秦志勇，范天奇，何鵬，劉江非，張瑞

（中建西部建設(shè)北方有限公司，陜西 西安 710116）

再生骨料在輕骨料混凝土中的應(yīng)用

秦志勇，范天奇，何鵬，劉江非，張瑞

（中建西部建設(shè)北方有限公司，陜西 西安 710116）

為了研究再生骨料在混凝土中的應(yīng)用，對(duì)摻有再生骨料的輕骨料混凝土進(jìn)行了配合比、強(qiáng)度、工作性能、宏觀力學(xué)性能指標(biāo)測(cè)試，并分析驗(yàn)證了再生骨料在輕骨料混凝土中應(yīng)用的可行性。結(jié)果表明，用陶砂、再生細(xì)砂細(xì)骨料的輕骨料混凝土，不僅滿足輕骨料混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)要求，而且與普通輕骨料混凝土相比，還具有較大的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)； LC7.5 輕骨料混凝土具有良好的坍落度、和易性、泵送性等宏觀力學(xué)性能；再生骨料型輕質(zhì)骨料混凝土可以大幅降低混凝土成本，有效解決建筑垃圾污染問(wèn)題，符合可持續(xù)發(fā)展要求。

再生骨料；輕骨料；混凝土；強(qiáng)度；應(yīng)用

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，資源日益緊缺和建筑垃圾污染等環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，政府也越來(lái)越重視能源節(jié)約和資源回收利用問(wèn)題，大力提倡和發(fā)展建筑垃圾的再利用[1-4]。廢棄混凝土作為城市的副產(chǎn)物之一，絕大多數(shù)被視為建筑垃圾棄置堆放，不僅占據(jù)了大面積的土地資源，而且造成了很嚴(yán)重的資源浪費(fèi)[5,6]。因此，再生混凝土技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展對(duì)資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)以及建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義。

輕骨料混凝土又名輕集料混凝土，是用輕粗骨料、輕細(xì)骨料、水泥、水及必要時(shí)加入的化學(xué)外加劑和礦物摻合料配制而成，并且在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下 28d 齡期的干表觀密度小于 1950kg/m3的混凝土。與普通混凝土相比，輕骨料混凝土不僅解決了普通混凝土自重大的缺點(diǎn)，而且改善了由于骨料多孔吸水的特性而引起的混凝土耐久性不足的問(wèn)題。目前，將其廢棄建筑垃圾用于制備再生粗骨料混凝土，利用再生骨料替代部分天然骨料，可以有效地消解建筑廢棄物，減少原生粗骨料的消耗，降低建筑物的建造成本，同時(shí)又可以循環(huán)再利用的方式解決建筑垃圾帶來(lái)的一系列環(huán)境問(wèn)題[7-11]。另外，再生骨料的在混凝土中的應(yīng)用符合“綠色建筑”的理念，以及建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，同時(shí)還顯著改善了混凝土的耐久性、耐火性、抗震性和抗裂性能。但是，有許多學(xué)者研究表明[12-15]，再生骨料的摻入，使得混凝土生產(chǎn)時(shí)用水量較大而流動(dòng)性較差，混凝土硬化后強(qiáng)度相對(duì)較低。另外，再生骨料型混凝土的抗凍性、抗?jié)B性、抗碳化以及抗腐蝕性較普通混凝土均相對(duì)較低。

本文將再生骨料應(yīng)用在輕骨料混凝土中，對(duì)再生骨料混凝土進(jìn)行配合比、強(qiáng)度、和易性、坍落度等力學(xué)性能指標(biāo)測(cè)試，并對(duì)再生骨料在輕骨料混凝土中應(yīng)用的可行性進(jìn)行分析驗(yàn)證。

1 原材料與配合比

1.1 原材料

試驗(yàn)過(guò)程中采用的水泥為冀東 P·O 42.5 水泥；粉煤灰為華能 Ⅱ 粉煤灰；外加劑為中建自產(chǎn)聚羧酸泵送劑；粗集料為廢棄的磚、陶瓷等的再生骨料，其部分性能見(jiàn)表 1～3；細(xì)集料為最大的粒徑不超過(guò) 25mm 的陶粒，見(jiàn)圖 3 ，其部分性能見(jiàn)表 3～4。

混凝土攪拌均勻后，根據(jù) GB/T 50080－2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中的試驗(yàn)規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)。進(jìn)行混凝土漿體的包裹性、流動(dòng)性、粘聚性、保水性的試驗(yàn)測(cè)定；混凝土抗壓強(qiáng)度的測(cè)定其試件尺寸為 150mm×150mm×150mm 的立方體試塊。

