（東莞理工學院城市學院，廣東 東莞 523419）

一、前言

再生混凝土技術(shù)[1-2]是將廢棄混凝土經(jīng)過破碎、清洗、分級后，按一定的比例混合形成再生骨料，部分或全部代替天然骨料配制新混凝土的技術(shù)。全世界由于對再生骨料混凝土研究時間不是很長，中國由于特殊國情，對廢舊混凝土的研究起步相對較晚，但近年來我國政府對建筑垃圾的循環(huán)再利用高度重視。

東莞每年產(chǎn)生建筑垃圾300萬噸[3]。2012年調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，東莞地區(qū)部分拆遷公司年拆除量約150萬平方米，制造建筑垃圾超過100萬噸，每年產(chǎn)生建筑垃圾約300萬噸，給東莞的城市生態(tài)環(huán)境、市容衛(wèi)生管理以及交通運輸帶來了較大的壓力。同時，東莞又是一個建筑原材料資源匱乏的城市，建材生產(chǎn)行業(yè)所需的沙石以及工業(yè)廢渣等資源性產(chǎn)品日趨緊張并經(jīng)常發(fā)生短缺現(xiàn)象。

天然骨料混凝土的性能已經(jīng)十分明確，由于再生混凝土研究起步相對較晚[4-7]，因此對再生骨料進行研究對推動再生混凝土的工程應(yīng)用具有實用價值。本研究通過結(jié)合東莞建筑垃圾現(xiàn)狀，選取東莞建筑垃圾采用正交試驗在再生骨料取代率及附加用水量變化情況下開展再生混凝土與天然混凝土室內(nèi)對比試驗研究[8]，通過測定再生混凝土工作性能坍落度和力學性能（抗壓強度和劈拉強度），探索再生混凝土配合比的最優(yōu)骨料取代率及附加用水量，為實際工程中利用再生混凝土提供實踐參考和依據(jù)。

二、室內(nèi)試驗

（一）試驗方案設(shè)計

再生骨料是通過簡單破碎和篩分工藝制備的。再生骨料顆粒棱角多、表面粗糙、組分中還含有硬化水泥砂漿，再加上混凝土塊在破碎過程中因損傷累積在內(nèi)部造成大量微裂紋，導致再生骨料自身的孔隙率大、吸水率大、堆積密度小、空隙率大，因此再生骨料混凝土的用水量比普通的用水量多。配合比中，用水量過少，混凝土的和易性、流動性低、不利于攪拌和施工。用水量過多則混凝土的強度不足，易產(chǎn)生裂縫和破壞。

1.為了確定用水量，經(jīng)過初步試驗確定了以水灰比為0.43的C35混凝土為基準，在此基礎(chǔ)上用水量增加15%、20%、25%、30%的試驗對照組。

2.為尋求最適合的骨料組合充分發(fā)揮再生混凝土的力學性能，采用正交試驗組合形式設(shè)置了四組骨料組合：天然粗骨料+天然砂（采用代號A表示）；天然粗骨料+再生細骨料（采用代號B表示）；再生粗骨料+天然砂（采用代號C表示）；再生粗骨料+再生細骨料（采用代號D表示）。

依照《普通混凝土力學性能試驗方法》（GB/T50081—2002）規(guī)定，試驗制作150mm×150mm×150mm標準立方體試件，設(shè)計坍落度是10～30mm，嚴格按照試驗方法操作規(guī)程步驟制作好試件，拆模后在標準條件下養(yǎng)護28天，待測力學性能。

（二）試驗材料

1.水泥：試驗采用東莞市偉業(yè)水泥有限公司鴻馬牌復(fù)合硅酸鹽水泥，水泥技術(shù)性能指標如表1所示。

表1 水泥技術(shù)性能指標

2.水：采用一般的潔凈飲用水。

3.天然骨料：普通天然粗骨料用粒徑為10～30mm，細骨料用粒徑為0.15～4.75mm。

4.再生骨料：采用深圳市綠發(fā)鵬程環(huán)保科技有限公司提供的由廢棄建筑混凝土經(jīng)過簡單破碎處理和清洗粒徑為10～30mm的粗骨料、粒徑為0.15～4.75mm的細骨料。再生骨料顆粒均勻、品種齊全、自身透水性好、遇水不凍漲、不收縮、水穩(wěn)定性好。

（三）再生骨料特性

再生骨料是由廢棄混凝土制備的骨料，通過簡單破碎和篩分工藝制備的再生骨料顆粒棱角多、表面粗糙、組分中還含有硬化水泥砂漿，再加上混凝土塊在破碎過程中因損傷累積在內(nèi)部造成大量微裂紋，導致再生骨料自身的孔隙率大、吸水率大、堆積密度小、空隙率大、壓碎指標高[9]。對簡單破碎獲得的低品質(zhì)再生骨料進行強化處理，即通過改善骨料粒形和除去再生骨料表面所附著的硬化水泥石，提高骨料的性能：強化后的再生骨料不僅性能顯著提高，而且不同強度等級廢混凝土制備的再生骨料性能差異也較小，有利于再生骨料的質(zhì)量控制。

（四）再生骨料種類和粒徑選擇

再生骨料又分為卵石再生骨料和普通碎石再生骨料，在本實驗中選用的是普通碎石再生骨料，其中粗骨料是建筑廢棄混凝土通過簡單的破碎、篩選、清洗和強化處理的粒徑為10～30mm的再生粗骨料，細骨料的粒徑為0.15～4.75mm的再生細骨料。

三、試驗結(jié)果及分析

（一）試驗結(jié)果

基準混凝土坍落度10～30mm，制作邊長為150mm×150mm×150mm立方體試塊，通過測定其力學性能，基準混凝土與再生混凝土試驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 基準混凝土與再生混凝土試驗數(shù)據(jù)

