改建工程廢料作再生粗骨料制備再生混凝土的試驗(yàn)研究

陳賓

（德陽(yáng)國(guó)際鐵路物流港服務(wù)中心，四川 德陽(yáng) 618000）

0 引言

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)道路工程建設(shè)發(fā)展迅猛，全國(guó)公路總里程達(dá)501.25萬(wàn)km，其中相當(dāng)部分為水泥混凝土路面。隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程的加快，許多若干年前已建成的道路已無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前交通運(yùn)營(yíng)功能的需要，需進(jìn)行改擴(kuò)建，這類(lèi)工程會(huì)產(chǎn)生大量的建筑廢料。廢料的運(yùn)輸、堆放不僅消耗大量財(cái)力，還會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成危害[1]。同時(shí)，改擴(kuò)建工程又需要新的砂石材料，目前自然界中易于開(kāi)采應(yīng)用的天然石料儲(chǔ)量有限，短期而言屬于不可再生資源。如果能將道路改擴(kuò)建過(guò)程中產(chǎn)生的廢料作為骨料再次應(yīng)用在建設(shè)過(guò)程中，不僅節(jié)約大量成本，還可以減少對(duì)天然石料的開(kāi)采，具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的雙重效益[2-3]。

將建筑廢料經(jīng)清洗、篩分后得到的碎石稱(chēng)為再生粗骨料，以此部分或全部替代天然骨料所制備的混凝土稱(chēng)為再生混凝土。經(jīng)大量研究及實(shí)踐應(yīng)用證明，在骨料性能滿(mǎn)足規(guī)范要求及配合比設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)那闆r下，再生混凝土拌合物工作性能及硬化后混凝土力學(xué)性能及長(zhǎng)期耐久性能均能滿(mǎn)足要求[4]。本文將工程改造過(guò)程中產(chǎn)生的廢料作為再生粗骨料制備再生混凝土，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究該方法的可行性及再生混凝土的相關(guān)性能，從而達(dá)到工程廢料再生利用和降低成本、保護(hù)環(huán)境的目的。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

粗、細(xì)骨料：再生粗骨料為某城市公路改造過(guò)程中產(chǎn)生的廢料經(jīng)清理、篩分后得到，表觀密度為2238kg/m3，吸水率為4.34%，磨耗值為33.2%，壓碎值為30.1%。天然粗骨料表觀密度為2337kg/m3，吸水率為2.43%，磨耗值為13.79%，壓碎值為14.02%。細(xì)骨料為天然砂，細(xì)度模數(shù)2.81，為中砂。

膠凝材料為P·O 42.5R普通硅酸鹽水泥，拌和用水為市政飲用水。試驗(yàn)中強(qiáng)化處理再生粗骨料的漿液為自行配制，化學(xué)液體與水泥漿體的比例為1∶1，另添加30%的粉煤灰。

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)擬制備的再生混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，采用再生粗骨料粒徑為9～20mm，取代率為粗骨料總量的15%、25%、35%和45%，由于再生骨料的吸水性較大，在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)提高了水的摻量，具體配合比見(jiàn)表1所示。另外，對(duì)于拌合物流動(dòng)性與再生混凝土強(qiáng)度均比較理想的取代率，再對(duì)不同水灰比、不同水泥用量情況下的性能進(jìn)行研究。最后根據(jù)最佳方案進(jìn)行骨料的強(qiáng)化，探討化學(xué)強(qiáng)化對(duì)性能的提升效果。強(qiáng)度試驗(yàn)參照GB50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

表1 不同取代率再生混凝土配合比

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 不同替代率下再生混凝土力學(xué)性能

再生混凝土力學(xué)性能主要用3d、7d、28d抗壓強(qiáng)度及28d抗折強(qiáng)度進(jìn)行表征，采用28d折壓比表征柔韌性。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2、圖1所示。

圖1 不同取代率下再生混凝土抗壓強(qiáng)度變化情況

表2 不同取代率下再生混凝土力學(xué)性能

從表2可以看出，隨著再生骨料取代率的增大，拌合物流動(dòng)性逐漸降低，這是由于再生骨料在應(yīng)用和破碎過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一些裂縫，提高了骨料孔隙率，從而導(dǎo)致拌合時(shí)吸水率提升，使拌合物坍落度降低。從柔韌性角度來(lái)看，取代率為15%、45%時(shí)折壓比超過(guò)0.14，其中取代率為45%時(shí)柔韌性最好，折壓比達(dá)到0.1432。

從圖1可以看出，各取代率下再生混凝土在各時(shí)期抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律性不強(qiáng)，基本上和基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度保持一致，且都能達(dá)到甚至超過(guò)設(shè)計(jì)目標(biāo)強(qiáng)度，實(shí)測(cè)28d抗壓強(qiáng)度在40.16～42.66MPa之間。這是因?yàn)樵偕橇想m然棱角較多且在表面存在微裂紋，但同時(shí)粗糙的表面也增加了骨料與膠凝材料的摩擦力。另外，微裂紋的存在雖然降低了再生骨料本身的力學(xué)性能，但也在拌和時(shí)進(jìn)入了水泥漿增強(qiáng)了整體性，從而提高了混凝土強(qiáng)度[5]。

