李 飛

（安徽省安慶市公路工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，安徽安慶246000）

0 前言

近20 a來，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和交通事業(yè)的發(fā)展，水泥混凝土路面發(fā)展很快（包括公路、城市道路及機(jī)場(chǎng)建設(shè)），不同類型以及不同等級(jí)的水泥混凝土路面相繼出現(xiàn)并逐漸增多。但由于其直接承受了過繁重的交通量、過大的輪載，以及氣候條件的作用，使得水泥混凝土路面的破壞現(xiàn)象日益嚴(yán)重。在舊水泥混凝土路面改建、擴(kuò)建和養(yǎng)護(hù)維修時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的破碎廢料，若將其拋棄不僅需要大量的堆放場(chǎng)地，而且會(huì)造成環(huán)境污染；同時(shí)由于普通修補(bǔ)混凝土的強(qiáng)度發(fā)展較慢，勢(shì)必大大降低道路的交通流量，造成相關(guān)的經(jīng)濟(jì)損失。因此，若將廢舊水泥混凝土塊破碎成再生骨料，用以部分或全部代替混凝土中的砂石，并配制成快修型或早強(qiáng)型的再生混凝土，不但能從根本上解決廢棄混凝土的處置問題，而且能盡快地恢復(fù)道路交通，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

本文采用機(jī)械破碎法，將在某水泥混凝土路面修補(bǔ)時(shí)所收集的廢棄混凝土破碎成一定粒級(jí)的再生骨料，選用三種外加劑分別進(jìn)行了普通型（天然骨料）、再生早強(qiáng)型（再生骨料）和再生快修型（再生骨料）三種路面修補(bǔ)混凝土的配制試驗(yàn)，測(cè)試了三種混凝土在不同齡期的力學(xué)性能和耐久性。

1 試驗(yàn)原材料

水泥：32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥；細(xì)骨料：普通河砂，細(xì)度模數(shù)為2.6；粗骨料：5～20 mm的瓜子片，20～40 mm的石灰?guī)r碎石，以及20～40 mm的再生碎石，其性能見表1和表2所列；外加劑：高效減水劑（AT），早強(qiáng)型復(fù)合外加劑（ZQ），快修型復(fù)合外加劑（KX）；水：自來水。

表1 石灰石和再生碎石的基本物理性能匯總表

表2 粗骨料的累計(jì)篩余百分率匯總表（單位：%）

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及配合比

由于再生骨料在破碎中存在微裂縫，顆粒中包含水泥砂漿，因而與天然骨料相比，具有孔隙率高，吸水性大、強(qiáng)度等級(jí)低等缺點(diǎn)，易導(dǎo)致再生混凝土的強(qiáng)度低、收縮大、抗凍性差等不良性能[1-4]。對(duì)再生骨料的試驗(yàn)分析表明，16 mm以上的顆粒中一般都含有石灰?guī)r石子，而16 mm以下的顆粒大多數(shù)為砂漿塊。為提高再生修補(bǔ)水泥混凝土的路用性能，該試驗(yàn)篩除再生混凝土碎石中16 mm以下的顆粒，再摻入瓜子片以制得級(jí)配良好、質(zhì)量合格的再生粗骨料。試驗(yàn)中，再生早強(qiáng)型和快修型混凝土的粗骨料由20%的瓜子片和80%的再生骨料摻配而成，而與之對(duì)比的普通型修補(bǔ)混凝土的粗骨料由20%的瓜子片和80%的石灰?guī)r碎石摻配而成。

對(duì)水泥混凝土路面的修補(bǔ)，不但要配制出滿足路用性能要求的高質(zhì)量混凝土，而且還要求有足夠的早期強(qiáng)度，以便及時(shí)開放交通。對(duì)大面積的修補(bǔ)要求7 d通車，而小面積的修補(bǔ)要求24 h通車。為此，該試驗(yàn)選用了早強(qiáng)型復(fù)合外加劑（ZQ）和快修型復(fù)合外加劑（KX）并用高效減水劑（AT）作對(duì)比，通過配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)，來改善與提高再生混凝土的力學(xué)性能和耐久性能，特別是早期強(qiáng)度。試驗(yàn)配合比參照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行，具體可見表3所列。

表3 路面修補(bǔ)混凝土的配合比匯總表（單位：kg/m3）

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 路面修補(bǔ)混凝土的物理力學(xué)性能

混凝土的物理性能試驗(yàn)按《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50080-2002）進(jìn)行；力學(xué)性能試驗(yàn)按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50081-2002）進(jìn)行，試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm的立方體和150 mm×150 mm×550 mm的長(zhǎng)方體。試驗(yàn)測(cè)試了新拌混凝土的坍落度和表觀密度，以及硬化混凝土的抗壓強(qiáng)度（如圖1所示）和抗折強(qiáng)度（如圖2所示），具體結(jié)果見表4所列。

