邱茂生，周漢章

（1. 廣州臨海混凝土有限公司，廣東 廣州 511466；2. 長沙益友建筑科技有限公司，湖南 長沙 523820）

0 前言

隨著我國城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，每天我們?cè)诔鞘械拿恳粋€(gè)角落都可以隨處看到一些舊房舊樓在拆除重建，建筑在更新?lián)Q代拆除中必定會(huì)產(chǎn)生大量的建筑垃圾。在中國每年就會(huì)產(chǎn)生超過 4 億噸的廢棄混凝土，如此龐大數(shù)量的建筑垃圾往往被運(yùn)輸?shù)浇紖^(qū)、山區(qū)堆放或者填埋，這樣一來就占用了大量的寶貴土地，堆放或填埋也沒有有效地解決建筑垃圾問題，而且還會(huì)堵塞河道污染土壤和地下水。如果能將建筑物拆除過程中產(chǎn)生的廢棄混凝土塊就地回收，經(jīng)過破碎、除雜、分級(jí)、清洗后作為混凝土再生骨料，生產(chǎn)再生混凝土用到新建筑物上，這樣不僅可以省掉廢混凝土塊的清理和運(yùn)輸費(fèi)用[1]，并且可以保護(hù)環(huán)境和土地。目前建筑垃圾與日俱增，很多地方都出現(xiàn)了“垃圾圍城”的狀況，再生混凝土技術(shù)可以將廢舊混凝土變?yōu)榇止橇蟻泶嫣烊还橇希儚U為寶，具有節(jié)約資源、不破壞環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)點(diǎn)，既節(jié)約環(huán)境又具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。[2]

1 再生骨料的定義

再生骨料英文為 Recycled Aggregate 簡稱為 RA，顧名思義是指利用廢棄混凝土破碎加工而成的再生骨料，一般將固體廢棄混凝土經(jīng)過破碎、清洗和篩分分級(jí)且按一定比例相互配合后到的骨料稱為“再生骨料”，再生骨料按破碎粒徑的大小分為“再生粗骨料”（尺寸大于4.75mm）和“再生細(xì)骨料”（尺寸 0.16～4.75mm）。而把利用再生骨料作為部分或全部骨料配制的混凝土叫“再生骨料混凝土”，也可簡稱為“再生混凝土”。[3]

再生骨料中的天然骨料表面附著了硬化水泥砂漿，導(dǎo)致再生骨料的吸水率高、密度小、耐磨性差、壓碎值大，加上再生骨料在破碎的過程中出現(xiàn)裂紋是不可避免的，因此再生骨料的性質(zhì)往往弱于天然骨料。再生混凝土的強(qiáng)度和耐久性受到再生骨料替代率、再生混凝土水膠比、再生骨料品質(zhì)等因素的影響。

2 再生粗骨料混凝土試驗(yàn)原材料數(shù)據(jù)

（1）水泥，光大 P·O42.5R 水泥，水泥化學(xué)成分與礦物組成見表 1，物理性能見表 2。

（2）河砂，北江Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù) 2.6，含泥量為 0（水洗處理）。

（3）天然石，清遠(yuǎn)石廠，5～25mm 連續(xù)級(jí)配，壓碎指標(biāo) 12%，含泥量為 0（水洗處理）。

（4）再生骨料，瑞龍礦山破碎， 5～25mm 級(jí)配，表觀密度 2420kg/m3，堆積密度 1.023kg/m3，壓碎指標(biāo)16%，空隙率 42%。

（5）粉煤灰，河源電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰，細(xì)度 24%，需水量比 103%，燒失量 7%，三氧化硫 2.1%。

（6）礦渣粉，蓮花山 S95，密度 2.8g/cm3，比表面積 395m2/kg，活性指數(shù) 7天 85%，28 天 105%，玻璃體含量 74%，放射性合格。

表1 水泥熟料化學(xué)成分與礦物組成 %

表2 水泥物理學(xué)性能

（7）外加劑，東莞洛美建材 LM-S2 聚羧酸高效減水劑，減水率大于 25%，含固量 20%

（8）水，自來水，符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

天然骨料與再生骨料吸水試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表 3。

表3 天然骨料與再生粗骨料吸水試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 再生粗骨料混凝土試驗(yàn)

（1）C30 再生骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)見表 4。

（2）C30 再生粗骨料混凝土性能見表 5。

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

從表 3 天然骨料與再生骨料吸水試驗(yàn)可以看出，再生粗骨料 1min 的吸水率比天然骨料高 5.6 倍，15min后天然骨料吸水緩慢而再生骨料 15min 后吸水又翻了兩倍，半小時(shí)到 24h 區(qū)間天然骨料的吸水率趨于緩和沒有太大變化，而再生骨料半小時(shí)到 12h 吸水率增加了2.195%，12h 過后吸水率達(dá)到飽和狀態(tài)。從天然骨料和再生粗骨料吸水率試驗(yàn)可以直觀發(fā)現(xiàn)兩者在不同時(shí)間段的吸水率區(qū)別，為配制再生骨料混凝土提供了用水量和坍損指導(dǎo)依據(jù)。

