劉冶坤 李劍文 董志敏

摘 要 本文基于目前混凝土大量消耗天然原生材料以及大量拆除的建筑混凝土作為建筑垃圾的現(xiàn)狀，研究采用廢棄混凝土和工業(yè)廢料粉煤灰進(jìn)行一定比例替換天然原生材料，制成再生混凝土的抗壓性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，檢測并分析其工作、力學(xué)性能等。將廢棄混凝土作為再生骨料制作成再生混凝土，這不僅關(guān)系到建筑廢棄物再利用，而且能夠解決天然骨料資源緊缺的問題，實(shí)現(xiàn)資源最大化有效利用。

關(guān)鍵詞 再生混凝土 性能 可持續(xù)發(fā)展 再生骨料

中圖分類號(hào)：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.03.010

Abstract Based on the current situation that concrete consumes a lot of natural raw materials and demolishes a lot of construction concrete as construction waste， this paper studies the use of waste concrete and industrial waste fly ash to replace natural raw materials in a certain proportion to make recycled concrete compressive performance for experimental research， testing and analysis of its work and mechanical properties. Using waste concrete as recycled aggregate to make recycled concrete is not only related to the reuse of construction waste， but also can solve the problem of shortage of natural aggregate resources and realize the maximum and effective utilization of resources.

Keywords recycled concrete； performance； sustainable development； recycled aggregate

0 引言

近年來，伴隨著縮減的全球化資源和由于建筑垃圾所造成的環(huán)保性問題、經(jīng)濟(jì)性問題以及社會(huì)性問題的日益突出，我國愈發(fā)看重節(jié)能和資源的回收利用問題，大力倡導(dǎo)和開發(fā)建筑垃圾的再利用。盡管我國對(duì)再生混凝土的研究比較晚，但如今也成為了混凝土研究領(lǐng)域中的熱門。再生混凝土的大范圍使用還存在許多問題，部分基礎(chǔ)指標(biāo)和技術(shù)參數(shù)不夠完善，于是對(duì)再生混凝土的系統(tǒng)性研究尤為重要。為了處理環(huán)境和骨料的問題，混凝土的制備及施工技術(shù)一定要采用最新科學(xué)技術(shù)水平的生產(chǎn)制備方式，開發(fā)生產(chǎn)和管理方法，走可持續(xù)發(fā)展之路。[1]針對(duì)建筑工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、健康發(fā)展、推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革，相關(guān)國家政策方針的出臺(tái)，使建筑垃圾向綠色、可持續(xù)化、再生資源有效利用的方向發(fā)展。[2]再生砼的研究開發(fā)能處理廢棄砼的管理問題，節(jié)約天然骨料、節(jié)省砼廢棄物運(yùn)輸和清理費(fèi)用，同時(shí)還能綜合利用工業(yè)廢棄物、達(dá)到明顯地效益。[3]

1 試件設(shè)計(jì)

吉林省每年拆除的混凝土廢棄物數(shù)目巨大，不但需要大筆處理費(fèi)，還占據(jù)大量空間，破壞環(huán)境、耕地，由此所引發(fā)的環(huán)境問題也相當(dāng)突出。在混凝土的原料中，骨料量使用是第一的，每制作1m3混凝土大概需要1700-2000kg砂石、骨料，對(duì)砂、石料的損耗非常大，除開采運(yùn)載的消耗，對(duì)環(huán)境破壞也十分嚴(yán)重。[1]用再生骨料代替天然骨料符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，節(jié)約大量資源。

本項(xiàng)目擬采用拆除的廢棄混凝土進(jìn)行破碎、篩分，替代20%的天然粗骨料（石子），用吉林省當(dāng)?shù)氐墓I(yè)廢棄料粉煤灰分別替代20%、30%的水泥。為保證再生骨料混凝土的粘聚性，加入Ca（OH）2作為堿性激發(fā)劑，能更好地提高其活性。為了確定激發(fā)劑對(duì)強(qiáng)度影響程度，加入不同含量的堿性激發(fā)劑，堿性激發(fā)劑的含量分為粉煤灰含量的1.0%、2.5%、5.0%的三種情況進(jìn)行分組試驗(yàn)，在普通C20實(shí)驗(yàn)室配合比計(jì)算的基礎(chǔ)上，按照質(zhì)量百分比進(jìn)行替代，試驗(yàn)參數(shù)見表1。