由表4可知，再生混凝土的表觀密度要小于普通混凝土，這是由再生骨料的表觀密度小于天然骨料（石灰?guī)r）所致。由圖1可知，配制的再生快修型混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯高于再生早強(qiáng)型混凝土，而后者又明顯高于普通型混凝土。再生快修型混凝土的1 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到37.7 MPa，其3 d抗壓強(qiáng)度比普通型混凝土和早強(qiáng)型混凝土分別提高207.9%和91.8%；其28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到了64.3 MPa，屬于高強(qiáng)混凝土。由圖2可知，再生混凝土的抗折強(qiáng)度顯示了與抗壓強(qiáng)度類似的變化關(guān)系。再生快修型混凝土的1 d抗折強(qiáng)度達(dá)到了4.73 MPa，其3 d抗折強(qiáng)度比普通型的和早強(qiáng)型的混凝土分別提高170%和63.4%。按照《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD40-2002）的要求，重交通等級(jí)路面的混凝土的抗折強(qiáng)度應(yīng)大于5.0 MPa，由圖2可知該試驗(yàn)所配制的兩類再生混凝土可用于重交通等級(jí)的路面，且其力學(xué)性能大大超過了所配制的普通型混凝土。

該試驗(yàn)結(jié)果表明，再生快修型混凝土路面24 h即可通車，再生早強(qiáng)型混凝土路面7 d即可通車，而普通型混凝土路面一般要28 d才能開放交通。

3.2 路面修補(bǔ)混凝土的干縮性能

在低濕度的環(huán)境中，飽和水泥漿體中的水化硅酸鈣（C-S-H）凝膠體因毛細(xì)孔和凝膠孔中水分蒸發(fā)而引起的體積縮小的變形，稱為干燥收縮。路面混凝土的干縮變形是其裂縫產(chǎn)生的主要原因之一，直接關(guān)系到路面混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性、行車速度和舒適程度。通常，由于再生骨料的孔隙率和吸水率較大，當(dāng)其失水后將產(chǎn)生較大的干縮和徐變[5]，嚴(yán)重危害再生混凝土路面的性能。為了減小混凝土的干燥收縮，該試驗(yàn)選用的早強(qiáng)型和快修型復(fù)合外加劑中含有膨脹組分，要求混凝土成型后水養(yǎng)或保濕養(yǎng)護(hù)7 d。試驗(yàn)中首先測(cè)試了3種修補(bǔ)混凝土在水中養(yǎng)護(hù)3 d和7 d時(shí)的自由膨脹率，然后測(cè)試了其在恒溫恒濕室（溫度20±3℃，相對(duì)濕度 60%±5%）中養(yǎng)護(hù) 3 d、7 d、14 d、28 d、120 d和180 d時(shí)的干燥收縮，具體結(jié)果見圖3所示（橫坐標(biāo)中的“3”和“7”分別表示在水中養(yǎng)護(hù)3 d和7 d）。

由圖3可知，在該試驗(yàn)所用原材料和配合比下，快修型和早強(qiáng)型再生混凝土的膨脹率明顯大于普通型混凝土，而后期的干燥收縮率小于普通型混凝土，但是它們180 d后的收縮變形有接近的趨勢(shì)。再生混凝土和普通混凝土一樣，其收縮變形隨時(shí)間的增長(zhǎng)而增加，并且早期變化幅度較大，后期逐漸減小。因而在有限制條件的修補(bǔ)混凝土中，摻入膨脹型的復(fù)合外加劑，可利用混凝土早期的膨脹來補(bǔ)償后期的收縮，從而提高混凝土路面的抗裂性。

再生混凝土的干縮，其根本是由于水泥混凝土內(nèi)部水分的遷移和逸失而引起，機(jī)理應(yīng)相同于普通混凝土，即有毛細(xì)管張力學(xué)說、拆開應(yīng)力學(xué)說和凝膠顆粒表面自由能變化學(xué)說。為提高再生混凝土的抗干縮性能，可采用三類改善措施：一是選擇適當(dāng)?shù)脑牧?，?yōu)化混凝土配合比。二是采用限制收縮和補(bǔ)償收縮的方法，前者是通過摻用纖維（鋼纖維、聚丙烯纖維或混雜纖維）來實(shí)現(xiàn)，即利用纖維“二次增強(qiáng)筋”的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分散或內(nèi)耗收縮應(yīng)力，減少應(yīng)力集中；后者是通過摻用膨脹劑來實(shí)現(xiàn)，其膨脹驅(qū)動(dòng)力源于體積擴(kuò)張的化學(xué)反應(yīng)。三是采用摻加減縮劑（Shrinkage Reducing Agent，SRA）的方法，即通過摻用減縮劑，降低孔溶液的表面張力，從而降低毛細(xì)管收縮應(yīng)力。

