王富強(qiáng)，李衛(wèi)寧

（廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023）

0 引言

國(guó)內(nèi)道路改建擴(kuò)建和基礎(chǔ)建設(shè)改造等工程每年都會(huì)帶來(lái)高達(dá)2.4億t的混凝土垃圾，如果將這部分垃圾二次利用在道路工程建設(shè)中，是實(shí)現(xiàn)社會(huì)發(fā)展和自然環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)的重要途徑和方式。影響路用混凝土性能的一個(gè)重要因素就是骨料級(jí)配，本文對(duì)再生混凝土骨料級(jí)配進(jìn)行分析研究，從而研究該級(jí)配對(duì)道路施工用混凝土強(qiáng)度的影響。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 材料

再生混凝土材料為：水泥使用P·O42.5R普通硅酸鹽水泥；粗骨料包括天然粗骨料和再生粗骨料，均采用粒徑大小為5～31.5mm的連續(xù)級(jí)配；細(xì)骨料包括天然細(xì)骨料和再生細(xì)骨料，其中天然細(xì)骨料屬中砂規(guī)格為Ⅰ級(jí)配（0～5mm），細(xì)度模數(shù)大小為2.76，在1d的時(shí)間里，吸水率大小為6.3%；再生細(xì)骨料屬粗砂規(guī)格為Ⅰ級(jí)配（0～5mm），細(xì)度模數(shù)大小為3.15；水使用城市自來(lái)水。

1.2 骨料級(jí)配曲線

為了讓混凝土的性能達(dá)到最佳，使用Fuller曲線下的數(shù)值方法對(duì)天然骨料和再生骨料的粒徑、比例進(jìn)行模擬。

1.3 人工級(jí)配調(diào)整

1.3.1 人工級(jí)配調(diào)整再生粗骨料

本文將再生粗骨料替代天然粗骨料，對(duì)不同的粒徑范圍設(shè)計(jì)不同的取代率，分別為：5～9.5mm粒徑范圍取代率為3%～5%，9.5～16mm粒徑范圍取代率為30%～50%，16～31.5mm粒徑范圍取代率為30%～50%。經(jīng)過(guò)人工級(jí)配調(diào)整可知，當(dāng)5～9.5mm粒徑范圍取代率為6%，9.5～16mm粒徑范圍取代率為50%，16～31.5mm粒徑范圍取代率為30%時(shí)，骨料的級(jí)配壓碎指標(biāo)和堆積密度效果最佳。

1.3.2 人工級(jí)配調(diào)整再生細(xì)骨料

對(duì)于再生細(xì)骨料人工級(jí)配調(diào)整與粗骨料類似，將再生細(xì)骨料替代天然細(xì)骨料并設(shè)計(jì)不同的取代率，分別為：5mm粒徑范圍取代率為30%～50%，2.5～5mm粒徑范圍取代率為30%～50%，用2.5～5mm粒徑范圍完全取代了0.075mm以下粒徑的天然細(xì)骨料，即級(jí)配中0.075mm以下粒徑的天然細(xì)骨料為0%。經(jīng)過(guò)人工級(jí)配調(diào)整可知，當(dāng)2.5～5mm粒徑范圍取代率為30%，5mm粒徑范圍取代率為50%，并且去除0.075mm細(xì)骨料時(shí)，級(jí)配壓碎指標(biāo)和堆積密度效果最佳，但調(diào)整效果沒(méi)有粗骨料那么顯著。