表1 再生骨料的性能指標(biāo)

表2 再生骨料的顆粒級(jí)配

表3 陶砂的性能指標(biāo)

表4 陶砂的顆粒級(jí)配

1.2 配合比設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)所采用的配合比設(shè)計(jì)如表 5。

表5 混凝土配合比設(shè)計(jì) k g/m3

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 工作性能分析

對(duì)以上所涉及的 3 種不同的配合比的含再生的新拌混凝土的工作性、力學(xué)強(qiáng)度等進(jìn)行對(duì)比分析，確定再生骨料混凝土的最佳配合比。

通過(guò)對(duì)配合比進(jìn)行調(diào)整，提高膠凝材料用量和用水量、砂率，目的在于改善黏聚性和流動(dòng)性，混凝土的狀態(tài)如圖 1～2 所示，2# 和 3# 為相應(yīng)的兩組試配配合比。

圖1 第一組新拌混凝土

由圖 1 可以看出，當(dāng)對(duì)水泥用量增加為 300kg，粉煤灰用量增加為 150kg，降低再生骨料的用量，并提高砂率。調(diào)整配合比后的混凝土的工作性能得到了明顯改善，實(shí)測(cè)坍落度為 240mm 擴(kuò)展度為 550mm，總體上來(lái)說(shuō)粘聚性和流動(dòng)性有了較大改善，但效果未達(dá)到預(yù)期，針對(duì)以上情況，繼續(xù)對(duì)配合比進(jìn)行調(diào)整。

圖2 第二組新拌混凝土

為了進(jìn)一步再生骨料混凝土的性能，再次對(duì)配合比進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，配合比 3# 中粉料總量、砂率、用水量均保持不變，調(diào)整外加劑組分，即在外加劑中引入黏度改性劑，更換特殊母液，來(lái)達(dá)到改善混凝土黏聚性的目的，拌合后的混凝土的狀態(tài)如圖 2 所示，坍落度260mm，擴(kuò)展度 590mm。由圖 2 可以看出，含再生骨料的新拌混凝土和易性得到了進(jìn)一步的改善，坍落度、擴(kuò)展度也可以很好的滿足泵送要求。

2.2 強(qiáng)度分析

針對(duì)以上兩組狀態(tài)較好的配比，進(jìn)行留樣，檢測(cè)其強(qiáng)度，結(jié)果如表 6 所示。

表6 再生骨料混凝土強(qiáng)度

通過(guò)上述表 6 可以看出，調(diào)整配合比后的混凝土的7d 和 28d 強(qiáng)度均明顯增大，且達(dá)到了 LC20 標(biāo)準(zhǔn)，即上述的配合比滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，比較理想。下一步在保證強(qiáng)度和工作性能的前提下，為提高經(jīng)濟(jì)性，對(duì)配合比進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

為了提高再生骨料在混凝土應(yīng)用中的最大經(jīng)濟(jì)性，對(duì)混凝土的配合比進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)配比主材成本分析，影響成本的主要原因?yàn)樗?、陶砂的用量，因此在保持粉料用量不變的情況下，通過(guò)調(diào)整水泥和粉煤灰在總體粉料用量所占的比例，提高粉煤灰占比，減少水泥用量，降低成本。另外，因?yàn)樘丈俺杀据^高，在整體主材成本占比較大，所以另一個(gè)降低成本的思路是在保證工作性能的前提下，降低陶砂的用量。調(diào)整后的配合比如表 7。

表7 L C 7.5 調(diào)整后配合比 k g/m3

對(duì)上述所調(diào)整后的配合比進(jìn)行試配分析，所得的試配結(jié)果見(jiàn)表 8～10 所示。

表8 第一組配合比驗(yàn)證 k g/m3

通過(guò)表 8 分析可得，4#、5# 試配后的結(jié)果并不理想，主要是因?yàn)榻档吞丈坝昧恳院螅w砂率無(wú)法滿足要求，包裹性較差，且因?yàn)樘岣叻勖夯矣昧恳院?，外加劑摻量過(guò)高，很容易出現(xiàn)泌灰的現(xiàn)象，在后期具體施工可能會(huì)帶來(lái)一定影響。

表9 第二組配合比驗(yàn)證

由表 9 分析可得，由于陶砂的級(jí)配過(guò)于單一且細(xì)度模數(shù)偏大，所以引入細(xì)砂，補(bǔ)充部分細(xì)顆粒，減小細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)的同時(shí)，還能減少陶砂用量和粉料用量，以達(dá)到降低成本的目的，但試配總體效果并不理想?；炷撂涠葦U(kuò)展度基本滿足要求，但整體狀態(tài)過(guò)于松散，黏聚性太差，包裹性不好，且表面粉煤灰泌灰依然比較嚴(yán)重，狀態(tài)并不理想，因此這兩個(gè)配合比的設(shè)計(jì)并不合理。