綜合拌合物流動(dòng)性及硬化后再生混凝土強(qiáng)度來(lái)看，25%取代率為最佳。并以此取代率研究不同水灰比及不同水泥摻量下再生混凝土的性能變化情況。

2.2 水灰比對(duì)再生混凝土力學(xué)性能的影響

在水泥等其它材料用量不變的前提下調(diào)整用水量，取水灰比分別為0.4、0.45、0.50和0.55制備再生混凝土進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3所示。

表3 不同水灰比對(duì)再生混凝土力學(xué)性能變化情況

從表3可以看出，隨著水灰比的增大、水的用量增多，拌合物坍落度逐漸增大，但強(qiáng)度有所降低。雖然再生骨料具有比較強(qiáng)的吸水性，但隨著用水量的增加也增強(qiáng)了拌合物流動(dòng)性，坍落度最高可達(dá)36mm，強(qiáng)度降低了3.34MPa。但從設(shè)計(jì)的目標(biāo)強(qiáng)度來(lái)看，依然高出了9.36MPa，完全滿(mǎn)足應(yīng)用的要求。綜合再生混凝土強(qiáng)度及拌合物坍落度，水灰比為0.5時(shí)可達(dá)到最優(yōu)。

2.3 水泥用量對(duì)再生混凝土力學(xué)性能的影響

在再生骨料取代率25%及0.5水灰比的條件下再生混凝土坍落度較好且有強(qiáng)度富余，從節(jié)約成本、降低造價(jià)的角度考慮，在取代率及水灰比不變的情況下將每方水泥用量370kg降低為350kg、330kg。通過(guò)強(qiáng)度試驗(yàn)研究不同水泥用量下再生混凝土拌合物流動(dòng)性及強(qiáng)度性能。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4所示。

表4 不同水灰比對(duì)再生混凝土力學(xué)性能變化情況

從表4可以看出，隨著水泥用量的降低，拌合物流動(dòng)性幾乎沒(méi)有變化，坍落度只相差1mm。可見(jiàn)，在此區(qū)間的水泥用量不會(huì)影響拌合物流動(dòng)性。另外，水泥用量的減少顯著地降低了再生混凝土的強(qiáng)度性能，28d抗壓強(qiáng)度降低3.94MPa，抗折強(qiáng)度降低0.32MPa，但依然能滿(mǎn)足規(guī)范要求。從經(jīng)濟(jì)性考慮，水泥用量為330kg時(shí)最佳。

2.4 化學(xué)強(qiáng)化對(duì)再生混凝土力學(xué)性能的影響

雖然以上研究成果表明將道路改造工程產(chǎn)生的廢料作為再生混凝土的再生骨料從力學(xué)性能等角度考慮是可行的，但由于再生骨料離散性較大，質(zhì)量控制上不容易做到統(tǒng)一性及均勻性。課題組將預(yù)先配制好的化學(xué)漿液均勻噴灑在再生骨料表面，放置晾干后制備再生混凝土。強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5所示。

表5 骨料化學(xué)強(qiáng)化后再生混凝土力學(xué)性能

從表5可以看出，再生骨料經(jīng)過(guò)化學(xué)強(qiáng)化處理后，拌合物流動(dòng)性有很大的提升，坍落度可達(dá)到85mm，較未強(qiáng)化坍落度提高了53mm，這是因?yàn)榻?jīng)過(guò)化學(xué)強(qiáng)化后的骨料表面粗糙程度降低，骨料棱角更為圓潤(rùn)，加大了流動(dòng)性。另外，經(jīng)過(guò)骨料強(qiáng)化后的再生混凝土強(qiáng)度進(jìn)一步提升，說(shuō)明化學(xué)強(qiáng)化還可提升骨料自身的強(qiáng)度。同時(shí)，可以預(yù)見(jiàn)的是，在封閉骨料表面裂縫后，混凝土耐久性能也能大幅度提升。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）在再生骨料15%、25%、35%和45%的取代率下，再生混凝土的強(qiáng)度性能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，綜合拌合物流動(dòng)性及硬化后再生混凝土強(qiáng)度來(lái)看，25%取代率為最佳。

（2）在不同水灰比下，再生混凝土強(qiáng)度性能完全滿(mǎn)足應(yīng)用的要求，綜合考量拌合物坍落度，水灰比為0.5時(shí)可達(dá)到最優(yōu)；隨著水泥用量的降低，拌合物流動(dòng)性變化不大但再生混凝土強(qiáng)度有所降低，從經(jīng)濟(jì)性考慮，水泥用量為330kg時(shí)為最佳。

（3）對(duì)再生骨料進(jìn)行化學(xué)強(qiáng)化后，再生混凝土強(qiáng)度及拌合物流動(dòng)性都能得到大幅度提升，從理論上講亦可提升再生混凝土的耐久性能。