1.4 再生混凝土配合比

為了能夠更好地研究再生骨料級(jí)配對(duì)再生混凝土性能的影響，和對(duì)抗壓強(qiáng)度以及可能出現(xiàn)的強(qiáng)度變異問(wèn)題，可以分別按人工級(jí)配調(diào)整之前和之后的再生骨料制作混凝土試樣。為了避免其他材料的影響因素，在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中除采用不同的再生骨料級(jí)配外，混凝土試樣中的其他材料均一致。本次試驗(yàn)，對(duì)應(yīng)的立方體試樣總數(shù)量為18個(gè)，齡期則分別是7d、14d和28d，每個(gè)齡期對(duì)應(yīng)6個(gè)試樣。試驗(yàn)中的配合比均采用0.4的水灰比，水泥用量每立方米478kg。再生的和天然的粗骨料和細(xì)骨料，總用量每立方米1 707kg，砂率大小為34%。每組試樣設(shè)計(jì)不同的再生粗骨料取代率。通過(guò)混凝土抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)測(cè)得再生細(xì)骨料取代率為30%時(shí)的混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大。因此增加設(shè)計(jì)了50%加細(xì)混凝土試樣組，即再生混凝土試樣中再生粗骨料為50%，再生細(xì)骨料為30%，進(jìn)而研究再生細(xì)骨料替換部分天然細(xì)骨料之后，對(duì)再生混凝土的抗壓強(qiáng)度的影響。根據(jù)以上設(shè)計(jì)，本次實(shí)驗(yàn)設(shè)置8組不同的取代率，分別為0、100%、30%、40%、50%、60%、70% 和 50% 加 細(xì)。 在抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)中為提升試樣加載測(cè)量的準(zhǔn)確性，在加載之前4h對(duì)試樣進(jìn)行干燥處理，避免試驗(yàn)機(jī)和樣件的觸碰瞬間所產(chǎn)生的高沖擊力。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 按平均值（中間值）求再生混凝土抗壓強(qiáng)度

通過(guò)試驗(yàn)可知，7d齡期人工級(jí)配前后均值為23 MPa，14d齡期人工級(jí)配前后均值為28.2 MPa，這兩個(gè)齡期人工級(jí)配前后的混凝土抗壓強(qiáng)度均值沒(méi)有顯著變化。在28d的第三個(gè)齡期，人工級(jí)配調(diào)整前抗壓強(qiáng)度均值則為34 MPa，調(diào)整后為35.3 MPa。由上述數(shù)據(jù)可知調(diào)整后較調(diào)整前，再生混凝土抗壓強(qiáng)度均值提高達(dá)4%。

在人工級(jí)配調(diào)整之前，取代率分別為40%、50%、60%對(duì)應(yīng)的再生混凝土抗壓強(qiáng)度均值為39 MPa、39.7 MPa和29 MPa；級(jí)配調(diào)整之后，取代率分別為40%、50%、60%對(duì)應(yīng)的再生混凝土抗壓強(qiáng)度均值為38.2 MPa、41.3 MPa和32 MPa。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和當(dāng)前的規(guī)范，使用95%保證率計(jì)算試樣的抗壓強(qiáng)度，可知取代率為50%再生混凝土抗壓強(qiáng)度均值無(wú)論是級(jí)配調(diào)整前或后均較其他不同取代率高，呈反相關(guān)關(guān)系。分析其中的原因，是因?yàn)槿〈蕿?0%再生混凝土出現(xiàn)抗壓強(qiáng)度變異問(wèn)題。

2.2 再生混凝土抗壓強(qiáng)度離散性

2.2.1 再生混凝土的σ值隨取代率變化

混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ值的計(jì)算結(jié)果可衡量其強(qiáng)度離散性，據(jù)此研究人工級(jí)配調(diào)整前后對(duì)再生混凝土強(qiáng)度離散性的影響程度。通過(guò)試驗(yàn)可知，人工級(jí)配調(diào)整之后對(duì)應(yīng)的再生混凝土的σ值下降水平和取代率呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)取代率達(dá)到100%時(shí)σ值較調(diào)整之后降低達(dá)50%，達(dá)到最大。證明通過(guò)人工級(jí)配優(yōu)化之后，可有效降低混凝土的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差。在50%加細(xì)組中，28d齡期的σ值均較其他組的高（如下頁(yè)圖1所示）。由此可知，在再生混凝土中增加再生細(xì)骨料，會(huì)提升混凝土的離散性。