2 試件制作

2.1 材料準(zhǔn)備

首先計(jì)算普通C20混凝土配合比。然后再按照表1計(jì)算所需的再生混凝土、粉煤灰、激發(fā)劑的用量。然后項(xiàng)目組購買了當(dāng)?shù)啬称放芇.O.42.5普通硅酸鹽水泥、Ⅱ級(jí)粉煤灰和堿性激發(fā)劑Ca（OH）2，天然骨料為5～31.5mm碎石，細(xì)級(jí)料為普通河砂。再生粗骨料來自C20廢棄混凝土梁，廢棄混凝土平均強(qiáng)度為C20，通過破碎、篩分獲得粒徑5～10mm的再生粗骨料及粒徑0.15～5mm的再生細(xì)骨料。

2.2 試件制備

將水泥、天然粗骨料、砂、水按照一定的比例進(jìn)行配合，經(jīng)過攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)獲得普通混凝土試塊3塊，即普通混凝土0組；將破碎混凝土替代普通混凝土配合比中石子用量的20%，粉煤灰替代水泥用量的20%，制成再生混凝土第一大組，即再生混凝土A組，A組中激發(fā)劑分別為粉煤灰質(zhì)量的1.0%、2.5%、5.0%，形成三個(gè)小組，每個(gè)小組3個(gè)試塊；第二大組（再生混凝土B）與A組相比，粉煤灰的替代比為30%，所以同樣制成三個(gè)小組，每個(gè)小組3個(gè)試塊。試件編號(hào)及各材料用量見表2。在制作再生混凝土試塊時(shí)，將再生粗骨料、粉煤灰和天然粗骨料和水泥在攪拌機(jī)中攪拌均勻，然后加入相應(yīng)的砂，水和堿性激發(fā)劑，再攪拌兩次，攪拌均勻后倒出。

混凝土倒出后用鐵锨再來回拌合三次測定其塌落度。測量坍落度時(shí)，首先濕潤底板和坍落度圓筒，并將底板放置在堅(jiān)固的水平表面上，同時(shí)在底板的中心位置放置坍落度筒，繼而踩住踏板兩側(cè)，在裝料時(shí)把筒保持在穩(wěn)定的位置。根據(jù)規(guī)定，所獲得的砼試塊由鏟子分成三層，均勻地放入圓筒內(nèi)，使搗實(shí)后的各層砼的高度是筒高的1/3。用搗棒插搗每層二十五次。沿螺旋方向由外向中間插搗，在截面上均勻插搗。插搗最底層時(shí)，搗棒連接全部深度，插搗次層以及最上層時(shí)，搗棒穿透本層至下一層的表面；澆灌最頂層時(shí)，澆灌砼至高出筒口。插搗過程之中，砼降至低于坍落度筒口時(shí)，隨時(shí)增添砼。頂層插搗完后，用抹刀刮去多余砼并抹平。清理完筒邊底板上砼后，垂直且平穩(wěn)將筒提離；提起坍落度筒之后，測量筒的高度和坍落后砼試塊最高處高度之間的差（坍落度值），測得值符合坍落度要求，因此混凝土拌合物和易性良好。

制作試塊時(shí)一次性將砼拌合物裝入150*150*150的標(biāo)準(zhǔn)試模中。在裝載時(shí)，將抹刀沿著每個(gè)試模壁插入搗動(dòng)，并使砼拌合物超出試?？冢缓髮⒛＞吖潭ㄔ谡駝?dòng)臺(tái)上，持續(xù)振動(dòng)直到表面有漿滲出停止。

在砼進(jìn)行養(yǎng)護(hù)時(shí)，試塊固化后立刻用防水膜遮蔽試塊表面，選取標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊，在溫度15～25℃環(huán)境之中靜置1～2晝夜，繼而進(jìn)行編號(hào)、拆模。脫模后立刻將試塊放入溫度是18～22℃，相對(duì)濕度是百分之95以上的養(yǎng)護(hù)池當(dāng)中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。試塊放在養(yǎng)護(hù)池支撐架上，相互之間距離為10～20mm，試塊外表面維持濕潤。脫模后，試塊仍然保持相同的維護(hù)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)齡期為28d。[4]