表4 C30 再生粗骨料混凝土配合比 kg/m3

表5 為 C30 再生粗骨料不同取代率試配，第一組為基準(zhǔn)試配外加劑摻量 2.0%，混凝土出機(jī)和易性、流動(dòng)性好，初始坍落度/擴(kuò)展度 225mm/550mm，2h 經(jīng)時(shí)坍損小，保坍效果好，7d 抗壓強(qiáng)度達(dá)到 84%，28d 抗壓強(qiáng)度達(dá)到 123%。第二組為再生粗骨料取代率 20%，初始外加劑摻量 2.2% 攪拌后料比較粘稠，摻量摻到 2.4% 后和易性、流動(dòng)性好，初始坍落度/擴(kuò)展度為210mm/530mm，容重 2360kg/m3，保坍效果良好，7d強(qiáng)度 83%、28d 強(qiáng)度 121%，與第一組綜合性能差別不大。

第三組為再生粗骨料取代率為 30%，初始外加劑摻量為 2.4%，攪拌 1min 后水和外加劑被完全吸附掉，外加 5kg 水和外加劑摻量摻到 2.8% 后，料出機(jī)狀態(tài)好，初始坍落度/擴(kuò)展度 225mm/530mm，容重2355kg/m3，保坍效果良好，7d 和 28d 強(qiáng)度達(dá)到 75%和 116%，強(qiáng)度略低于第二組。第四組再生粗骨料取代率為 40%，外加劑摻量 2.6%，混凝土狀態(tài)打不出來，外加劑摻到 3.2%，外加 8kg 水后混凝土出機(jī)狀態(tài)良好，初始坍落度/擴(kuò)展度為 230mm/550mm，半小時(shí)后為180mm/420mm，坍損比較明顯，2h 后坍落度/擴(kuò)展度為150mm/310mm，坍損大，容重也只有 2325 kg/m3，7d和 28d 強(qiáng)度達(dá)到 64% 和 103%，強(qiáng)度下降明顯。

表5 再生粗骨料混凝土性能

第五組再生粗骨料取代率為 50%，外加劑摻量3.8%，外加 10kg 水才能打出工作狀態(tài)，初始坍落度擴(kuò)展為 225mm/540mm，容重 2310 kg/m3，半小時(shí)坍損明顯，坍落度/擴(kuò)展度為 140mm/310mm，已經(jīng)沒有工作性能，7d 和 28d 強(qiáng)度 44% 和 81%，強(qiáng)度明顯下降。第六、七、八組再生粗骨料取代率分別為 60%、70%、80%，外加劑摻量分別是 4.8%、5.8%、6.8%，并且需要分別外加 10kg 以上的水才能打出施工性能，但是半小時(shí)后水和外加劑會(huì)被完全吸附掉，導(dǎo)致半小時(shí)后坍損很大，達(dá)不到基本施工要求，因?yàn)榧恿诉^量的水和外加劑都導(dǎo)致容重變輕，7d 和 28d 強(qiáng)度也異常低。

九、十組再生粗骨料取代率為 90%、100%，外加劑摻量 7.2%、8.0%，外加 35kg 和 40kg 水才能打出狀態(tài)，初始坍落度/擴(kuò)展度為 170mm/390mm、180mm/390mm，且半小時(shí)不到坍損大，失去工作性能，7d、28d 強(qiáng)度異常低。

5 SEM 電子顯微鏡結(jié)構(gòu)分析

圖1～4 分別為摻再生骨料 0%、30%、50% 和 70%的混凝土電子顯微鏡結(jié)構(gòu)圖像。

圖1 全天然砂

圖 2 30% 再生骨料

圖3 50% 再生骨料

圖 4 70% 再生骨料

再生混凝土是一種公認(rèn)的多相復(fù)合體，包括：骨料、砂漿基體、界面過渡區(qū)。經(jīng) SEM 觀察，圖 1 基準(zhǔn)配方和圖 2 摻 30% 再生粗骨料配方骨料與砂漿基體均有較好的微觀形貌，骨料中晶體呈層狀緊密排列，沒有裂縫和孔洞的存在，而遠(yuǎn)離界面的砂漿基體中水化產(chǎn)物種類豐富較為緊密。

而圖 3 和圖 4 摻 50%、70% 再生粗骨料配方，骨料和漿體界面結(jié)合比漿體和漿體界面結(jié)合處存在更多的微細(xì)裂縫，界面連接主要以片狀水化產(chǎn)物垂直連接，界面結(jié)合處水化產(chǎn)物較為疏松，界面連接密實(shí)程度比漿體和漿體界面連接要弱。再生骨料與膠凝材料之間的界面粘接強(qiáng)度不高，水化產(chǎn)物較少，在骨料表面生成大量的水化產(chǎn)物。[4]

微裂縫極易從骨料與水泥砂漿界面產(chǎn)生，并向水泥基體生長和擴(kuò)展，離子遷移和溶液滲透也最容易將該區(qū)域作為快速通道，同時(shí)界面處的裂縫不斷延伸和擴(kuò)展最后導(dǎo)致再生混凝土的破壞，故相對(duì)于再生骨料和水泥砂漿基體本身來說，這些界面和界面過渡區(qū)被認(rèn)為是再生混凝土最薄弱的環(huán)節(jié)。[4]

6 總結(jié)

再生粗骨料取代率不超過 30% 的再生骨料混凝土工作性能與天然骨料基準(zhǔn)混凝土差別不大，當(dāng)再生骨料取代率超過 30% 時(shí)，再生混凝土外加劑摻量和用水量大幅度提高而且坍損大、強(qiáng)度低，故再生骨料的最佳取代率約為 30%。盡最大能力合理科學(xué)使用再生骨料不僅起到了節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的作用，而且對(duì)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性提供了幫助。