重慶地區再生粗集料的路用性能研究

鄭建華，彭 瀑，胡 明

［1.林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司，重慶 400000；2.重慶機電職業技術大學，重慶 400000］

0 引言

國內外學者分別對不同來源的再生集料的基本性能進行了大量試驗研究。由于再生粗集料因廢棄混凝土來源不同而具有較大的隨機性和變異性，主要由獨立成塊的和表面附著老水泥砂漿的天然粗集料組成。因其表面粗糙，棱角較多，導致再生粗集料與天然粗集料存在一定的差異。再生混凝土的性能與再生集料的性能密切相關[1]。在混凝土中，粗集料起骨架作用，應具備一定的強度、抗磨耗和抗沖擊性能要求。本文主要研究再生粗集料的物理力學性能，包括物理特性（密度、吸水率、針片狀顆粒含量）和力學特性（壓碎值、磨耗值、沖擊值），通過試驗研究再生粗集料在道路工程中應用的可行性。

1 重慶地區廢棄混凝土來源調查

全球混凝土產業每年需消耗數十億噸天然集料，與此同時，每年由于建筑物拆除、路面返修、混凝土生產、工程施工等原因又產生巨量的廢棄混凝土。根據對重慶地區的廢棄混凝土的調查，廢棄混凝土的來源如下。

1.1 可回收的廢棄混凝土

可回收的廢棄混凝土指性能較好、雜質含量較低的廢棄混凝土。

（1）達到使用年限或已老化的建筑物以及因市政工程動遷被拆除而產生的廢棄混凝土，這類廢棄混凝土的數量巨大。如我國20 世紀80—90 年代興建的水泥混凝土路面，現已到達使用年限，出現不同程度的病害，如斷板、唧泥、錯臺等，或者其他原因需要重建或改建時產生了大量的廢棄混凝土。比如，重慶市南岸區某段已損壞的水泥混凝土路面，經調查、檢驗，此路用混凝土不含鋼筋[2]。

隨著我國城市化進程快速發展，市政工程建設產生的廢棄混凝土數量越來越大。比如，重慶市巴南區某居民區因改建拆除產生的廢棄混凝土中含有鋼筋、木材等少量雜質。

（2）高等院校、科研單位、施工單位等實驗室里產生的廢棄混凝土試件。比如，重慶某高校建材實驗室試驗后產生的廢棄混凝土無雜質。

（3）混凝土生產單位產生不合格的混凝土。

1.2 不宜回收的廢棄混凝土

不宜回收的廢棄混凝土，指部分性能較差的、有害雜質含量較高、可能影響到新拌再生混凝土使用性能的廢棄混凝土。這類混凝土，根據使用環境和碳化程度等因素確定，不宜回收的廢棄混凝土主要來自于受重金屬或有機物污染的混凝土、輕集料混凝土或加氣混凝土、含有大量不易分離的瀝青等雜質的混凝土、醫院放射間等有特殊使用要求的混凝土等[3]。

1.3 廢棄混凝土分類

經過對重慶地區廢棄混凝土的來源調查，根據廢棄混凝土中所含雜質情況，對于不同使用環境的混凝土，大致可以分為4 類：不含雜質、不含鋼筋但含有其他雜質、含有鋼筋及其他雜質、含有大量不易分離的雜質。

2再生粗集料的物理特性研究

2.1 吸水率

本試驗依據《公路工程集料試驗規程》（JTG E42—2005）中關于粗集料吸水率的測試方法，選擇網籃法，測試再生粗集料和普通粗集料的24h 吸水率，并研究吸水率隨時間的變化，分別測試再生粗集料10min、30min、4h、24h 的吸水率，測試結果如表1 所示。分析得知：再生粗集料的吸水率高于天然粗集料，相差10 倍。再生粗集料30min 吸水率達到飽和時的82%，4h 吸水率已經達到飽和。再生粗集料中水泥砂漿含量較高，機械破碎造成損傷積累使再生集料內部存在大量微裂紋，再生粗集料孔隙率高，吸水率大，吸水速度快。再生粗集料的吸水率與廢棄混凝土的強度、組成及氣候條件、集料的粒徑等因素有關。再生混凝土配合比設計時，必須考慮再生粗集料吸水率大的特性[4]。

表1 再生粗集料吸水率試驗結果

2.2 密度

本試驗依據《公路工程集料試驗規程》（JTG E42—2005）中關于粗集料密度的測試方法，測試再生粗集料和普通粗集料的表觀密度、自然堆積密度、振實密度、空隙率等指標。測試結果分析得知：再生集料的堆積密度和表觀密度比天然集料的低，這是由于再生集料表面附著一定數量的水泥砂漿，且與廢棄混凝土的強度等級、配合比、使用時間、使用環境及地域等因素有關[5]。再生粗集料的密度降低，導致由其配制的再生混凝土的密度和彈性模量降低。