（二）試驗分析

1.通過整理表2試驗數(shù)據(jù)，主要從“骨料取代率”“附加含水量”對混凝土“工作性能”“力學性能”的影響進行分析。

（1）骨料取代率對工作性能的影響

圖1 骨料取代率對工作性能的影響

從圖1可以看出，隨著用水量的增加，各比例再生骨料取代率的混凝土的工作性能隨之增大；骨料取代率為70%時再生混凝土在各附加用水量中比其余兩種再生混凝土工作性能度好，但當附加用水量達到30%時混凝土和易性差，出現(xiàn)離析。

（2）骨料取代率對抗壓強度的影響

圖2 骨料取代率對抗壓強度的影響

從圖2可看出，在附加用水量相同情況下，骨料取代率為70%再生混凝土抗壓強度比其余再生混凝土抗壓強度值均大；骨料取代率30%時，再生混凝土的抗壓強度呈現(xiàn)先降低，到附加用水量25%后抗壓強度開始提高，骨料取代率30%更大含水量的抗壓強度情況仍待進一步試驗研究；骨料取代率為70%再生混凝土強度在附加用水量15%～20%降低，在附加用水量20%后抗壓強度增大，25%后基本保持不變；骨料取代率為100%的再生混凝土抗壓強度隨著附加用水量的增加而增大到25%后抗壓強度降低。

（3）骨料取代率對劈拉強度的影響

圖3 骨料取代率對劈拉強度的影響

從圖3可以看出，骨料取代率為70%的再生混凝土比其余兩種取代率的再混凝土的劈裂強度都要大，并且是在附加用水量為25%時其劈裂強度出現(xiàn)最大值。

（4）附加含水量對工作性能的影響

圖4 附加含水量對工作性能的影響

從圖4可以看出，隨著用水量的增加，各再生骨料取代率的混凝土的工作性能隨之增大，且各附加含水量情況都在組合C骨料取代率70%的再生粗骨料中出現(xiàn)最大值。

（5）附加含水量對抗壓強度的影響

圖5 附加含水量對抗壓強度的影響

從圖5中可以看出，附加用水量對抗壓強度的影響效果各不相同，組合A抗壓強度隨著用水量的增加而降低，骨料組合B、C、D的抗壓強度最大值分別對應(yīng)的附加用水量為30%、15%、25%。

（6）附加含水量對劈拉強度的影響

圖6 附加含水量對劈拉強度的影響

從圖6中可以看出，附加用水量對劈拉強度的混凝土的影響效果各不相同，A、B組附加用水量為15%時劈拉強度大，C、D組附加用水量為25%時劈拉強度大。

2.將表2試驗數(shù)據(jù)，針對再生骨料取代試驗方案B、C、D與無再生骨料取代試驗方案A進行比較，分析數(shù)據(jù)如表3。

表3 再生骨料取代與無再生骨料取代試驗方案下數(shù)據(jù)比較分析

整理表3分析數(shù)據(jù)，將有骨料取代與無骨料取代情況進行對比比較，分析其工作性能、強度方面變化的情況。

（1）有骨料取代對工作性能的影響

圖7 有再生骨料取代對工作性能的影響

從圖7中可以看出，與天然骨料配合比混凝土相比較，取代率為70%的再生混凝土的工作從性能更好，取代率為30%的再生混凝土在附加用水量20%～25%間某一點與天然骨料坍落度差值出現(xiàn)正值，取代率100%的坍落度差值均為負值表明再生混凝土工作性能都較差。

（2）有骨料取代對抗壓強度的影響

圖8 有骨料取代對抗壓強度的影響

從圖8中可以看出，骨料取代率為70%的再生混凝土在各附加用水量的情況下比天然骨料配合比的混凝土抗壓強度都大，骨料取代率30%和100%的再生混凝土在達到附加用水量為25%～30%間的附加用水量后比天然骨料配合比混凝土抗壓強度大。

（3）有骨料取代對劈拉強度的影響

圖9 有骨料取代對劈拉強度的影響

從圖9中可以看出，骨料取代率70%的再生混凝土劈拉強度高于其余兩種，且在附加用水量25%～30%間出現(xiàn)比無天然骨料配合比混凝土的劈拉強度高。

四、結(jié)束語

通過選取東莞建筑垃圾采用正交試驗在再生骨料取代率及附加用水量變化情況下開展對比試驗研究，通過整理測定的數(shù)據(jù)從骨料取代率、附加含水量對混凝土工作性能、力學性能的影響進行分析，結(jié)果表明：再生骨料的組合方式對再生混凝土的強度有著決定性的影響；粗骨料取代率為70%時再生混凝土的抗壓強度與天然骨料普通混凝土最接近，且在附加用水量在25%工作性能最優(yōu)；對于骨料取代率為30%和100%的再生混凝土工作性能分別在附加用水量增加到25%和30%時才具有較好的流動性，而骨料取代率為70%的再生混凝土工作性能在附加用水量增加到15%就呈現(xiàn)較好的流動性。

研究成果可為再生混凝土相關(guān)標準的制定提供參考建議，今后可對增加配合比數(shù)量進行更深入探究，獲取更加精確的數(shù)據(jù)，建立嚴謹?shù)臄?shù)學模型，以更準確地確定影響再生混凝土的特性的因素。再生混凝土目前較多考慮在道路鋪裝等承擔次要作用的結(jié)構(gòu)或構(gòu)造物中應(yīng)用，希望進一步提高理論研究水平，逐步將再生混凝土廣泛應(yīng)用于綠色建筑，尤其是裝配式建筑上。