圖1 級(jí)配調(diào)整后不同齡期下抗壓強(qiáng)度隨取代率變化趨勢(shì)圖

2.2.2 再生混凝土σ值隨齡期變化規(guī)律

再生混凝土試樣采用不同取代率進(jìn)行人工級(jí)配調(diào)整前后對(duì)比，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究其抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差在的不同齡期下的變化規(guī)律。由試驗(yàn)可知再生混凝土試樣在28d齡期時(shí)，人工級(jí)配調(diào)整前的σ值要超過(guò)普通混凝土，差值為1～3 MPa，其中再生粗骨料取代率為50%，σ值達(dá)到最大，為2.6 MPa。根據(jù)上述數(shù)據(jù)可知，調(diào)整之后28d齡期時(shí)σ值較調(diào)整之前下降達(dá)23.9%，下降顯著。再生混凝土σ值調(diào)整前后均小于《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》σ值5 MPa；且齡期越長(zhǎng)，降低水平越顯著（如圖2所示）。但由于本次實(shí)驗(yàn)中的所有試樣均處于實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中，試驗(yàn)環(huán)境佳，會(huì)有助于降低σ值，推廣應(yīng)用時(shí)要考慮進(jìn)行環(huán)境因素修正。

圖2 級(jí)配調(diào)整后不同取代率下抗壓強(qiáng)度隨齡期變化趨勢(shì)圖

2.3 按一定保證率求再生混凝土抗壓強(qiáng)度

通過(guò)試驗(yàn)可知，按一定保證率，在人工級(jí)配調(diào)整之前，取代率分別為40%、50%、60%對(duì)應(yīng)的再生混凝土抗壓強(qiáng)度均值為35 MPa、35.7 MPa和25.6 MPa；在調(diào)整之后，取代率分別為40%、50%、60%對(duì)應(yīng)的再生混 凝 土 抗 壓 強(qiáng) 度 均 值 為35.7 MPa、37.9 MPa和28.9 MPa。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和當(dāng)前的規(guī)范，使用95%保證率計(jì)算試樣的抗壓強(qiáng)度，可知無(wú)論是人工級(jí)配調(diào)整前或后，相同保證率的再生混凝土抗壓強(qiáng)度均呈正態(tài)分布曲線。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）再生混凝土人工級(jí)配調(diào)整前，再生粗骨料級(jí)配曲線不佳，壓碎指標(biāo)和堆積密度這兩個(gè)指標(biāo)參數(shù)水平不高；調(diào)整后，級(jí)配曲線都得到明顯優(yōu)化，指標(biāo)參數(shù)水平提高。

（2）再生混凝土人工級(jí)配調(diào)整前，再生細(xì)骨料級(jí)配曲線不能滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求；調(diào)整之后，可滿足要求，但壓碎指標(biāo)和堆積密度水平提高不明顯。

（3）再生混凝土人工級(jí)配調(diào)整后，有效降低抗壓強(qiáng)度離散性，其中28d齡期，再生粗骨料取代率達(dá)到100%，其離散性降低達(dá)50%。

（4）再生混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ值在人工級(jí)配調(diào)整前后均小于《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》σ值5 MPa；且齡期越長(zhǎng)，降低水平越顯著。

（5）取代率為50%再生混凝土抗壓強(qiáng)度均值無(wú)論級(jí)配調(diào)整前或后較其他不同取代率高，呈現(xiàn)反相關(guān)關(guān)系。分析其中的原因，是因?yàn)槿〈蕿?0%再生混凝土出現(xiàn)抗壓強(qiáng)度變異問(wèn)題。

（6）無(wú)論是人工級(jí)配調(diào)整前或后，試樣的齡期、配合比相同的情況下，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度均呈正態(tài)分布曲線。