基于不同結構形式混凝土再生混合料強度分析

李慶偉 劉海濤 李麗霞

（1 河南省城鄉規劃設計研究總院股份有限公司；2 華北水利水電大學；3 鄭州一建集團有限公司）

0 引言

廢棄混凝土是城市建筑廢棄物的主要成分之一。城市建設中將建筑廢棄物隨意丟棄的現象普遍存在，垃圾圍城成為我國城市快速發展的通病，廢棄混凝土的再生利用和資源化處理迫在眉睫。

國內學者對混凝土再生骨料的研究主要集中在如下幾個方面[1-5]：混凝土作為再生骨料的分類、再生骨料分離破碎工藝、生產工藝流程；混凝土再生骨料基本性能，原始混凝土對再生骨料性能的影響，添加其他材料使再生骨料性能增強；再生骨料配合比方法、損傷原理及破壞特征；研究制定相關法律法規、配套經濟政策制度等鼓勵再生骨料應用。

與天然骨料相比，混凝土再生骨料具有表面孔隙多、密度小，吸水率高、強度低、壓碎值大等特點。受場地、設備、工藝及混凝土強度等級等因素影響，混凝土再生料難以有效地控制出料的粒徑，針片狀顆粒含量偏高，工程實際應用難度增加。

1 市政道路基層混合料結構分析

當基層材料的粗骨料壓密后的空隙體積小于細骨料和結合料的壓密體積時，粗骨料分散或者懸浮在連續、壓密后的細骨料和結合料之中，形成懸浮密實結構；當基層材料的粗骨料壓密后的空隙體積遠遠大于細骨料和結合料的壓密體積時，粗骨料骨架間的空隙部分不能完全被細骨料所填充，留有空隙，形成骨架空隙結構；當基層材料的粗骨料壓密后的空隙體積等于細骨料和結合料的壓密體積時，形成骨架密實結構。

從物理概念上講，懸浮密實、骨架空隙、骨架密實三種結構的形成取決于粗骨料的空隙體積與細骨料的壓密體積的相對關系（圖1）。

2 混凝土再生料實驗

目前，基于混合料骨料顆粒級配來定義路基混合料的結構形式并不明確[4-8]，本文借鑒《公路瀝青路面設計規范》（JTGD40－2006）中骨架密實型水泥穩定碎石的級配范圍（表1）近似估計懸浮密實、骨架空隙、骨架密實三種結構形式混合料的顆粒級配。基于混凝土再生料的基本特征和市場狀況，結合相關規范[6]要求來設計再生料級配（表2）。

混凝土再生料直接從鄭州西郊某料場取樣（圖2），再生料無側限抗壓試塊顆粒級配按骨架空隙、骨架密實、懸浮密實三種結構類型制作試塊（表2）。

表1 骨架密實型骨料顆粒級配范圍

表2 顆粒通過篩孔百分率

圖2 混凝土再生料（一元硬幣）

根據河南省工程建設標準《城鎮道路建筑垃圾再生骨料路面基層施工技術規范》（DBJ41/T166－2016），試驗所有試件為42.5 級普通硅酸鹽水泥含量按6%配制三組試件（9 個/組）。按照規范[6]中T0843－2009 規定利用靜壓法成型1：1 圓柱試件，試模標準尺寸：直徑*高=φ100mm×100mm，并按照T0845－2009 養生方法使試件在標準養護條件下濕養6d，在水中養護24h 后進行試驗（圖3）。

圖3 再生混合料試件

3 實驗結果分析

圖4、圖5、圖6 為不同結構形式混凝土再生混合料七天無側限抗壓強度柱狀圖（圖中S1～S9 為試塊編號1～9）。圖4 數值變化范圍從4.3～7.0MPa，強度離散性較大；圖5 數值變化范圍從6.0～7.3MPa，強度較高且離散性較小；圖6 數值變化范圍從4.1～7.2MPa，除S1試件強度偏高外，其他試件強度偏低且離散性較小。

圖4 骨架空隙結構七天無側限強度

圖5 骨架密實結構七天無側限強度

圖6 懸浮密實結構七天無側限強度

混凝土再生料三種結構形式都能滿足道路基層強度要求：骨架密實結構抗壓強度值最大，懸浮密實結構強度最低，骨架空隙結構介于二者之間。進一步可以說明混凝土再生料的骨架結構鑲嵌、咬合作用相對較為明顯，骨料壓碎值的影響相對較小。

4 結語

基于混凝土再生料的基本特征結合相關規范，設計懸浮密實、骨架空隙、骨架密實三種結構形式再生料的顆粒級配，采用6%重量的42.5 級水泥進行強度試驗。三種結構形式混合料七天強度均能滿足道路基層要求，其中以骨架密實結構抗壓強度最高，懸浮密實結構強度最低，骨架空隙結構介于二者之間。建議選用合適設備

加工混凝土廢棄物以生成骨架密實結構再生料。