再生粗骨料混凝土最佳配合比設(shè)計(jì)研究

劉為平 周昕 時(shí)磊 刑逸凡

摘要：利用建筑垃圾所產(chǎn)生的廢棄混凝土為原料，生產(chǎn)建筑用再生粗骨料，通過(guò)對(duì)再生混凝土最佳配合比研究，進(jìn)而配制出能達(dá)到工程應(yīng)用的再生混凝土。本項(xiàng)目根據(jù)國(guó)內(nèi)外最新文獻(xiàn)資料，總結(jié)再生粗骨料在配制混凝土中的研究最新進(jìn)展，通過(guò)前期對(duì)再生粗骨料性能的相關(guān)研究，設(shè)計(jì)出再生混凝土初步配合比。通過(guò)調(diào)整再生粗骨料不同取代率配制再生混凝土并對(duì)其進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明再生混凝土初步配合比符合工程應(yīng)用強(qiáng)度要求，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：再生粗骨料;最佳配合比;可持續(xù)發(fā)展

引言

隨著我國(guó)建筑行業(yè)的快速發(fā)展，導(dǎo)致大量的廢舊混凝土建筑物被拆除，從而導(dǎo)致大量廢棄混凝土的產(chǎn)生。將廢棄混凝土塊經(jīng)過(guò)破碎、分級(jí)后，按一定的比例混合形成再生粗骨料，部分或全部代替天然粗骨料配制再生混凝土。再生混凝土技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)廢棄混凝土的有效回收利用，對(duì)于保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、發(fā)展生態(tài)建筑具有重要意義，通常被認(rèn)為是發(fā)展綠色生態(tài)混凝土的主要措施之一。本項(xiàng)目研究出的配合比應(yīng)用，能促進(jìn)建筑垃圾的再次回收利用，這不僅解決了環(huán)境保護(hù)的問(wèn)題，同時(shí)也促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)效益。

1. 再生粗骨料的定義

再生骨料是指將建筑物拆除、路面翻修、混凝土生產(chǎn)、工程施工或其他狀況下產(chǎn)生的廢混凝土塊，經(jīng)過(guò)破碎、清洗和分級(jí)等一系列加工后，按一定的比例相互配合，所得到的粒徑在40mm以下的骨料。其中尺寸大于5mm的顆粒為再生粗骨料，再生粗骨料一般棱角較多，且表而較粗糙。一般表面包裹有部分砂漿的石子，少部分為與砂漿完全脫離的石子，還有很少一部分顆粒為砂漿。再生粗骨料表面是否包裹著砂漿和包裹砂漿的多少等情況與原始混凝土的強(qiáng)度等級(jí)及集料種類有關(guān)。

2. 再生粗骨料加工：

再生粗骨料加工分為四步，廢料的選擇、混凝土的破碎、污染材料的清除（如瀝青、氧化物、土壤和粘土顆粒、玻璃、紙張，塑料等），與原生骨料混和。

3再生粗骨料的顆粒級(jí)配

將破碎好的粗骨料經(jīng)過(guò)清洗、曬干，初步篩分后，對(duì)其進(jìn)行顆粒級(jí)配的篩分實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)方法和步驟參考天然粗骨料顆粒級(jí)配實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，再生粗骨料并不滿足連續(xù)級(jí)配的要求，因此要將破碎后的骨料經(jīng)篩分后按粒徑大小不同比例與天然粗骨料進(jìn)行混合，才能得到滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的連續(xù)級(jí)配。

4.再生混凝土初步配合比設(shè)計(jì)及強(qiáng)度測(cè)試

本項(xiàng)目混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30、設(shè)計(jì)坍落度為30～50mm。表1所示編號(hào)1為不摻再生粗骨料的普通混凝土，為對(duì)照組，編號(hào)2是摻入20%再生粗骨料的再生混凝土，為實(shí)驗(yàn)組。

4.1再生混凝土配制原料及工具

粗骨料用加工、破碎、分級(jí)好的再生粗骨料，以不同比例和天然粗骨料混合。再生粗骨料原料來(lái)自周圍房屋拆除所遺棄的混凝土塊。細(xì)集料仍然采用天然砂，屬于中砂。水泥為32.5普通硅酸鹽水泥，拌合混凝土的水來(lái)自實(shí)驗(yàn)室自來(lái)水。

破碎廢棄混凝土塊工具為不同規(guī)格重量的錘子，破碎至與天然碎石粒徑大小相似為止，對(duì)于大塊的廢棄混凝土，采用電錘破碎。體積較小的混凝土由人工手動(dòng)砸碎，再使用不同粒徑的篩分工具過(guò)篩將粗骨料粒徑控制在5～35mm范圍內(nèi)。

4.2試件的制作及養(yǎng)護(hù)

試件拌合方式為人工攪拌，依次加入水泥、粗骨料、細(xì)骨料、預(yù)拌1min，再加水?dāng)嚢铦癜瑁辽倬鶆驍嚢?遍，時(shí)間不少于3min。然后將混凝土拌合物進(jìn)行坍落度測(cè)試其和易性。實(shí)驗(yàn)器材為臺(tái)秤、抹刀、拌鏟、坍落度筒、搗棒、鋼尺。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：兩組拌合物坍落度數(shù)值均符合規(guī)范。不加再生粗骨料的混凝土拌合物和易性好，表面平整，無(wú)氣孔，而摻入再生粗骨料的混凝土拌合物和易性一般，拌合物表面有較多氣孔。隨后再將混凝土拌合物分別鏟入100mm×100mm×100mm立方體試模，每次加料量保持基本相同，分3層用鐵棒依次插搗。之后將試模振動(dòng)到表面泛漿后，放入養(yǎng)護(hù)室中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

4.3再生混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)定及結(jié)果分析

抗壓試驗(yàn)采用萬(wàn)能壓力試驗(yàn)機(jī)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2中兩組試件所測(cè)得7d抗壓強(qiáng)度平均值相差不大。混凝土7d抗壓強(qiáng)度沒(méi)有強(qiáng)制要求，但本項(xiàng)目?jī)山M試件只達(dá)到了設(shè)計(jì)強(qiáng)度的54%左右。強(qiáng)度主要影響因素如下：養(yǎng)護(hù)條件和混凝土拌合方式及其他影響因素。影響再生混凝土抗壓強(qiáng)度因素有很多，因此混凝土的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)必須嚴(yán)格控制試驗(yàn)條件，只有在嚴(yán)格控制試驗(yàn)條件的前提下，所測(cè)定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)才有意義。

5.結(jié)語(yǔ)

我國(guó)每年有大量建筑物被拆除，而這些建筑物中存在的廢棄混凝土塊，如果能即時(shí)回收再利用，作為混凝土骨料生產(chǎn)再生混凝土并投入到工程實(shí)際中，減輕廢棄建筑垃圾對(duì)環(huán)境造成的污染，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展目的。本研究項(xiàng)目在混凝土配合比設(shè)計(jì)、拌合，養(yǎng)護(hù)等許多方面仍存在不足，今后實(shí)驗(yàn)研究將對(duì)再生混凝土配合比方法進(jìn)行更加全面系統(tǒng)的研究，不斷完善實(shí)驗(yàn)方案，以指導(dǎo)工程應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目

江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“再生粗骨料混凝土力學(xué)性能影響試驗(yàn)研究”（202114000003Y）;2020年度校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“再生粗骨料混凝土最佳配合比設(shè)計(jì)研究”（XJ2020010）

作者

劉為平（1990-），男，江西上饒人，江蘇開(kāi)放大學(xué)建筑工程系教師。