2.3 針片狀顆粒含量

本試驗依據《公路工程集料試驗規程》（JTG E42—2005）中關于針片狀顆粒含量的測試方法，選擇規準儀法，將再生粗集料與普通粗集料進行對比，測試結果如表2 所示。分析得知：再生粗集料中的針片狀顆粒含量比普通粗集料中的含量多，這與再生集料生產的破碎工藝以及再生粗集料的特性密切相關。

表2 再生粗集料針片狀顆粒含量試驗結果

3 再生粗集料的力學特性研究

3.1 壓碎值

壓碎值是指按規定的方法測得集料抵抗壓碎的能力，亦集料強度的相對指標，用以評價再生粗集料在道路工程中的適用性。一般認為，再生粗集料的壓碎指標還與基體混凝土的強度和加工破碎方法有關，并且基體混凝土的強度越高，再生集料的壓碎指標也越高；加工過程中水泥漿體和砂漿脫落越多，壓碎指標越小[6]。本試驗依據《公路工程集料試驗規程》（JTG E42—2005）中關于壓碎值的測試方法，將再生粗集料與普通粗集料按不同比例混合，測試結果如表3 所示。

表3 再生粗集料壓碎值試驗結果

由測試結果分析得知，再生粗集料的壓碎值明顯大于普通粗集料的壓碎值，這是因為再生粗集料表面附著老砂漿，且破碎過程中其內部產生較多的微裂縫，與普通粗集料相比，抵抗試驗機壓碎的能力大為降低。再生粗集料與普通粗集料混合后，再生粗集料所占粗集料總質量的比例越低，壓碎值越低，則抵抗壓碎的能力越強，反之亦然[7]。

3.2 磨耗值

洛杉磯磨耗值是指按規定的方法測得粗集料抵抗磨耗、撞擊的能力，以磨耗損失（%）表示，適用于評定路面抗滑表層所用集料抵抗車輪撞擊及磨耗的能力。本試驗依據《公路工程集料試驗規程》（JTG E42—2005）中關于洛杉磯磨耗值的測試方法，將再生粗集料與普通粗集料按不同比例混合，測試結果如表4 所示。分析得知：與普通粗集料相比，再生粗集料的洛杉磯磨耗損失較大，其抵抗車輪磨耗的能力較低[8]。這是因為再生粗集料表面附著老砂漿，且與其原生混凝土強度密切相關。再生粗集料與普通粗集料混合后，再生粗集料所占粗集料總質量的比例越低，洛杉磯磨耗損失越低，則抵抗磨耗的能力越強，反之亦然。

表4 再生粗集料洛杉磯磨耗值試驗結果

3.3 沖擊值

沖擊值是指按規定的方法測得粗集料抗沖擊的能力，以擊碎后小于2.36mm 部分的質量百分率表示，用以評定路面用粗集料抵抗車輪荷載的沖擊作用。本試驗依據《公路工程集料試驗規程》（JTG E42—2005）中關于洛杉磯磨耗值的測試方法，將再生粗集料與普通粗集料按不同比例混合，測試結果如表5 所示。分析得知：與普通粗集料相比，再生粗集料的沖擊值較大，抵抗車輪荷載沖擊的能力較低[9]。再生粗集料與普通粗集料混合后，再生粗集料所占粗集料總質量的比例越低，沖擊值越低，則抵抗沖擊的能力越強，反之亦然。

表5 再生粗集料沖擊試驗結果

4 結論

本文研究了再生粗集料的路用性能，包括物理特性和力學特性，探討了再生粗集料在道路工程中應用的可行性。對于再生粗集料的物理特性，設計了與普通粗集料的對比試驗，分析了再生粗集料和普通粗集料在密度、吸水率、針片狀顆粒含量等方面的差異。對于再生粗集料的力學特性，將再生粗集料與普通粗集料按不同比例（前者：后者=10:0、7.5:2.5、5:5、2.5:7.5、0:10）混合，分別測試壓碎值、磨耗值、沖擊值等粗集料路用性能指標，并與現行規范的規定值比較，分析了這些組合在道路工程中的適用性，得到的主要結論如下。

（1）與普通粗集料相比，再生粗集料的吸水率較大，表觀密度較小，再生混凝土配合比設計時必須考慮再生粗集料的吸水特性和密度特性。吸水率和表觀密度往往以再生粗集料最重要的特性，作為對再生粗集料分級的重要指標。

（2）針對再生粗集料力學性能不如普通粗集料的特性，水泥混凝土路面工程中應用再生粗集料時，應合理控制磨耗值和沖擊值。

（3）當再生粗集料應用于道路工程中，建議對再生粗集料進行分級，分級指標包括表觀密度、吸水率、針片狀顆粒含量、壓碎值、磨耗值、沖擊值等。

注釋：

①公路規范：《公路水泥混凝土路面施工技術規范》（JTG F30—2003）、《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）。

②上海規范：上海工程建設規范《再生混凝土應用技術規程》（DG/TJ08-2018-2007）。