強(qiáng)度指標(biāo)。所用材料如下：

1）常規(guī)材料 P.O 42.5R 水泥、天然河砂（4.75mm及以下），人工砂（4.75mm及以下，約含14%的石粉）和天然花崗巖 （20mm）、再生骨料（20mm、10mm）。

2）回收的骨料來自被拆除的停車場(chǎng)地面（混凝土碎塊），再經(jīng)實(shí)驗(yàn)室中破碎機(jī)破碎，然后進(jìn)行篩分，再混合制成的。

3）減水劑：華軒牌高效緩凝聚羧酸。

4）天然河砂、再生細(xì)骨料及人工砂的性能對(duì)比

①天然河砂：表觀密度2.75kg／L，堆積密度1.48kg／L，細(xì)度模數(shù)2.75，含水率2.83%，吸水率3.18%，過75μm篩的重量比為2.35%；

②再生細(xì)骨料：表觀密度2.29kg／L，堆積密度1.35kg／L，細(xì)度模數(shù)4.89，含水率3.18%，吸水率8.52%，過75μm篩的重量比為3.60%；

③人工砂：表觀密度2.89kg／L，堆積密度1.94kg／L，細(xì)度模數(shù)3.05，含水率2.80%，吸水率3.12%，過75μm篩的重量比為0。

2 骨料的性質(zhì)

再生混凝土骨料的特點(diǎn)是形狀不規(guī)則，因而配制混凝土?xí)r砂漿和骨料之間的粘結(jié)較好。再生粗骨料結(jié)構(gòu)主要取決于混凝土碎石的母料。骨料的性質(zhì)如數(shù)據(jù)分析。結(jié)果表明，再生細(xì)骨料較為粗糙，細(xì)度模數(shù)為4.89，不適合生產(chǎn)以砂漿和水泥漿數(shù)量較多的混凝土。與天然骨料相比，再生骨料的表觀密度小，吸水率高，其主要原因是骨料表面上粘有砂漿，并將具有更好的保水性，但比天然骨料更高的孔隙率。

天然骨料（20mm）、再生骨料（20mm）及再生骨料（10mm）的性能對(duì)比

1）天然骨料（20mm）：表觀密度2.86kg／L，堆積密度1.41kg／L，針狀含量34.82%，片狀含量14.7%，吸水率1.37%，沖擊值：16.22%，壓碎值21.67%；

2）再生骨料（20mm）：表觀密度2.58kg／L，堆積密度1.40kg／L，針狀含量26.25%，片狀含量7.15%，吸水率4.68%，沖擊值：16.88%，壓碎值26.8%；

3）再生骨料（10mm）：表觀密度2.59kg／L，堆積密度1.17kg／L，針狀含量24.0%，片狀含量6.9%，吸水率4.52%，沖擊值：11.15%，壓碎值29.8%。

3 按設(shè)計(jì)配比試驗(yàn)

C25混凝土配合比設(shè)計(jì)為28天設(shè)計(jì)強(qiáng)度為31.6Mpa，坍落度為75mm。設(shè)計(jì)的各種原材料使用如下：

各試驗(yàn)的混凝土性能指標(biāo)

1）試驗(yàn)1（水泥－320，天然砂－737.35，再生粗骨 料 20mm－741.74，10mm－494.46，水－189）／kg

坍落度：70mm，28天抗壓強(qiáng)度44.58Mpa，抗拉強(qiáng) 度 3.42Mpa， 抗 折 強(qiáng) 度 3.76Mpa， 容 重2709.64kg／m3；

2）試驗(yàn)2（水泥－325，人工砂－742.74，再生粗骨料20mm－1034.27，水－183.86）／kg

坍落度：70mm，28天抗壓強(qiáng)度33.05Mpa，抗拉強(qiáng) 度 3.41Mpa， 抗 折 強(qiáng) 度 3.32Mpa， 容 重2715.06kg／m3；

3）試驗(yàn)3（水泥－320，天然砂－791.76，再生粗 骨 料 20mm－629.38，10mm－419.6，水－236.36）／kg

坍落度：60mm，28天抗壓強(qiáng)度32.81Mpa，抗拉強(qiáng) 度 3.20Mpa， 抗 折 強(qiáng) 度 3.26Mpa， 容 重2632.1kg／m3；

4）試驗(yàn)4（水泥－325，人工砂－774.53，再生粗 骨 料，20mm－670.79，10mm－447.19，水－223.82）／kg

坍落度：70mm，28天抗壓強(qiáng)度32.93Mpa，抗拉強(qiáng) 度 3.09Mpa， 抗 折 強(qiáng) 度 3..08Mpa， 容 重2528.4kg／m3；

5）試驗(yàn)5（水泥－348.27，再生細(xì)骨料－655.35，再生粗骨料－1029.55，水－191.58）／kg

坍落度：70mm，28天抗壓強(qiáng)度19.38Mpa，抗拉強(qiáng) 度 3.12Mpa， 抗 折 強(qiáng) 度 2.76Mpa， 容 重2334.15kg／m3。