3 試驗(yàn)加載

養(yǎng)護(hù)28d之后，從養(yǎng)護(hù)池當(dāng)中取出試塊，擦凈試塊表面和上下承壓板面。在試驗(yàn)機(jī)下壓板上放置試塊，使試塊成型時(shí)的頂面與承壓面相垂直。對(duì)準(zhǔn)試塊和試驗(yàn)機(jī)下壓板的中心，開啟試驗(yàn)機(jī)，當(dāng)上壓板和試塊相接近時(shí)，調(diào)節(jié)卡座，使它們相互均衡接觸。

由于砼強(qiáng)度等級(jí)小于或等于砼C30，因此加荷速度取0.3～0.5MPa/秒，并且在試驗(yàn)期間連續(xù)均勻地加荷載。當(dāng)試塊開始嚴(yán)重變形并接近損壞時(shí)，停止調(diào)整試驗(yàn)機(jī)油門，直到破壞，在試塊被破壞后記錄破壞荷載，[5]具體數(shù)據(jù)見表3。

4 數(shù)據(jù)及結(jié)論

4.1 數(shù)據(jù)分析

按照《土木工程材料》[4]對(duì)混凝土試塊的試驗(yàn)強(qiáng)度處理方法，進(jìn)行了相應(yīng)試驗(yàn)組的抗壓強(qiáng)度計(jì)算，具體如下：用三個(gè)試塊測值的算術(shù)平均值作為該組試塊的抗壓強(qiáng)度值（精確至0.1Mpa）。若是三個(gè)測定值當(dāng)中的最小值或最大值中有一個(gè)與中間值的差異超出中間值的15%時(shí)，則舍掉最大及最小值，取中間值為此組試件抗壓強(qiáng)度值；如最大和最小值與中間值相差均超過15%，則該組試件試驗(yàn)效果無效。計(jì)算得到每一組試塊的抗壓強(qiáng)度均大于20Mpa，見表3。由表3可以得到以下結(jié)論：

（1）通過對(duì)粉煤灰替代水泥用量分別為20%和30%的再生混凝土的對(duì)比得到，在堿性激發(fā)含量與粉煤灰比例一定時(shí)，粉煤灰含量為20%的再生混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯大于粉煤灰含量為30%的再生混凝土。

（2）在粉煤灰的替代量一定時(shí)，堿性激發(fā)劑含量分別為粉煤灰的1.0%，2.5%，5.0%，隨著堿性激發(fā)劑含量的增加強(qiáng)度逐漸增大，堿性激發(fā)劑可對(duì)混凝土試塊抗壓強(qiáng)度起有利作用，當(dāng)堿性激發(fā)劑含量為5.0%時(shí)強(qiáng)度最大。

（3）在試驗(yàn)過程中采用20%的再生粗骨料和20%粉煤灰，不添加堿性激發(fā)劑混凝土的強(qiáng)度未達(dá)到C20級(jí)別，因加入粉煤灰和再生粗骨料導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度降低。

4.2 結(jié)論與展望

根據(jù)試驗(yàn)可知，在混凝土中摻加20%再生粗骨料，20%～30%粉煤灰可以達(dá)到C20混凝土抗壓強(qiáng)度。粉煤灰替代量接近20%時(shí)再生混凝土的強(qiáng)度更大，建議在工程推廣中粉煤灰的替代量不超過30%最好在20%～25%之間，堿性激發(fā)劑為5.0%最佳，在工程中可以推廣使用此配合比的再生混凝土。

鑒于試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，只做了C20強(qiáng)度的試驗(yàn)，可以對(duì)C25混凝土及C25以上混凝土進(jìn)行試驗(yàn)；堿性激發(fā)劑也可以選用其他堿性激發(fā)劑進(jìn)行試驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉數(shù)華，冷發(fā)光.再生混凝土技術(shù)[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2007：13-18.

[2] 張曉華，孟云芳，任杰.淺析國內(nèi)外再生骨料混凝土現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].混凝土，2013（7）：80-83.

[3] 甘福，周脈席，濮琦.再生粗骨料及再生混凝土性能研究進(jìn)展[J].2018（9）：102.

[4] 湖南大學(xué)，天津大學(xué)，同濟(jì)大學(xué)，東南大學(xué).土木工程材料（第二版）[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2011：133-140.

[5] 施衛(wèi)星.建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2016：78.