馬勇

（中鐵建設(shè)集團有限公司 基礎(chǔ)設(shè)施事業(yè)部，北京 100040）

0 引言

目前，建筑垃圾已成為城市垃圾中占比最大的部分，占城市垃圾總量的40%以上。對于如此大量建筑垃圾，如果不進行及時回收利用會對生態(tài)環(huán)境造成污染，同時也會造成較嚴重的資源浪費。相關(guān)人員開展了建筑垃圾再生利用方面的研究［1-5］，特別是建筑垃圾再生骨料混凝土技術(shù)已經(jīng)成為各方關(guān)注的焦點。建筑垃圾中的廢棄物在經(jīng)過必要的分揀、篩除、粉碎之后絕大多數(shù)可以作為再生資源重新進行使用。以現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)建筑垃圾作為骨原料進行相應(yīng)的試驗分析，期望能夠為建筑垃圾再生粗骨料制備混凝土提供相應(yīng)參考依據(jù)。

1 原材料試驗

1.1 骨料級配

建筑垃圾存在大量鋼筋、混凝土、磚瓦等材料，先對這些物質(zhì)實施分揀、破碎以及篩分。通過分揀將建筑垃圾鋼筋分離，通過破碎將較大混凝土垃圾分解成為小塊，之后對其實施篩分［6］。對建筑垃圾人工分揀后，利用小型破碎機進行垃圾破碎以及篩分，以《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標準及檢驗方法》為標準，明確普通小型砌塊混凝土骨料顆粒級配情況（見表1）。

表1 骨料顆粒級配推薦值

由表1 可知，混合骨料中粒徑＜4.75 mm 的細骨料達到60%左右，粒徑＞4.75 mm 的粗骨料達到40%左右，并且粗骨料粒徑在4.75～9.50 mm 砂率達到60%，已超出《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》中規(guī)定的最高限值（41%）。出現(xiàn)這種情況是因為建筑垃圾再生骨料更多應(yīng)用在小型混凝土砌塊和其他塊狀構(gòu)件材料中，因此粗骨料相對較少，砂率有所提升［7］。

1.2 再生粗骨料及天然粗骨料表觀密度、堆積密度、孔隙率分析

對粒徑＞4.75 mm 的再生粗骨料實施多次檢測，采用簡易法對其進行測量后計算平均值，能夠得到粒徑=4.75 mm 再生粗骨料的表觀密度、堆積密度、孔隙率值。對同樣粒徑的天然、再生粗骨料進行試驗對比，得到表觀密度、堆積密度以及孔隙率的對比結(jié)果（見表2）。

表2 天然粗骨料和再生粗骨料試驗對比

由表2可知，相對于天然粗骨料，再生粗骨料的表觀密度及堆積密度均降低，其中表觀密度降低近19%，堆積密度降低近6%，但孔隙率提升近5%。這種現(xiàn)象主要是因為再生粗骨料表面存在一層水泥砂漿，孔隙內(nèi)部存在素水泥砂漿。從表觀密度看，再生粗骨料達到天然粗骨料的80%以上，符合GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》中有關(guān)Ⅱ類再生粗骨料的要求［8］。

1.3 再生粗骨料及天然粗骨料壓碎值分析

壓碎值是判定水泥混凝土用粗骨料質(zhì)量的重要指標，通過水泥混凝土用粗骨料壓碎值可判定碎石或卵石抵抗壓碎的性能，在此基礎(chǔ)上可以推測其強度。試驗通過壓碎指標值測定儀進行天然、再生粗骨料的測試，通過測試結(jié)果可知，再生、天然粗骨料壓碎值分別為20.5%、17.9%。再生粗骨料壓碎值明顯大于天然粗骨料壓碎值，說明再生粗骨料的強度相對較低。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因：

（1）建筑垃圾在進行破碎時需要進行振搗，在一定程度上破壞了再生粗骨料的堅硬程度，從而造成再生粗骨料相對于天然粗骨料更容易破碎。

（2）再生粗骨料表面存在孔隙率相對較大的水泥砂漿并且粘結(jié)相對較弱，一旦受到外部影響容易破碎。

1.4 再生粗骨料對混凝土抗壓強度影響

研究表明：再生粗骨料混凝土的抗壓強度和再生粗骨料的替代率密切相關(guān)，當(dāng)再生粗骨料替代率＜30%時，再生、普通粗骨料混凝土抗壓強度差距＜8%，如果再生粗骨料替代率繼續(xù)提高，其抗壓強度隨著再生粗骨料替代率的增大而降低。再生粗骨料50%取代天然粗骨料時，再生粗骨料混凝土抗壓強度降低5%～20%；再生粗骨料100%取代天然粗骨料時，再生粗骨料混凝土抗壓強度降低較多，最大降幅達到30%。同時相關(guān)試驗表明：由于再生、天然粗骨料混凝土的骨料成分不同，抗壓強度隨齡期的增長變化也不相同，與天然粗骨料混凝土相比，同一水灰比再生粗骨料混凝土的28 d 抗壓強度約低15%，但其相差幅度會隨著齡期的增長而慢慢縮小。