4 結(jié)果和討論

4.1 工作性能

如表3所述，所有試驗(yàn)的可工作性都是相同的。所有試驗(yàn)的水用量是不同的，特別使用了再生骨料的試驗(yàn)。使用減水劑可以有效地降低用水量和提高工作性能。

4.2 抗壓強(qiáng)度

混凝土設(shè)計(jì)和驗(yàn)收的重要方面是抗壓強(qiáng)度。表3顯示了各試驗(yàn)的抗壓強(qiáng)度值。與天然砂混合的抗壓強(qiáng)度高于與人工砂混合的抗壓強(qiáng)度。然而，試驗(yàn)2強(qiáng)度下降的原因是人工砂中存在石粉。為了達(dá)到31.6N／mm2的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，使用機(jī)制砂還需要更多的水泥。表3中的結(jié)果表明，百分百用再生粗骨料20mm和再生細(xì)骨料代替天然粗骨料和細(xì)骨料時(shí)不能滿足混凝土強(qiáng)度等級(jí)要求，抗壓強(qiáng)度比設(shè)計(jì)強(qiáng)度下降約6.12%。試驗(yàn)4的強(qiáng)度雖然比試驗(yàn)2的強(qiáng)度低，但比設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求增加3.82%。在混凝土中使用人工砂也需要更多的水，因?yàn)榇嬖谑酆驮偕橇系奈瘦^大。同時(shí)，人工砂的棱角更多，表面織構(gòu)更粗糙，這有助于再生骨料混凝土具有更好的黏結(jié)界面，從而提高抗壓強(qiáng)度。使用10mm和20mm骨料尺寸也有助于混凝土的強(qiáng)度，具有良好的粒徑級(jí)配，這為水泥黏結(jié)力提供了足夠的表面積。

4.3 抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度

使用天然粗骨料與人工砂的混凝土與天然骨料的混凝土抗拉強(qiáng)度相似。而再生骨料的混凝土的抗拉強(qiáng)度明顯降低。與試驗(yàn)1相比，試驗(yàn)2的抗拉強(qiáng)度降低了0.29%。試驗(yàn)3的抗拉強(qiáng)度比試驗(yàn)1降低了6.43%，比試驗(yàn)4降低了9.64。

根據(jù)相關(guān)的規(guī)定，混凝土的抗折強(qiáng)度

fCK為特征抗壓強(qiáng)度。

對(duì)于C25級(jí)混凝土，按方程1計(jì)算的抗折強(qiáng)度為3.5N／mm2。在上述試驗(yàn)1，即天然材料的抗折強(qiáng)度3.76N／mm2滿足要求。然而，試驗(yàn)2至試驗(yàn)5不符合要求，因此在設(shè)計(jì)抗彎構(gòu)件時(shí)必須小心。使用再生骨料的混凝土表現(xiàn)出更低的抗折強(qiáng)度，而使用人工砂和再生骨料的混凝土也表現(xiàn)出較低的抗折強(qiáng)度，存在下降17.97%的差異。在試驗(yàn)2和試驗(yàn)1的抗折強(qiáng)度中，有著11.80%的差異。因此，人工砂在混凝土本身的應(yīng)用中表明，抗折強(qiáng)度有所下降，這對(duì)混凝土配合比設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。

4.4 混凝土的容重

上述結(jié)果表明，與天然材料相比，所有再生骨料混凝土混合料的容重都較小。與天然骨料混凝土對(duì)比，再生骨料混凝土的密度降低為2.86%，使用人工砂和再生骨料混凝土的密度降低為6.89%。

5 結(jié)語(yǔ)

1）實(shí)驗(yàn)表明，所有再生骨料的吸水率和含水量都很大，而再生細(xì)骨料的吸水率和含水量更高。砂漿粘結(jié)強(qiáng)度弱、多孔、吸水率高是鋼筋混凝土抗壓強(qiáng)度降低的主要原因。

2）再生骨料的表觀密度較低，表明再生骨料混凝土比天然骨料混凝土輕。造成這種情況的主要原因是被拆除廢物中存在松散的糊狀物。

3）再生混凝土骨料的物理力學(xué)性能是決定混凝土強(qiáng)度特性的重要因素。再生混凝土骨料的性能受再生骨料的母源控制。

4）100%更換再生粗骨料的混凝土能滿足C25級(jí)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度為31.6N／mm2。使用河砂并用再生粗骨料100%取代天然骨料，抗壓強(qiáng)度提高3.82%。使用人工砂并用再生粗骨料100%取代天然骨料，抗壓強(qiáng)度提高4.20%。混合不同粒徑級(jí)配的骨料可以做出更經(jīng)濟(jì)和更高強(qiáng)度的混凝土。而無論使用河砂或人工砂，使用再生粗骨料可應(yīng)用于低強(qiáng)度級(jí)別的混凝土。由于河砂的稀缺性，在混凝土中使用人工砂是一種更優(yōu)的選擇。

5）使用再生骨料制成的混凝土的抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度略低，因此在使用再生骨料混凝土設(shè)計(jì)構(gòu)件時(shí)應(yīng)考慮抗拉強(qiáng)度的下降帶來的影響。