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，初步斷定要想保證有較好的黏聚性，總體粉料量應(yīng)不得低于 400kg，降低成本只能從降低陶砂用量下手，故引進(jìn)部分細(xì)砂替代部分陶砂，降低陶砂用量，達(dá)到降低成本目的，故從新調(diào)整配合比如表 10 所示，新拌混凝土見(jiàn)圖 3。

由表 10 可知，新配比提高了整體粉料用量，細(xì)砂搭配陶砂，在保證混凝土流動(dòng)性的前提下，適當(dāng)降低了用水量，坍落度 260mm，擴(kuò)展度 570mm。調(diào)整配比后的新拌混凝土狀態(tài)良好，黏聚性較之前有較大改觀，坍落度、擴(kuò)展度均滿足要求，實(shí)測(cè)容重 1730kg/m3，容重相較之前有所增加，但仍在控制范圍之內(nèi)，初步斷定泵送問(wèn)題不大，進(jìn)行了試塊留置監(jiān)測(cè)強(qiáng)度。

表10 第三組配合比驗(yàn)證

圖3 新配比下的新拌混凝土

2.3 經(jīng)濟(jì)性分析

對(duì)比不同粉料量的兩個(gè)配比，在成本上變化如表11～12 所示。此研究主要基于建筑垃圾的再回收利用，減輕環(huán)保壓力，減少頁(yè)巖陶粒的使用，降低能耗，呼應(yīng)政府資源綜合利用政策，另一方面能大幅度降低輕質(zhì)混凝土的成本，拉低建筑物造價(jià)。

表11 不同配合比成本計(jì)算表 k g/m3

經(jīng)過(guò)不斷的試配驗(yàn)證，最總確定兩個(gè)配合比為最佳配合比，具體配合比及其性能測(cè)試結(jié)果如表 12 所示。

表12 最佳配合比 k g/m3

2.4 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì) LC7.5 輕骨料混凝土進(jìn)行不斷的試配分析，在滿足強(qiáng)度、工作性以及泵送要求的條件下，具有最優(yōu) LC7.5 配合比，即為水泥用量 200kg，粉煤灰用量 1200kg，PC 摻量2.2kg；水用量 165kg，細(xì)砂用量150kg，陶砂用量 200kg，再生骨料用量 650kg。

（2）LC7.5 再生骨料輕骨料混凝土流動(dòng)性、保水性、黏聚性良好，坍落度擴(kuò)展度也能滿足性能要求。用細(xì)砂替代部分陶砂，可以大幅度降低了輕質(zhì)混凝土的成本，減少建筑物的造價(jià)。

（3）再生骨料輕質(zhì)混凝土技術(shù)能夠從根本上解決廢棄混凝土的出路問(wèn)題，屬于綠色產(chǎn)品，既能減輕廢棄混凝土對(duì)環(huán)境的污染，又能節(jié)約天然骨料資源，具有顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，符合可持續(xù)發(fā)展要求。

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［通訊地址］陜西省西安市未央?yún)^(qū)鳳城十二路首創(chuàng)國(guó)際城 2# 樓一單元 403 室（710000）

Application of recycled aggregate in lightweight aggregate concrete

Qin Zhiyong, Fan Tianqi, He Peng, Liu Jiangfei, Zhang Rui
(China Western Construction Group Co., Ltd In the North, Xi'an 710116)

In order to study the application of recycled aggregate in concrete, the macroscopic mechanical properties of recycled aggregate concrete were tested in terms of mix ratio, strength, workability and slump.And the feasibility of the application of recycled aggregate in lightweight aggregate concrete was veri fi ed. The results show that the sand and fi ne sand are mixed into lightweight aggregate concrete as fi ne aggregate, which can meet the strength and construction requirements, and has the best mix ratio LC7.5. LC7.5 lightweight aggregate concrete has good slump, workability, pumping and other macro-mechanical properties. recycled aggregate-like lightweight aggregate concrete can signi fi cantly reduce the cost of concrete, and can effectively solve the problem of construction waste pollution, meet the requirements of sustainable development.

recycled aggregate; lightweight aggregate; concrete; strength; application

秦志勇（1986—），男，工程師，從事混凝土技術(shù)管理與質(zhì)量管理工作。