表4 路面修補(bǔ)混凝土的物理力學(xué)性能匯總表

3.3 路面修補(bǔ)混凝土的抗凍性能

抗凍性能是混凝土耐久性能的一個(gè)重要指標(biāo)。特別是在寒冷地區(qū)，凍融循環(huán)作用往往是導(dǎo)致路面混凝土劣化的主要因素。該抗凍性試驗(yàn)參照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性試驗(yàn)方法》（GBJ82-85）進(jìn)行，采用慢凍法，測(cè)試了三種混凝土在凍融100次和200次前后的質(zhì)量損失和強(qiáng)度損失，具體結(jié)果見表5所列。

表5 路面修補(bǔ)混凝土的凍融試驗(yàn)結(jié)果匯總表

從表5可以看出，在凍融100次時(shí)，快修型再生混凝土的質(zhì)量和強(qiáng)度損失小于普通型混凝土，早強(qiáng)型再生混凝土的質(zhì)量和強(qiáng)度損失與普通型混凝土相近，但是在經(jīng)受200次凍融循環(huán)后，再生混凝土的強(qiáng)度損失率較普通混凝土大。不過，在未摻引氣劑的情況下，兩類再生混凝土都能滿足200次凍融循環(huán)的要求。按照美國(guó)學(xué)者T.C.Powers提出的膨脹壓和滲透壓理論[6]，吸水飽和混凝土在凍融過程中遭受的破壞力主要由兩部分組成：一是膨脹壓力，二是滲透壓力。當(dāng)混凝土受凍時(shí)，這兩種壓力會(huì)損傷混凝土內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，在經(jīng)過多次凍融循環(huán)后，損傷逐步積累不斷擴(kuò)大，發(fā)展成互相連通的大裂縫，使混凝土強(qiáng)度逐漸降低，直到完全喪失。

A.Gokce[7]等人的研究指出，相對(duì)于普通混凝土，再生混凝土的抗凍性主要取決于再生骨料表面附著的水泥砂漿的抗凍性。再生混凝土在經(jīng)受凍融循環(huán)作用時(shí)，由于受到冰晶壓力以及滲透壓力等的作用，首先易導(dǎo)致再生骨料表面附著的砂漿層的開裂破壞，并從這些破壞面逐步擴(kuò)展而使混凝土劣化。由于該試驗(yàn)再生混凝土所用的外加劑含有膨脹性組分，因而在很大程度上提高了其密實(shí)度，改善了孔結(jié)構(gòu)，有利于提高再生混凝土的抗凍性能。

4 結(jié)論

在該試驗(yàn)的研究條件下，通過普通型、再生早強(qiáng)型和再生快修型路用混凝土的配制試驗(yàn)和性能研究，得到以下幾點(diǎn)主要結(jié)論：

（1）依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，再生快修型混凝土路面24 h即可通車，再生早強(qiáng)型混凝土路面7 d即可通車，而普通型混凝土路面一般要28 d才能開放交通。

（2）將部分天然骨料和再生骨料相摻配，采用膨脹型高效外加劑，所配制的再生早強(qiáng)型和快修型混凝土可用于重交通等級(jí)的路面，兩者28 d抗折強(qiáng)度均在6.0 MPa以上。

（3）通過配合比的合理設(shè)計(jì)以及采用補(bǔ)償收縮技術(shù)，可提高再生混凝土的抗收縮性能，并能滿足200次凍融循環(huán)的要求。

（4）該試驗(yàn)研究已應(yīng)用于實(shí)際工程，效果良好，有助于推進(jìn)和拓展再生混凝土的開發(fā)利用。

[1]史巍，侯景鵬.再生混凝土技術(shù)及其配合比設(shè)計(jì)方法[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2001，28(8):18-20.

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[7]A.Gokce,S.Nagataki,T.Saeki,et al.Freezing and thawing resistance of air-entrained concrete incorporating recycled coarse aggregate:The role of air content in demolished concrete [J].Cement and Concrete Research,2004,34:799-806.