2 再生粗骨料混凝土試驗

再生粗骨料混凝土是指用再生粗骨料取代天然粗骨料的混凝土，雖然經(jīng)過必要處理可以一定程度上提升再生粗骨料的性能，但相對于天然粗骨料還有不足，采用再生粗骨料配置的混凝土性能也會下降。為了確保所制混凝土的性能，細骨料全部采用天然砂，粗骨料采用不同取代率來配置混凝土。

2.1 配合比分析

2.1.1 原材料分析

（1）試驗所用水泥為普通硅酸鹽水泥（強度等級為42.5 MPa），相應(yīng)指標滿足標準規(guī)范要求。

（2）試驗所用再生粗骨料顆粒：水泥漿包裹的石子含量為51%、碎磚塊含量為33%、純水泥砂漿含量為11%，其他雜質(zhì)含量約為5%，再生粗骨料基本性能指標見表3。

表3 再生粗骨料基本性能指標

（3）粉煤灰采用Ⅱ級粉煤灰，細骨料采用較好級配的中砂，碎石采用連續(xù)級配的石灰?guī)r碎石，所用水為符合標準的自來水。

2.1.2 試驗內(nèi)容

為了能夠選出各原材料的最佳摻量，試驗按表4設(shè)計摻量，各原材料用量見表5。

表4 正交設(shè)計表 %

表5 各原材料用量 kg/m3

因為再生粗骨料表面存在大量孔隙，所以在試驗前先對再生粗骨料進行潤濕，確保其達到飽和狀態(tài)，之后按照不同階段投入不同材料。首先投入細骨料、水泥以及粉煤灰等，攪拌均勻之后加水，在砂漿充分攪拌均勻之后再投入粗骨料，將其攪拌均勻。一般情況下每次攪拌時間在90 s以上，以確保其均勻性［9］。

2.1.3 試驗結(jié)果分析

按再生粗骨料中不同原材料用量分9組混凝土進行試驗，試驗結(jié)果見表6。

表6 試驗結(jié)果

（1）上述9組試驗混凝土都具有較好的和易性，符合施工標準規(guī)范要求，但是7 組粘聚性相對較差，8 組存在一定的泌水現(xiàn)象。產(chǎn)生這些現(xiàn)象的主要原因在于2組水泥和細骨料用量相對較少，從而造成水泥漿稀釋程度較大，粘結(jié)力相對較差，容易產(chǎn)生泌水。

（2）通過極差分析的方式能夠獲得再生粗骨料摻量、粉煤灰摻量、水膠比等因素對混凝土性能的影響（見表7）。

表7 極差分析結(jié)果 %

由表7可知，水膠比是影響再生粗骨料混凝土坍落度的主要因素，粉煤灰摻量是影響彈性模量以及強度的主要因素。

2.2 強度分析

試驗主要針對混凝土小型砌塊進行，參照《混凝土用再生粗骨料》設(shè)定具體配合比。水泥∶砂子∶石子∶水=160∶703∶894∶119。按照混凝土試驗具體操作流程將拌合之后的混凝土澆筑到100 mm×100 mm×100 mm 的模具中，經(jīng)過必要的振搗之后對其進行必要養(yǎng)護（確保養(yǎng)護條件達到溫度（20±2）℃、濕度＞95%）。在經(jīng)過標準養(yǎng)護（28 d）之后測得混凝土試塊抗壓強度達到10.2 MPa。試驗表明：通過建筑垃圾再生粗骨料代替天然粗骨料可以滿足常規(guī)混凝土抗壓要求［10］。

2.3 耐久性分析

由于再生粗骨料骨質(zhì)與天然粗骨料骨質(zhì)相比稍顯疏松，而且粗骨料在破碎過程中存在微裂縫，這些使再生粗骨料混凝土在冬季惡劣環(huán)境條件下，容易遭受到凍害。因此采用摻加外加劑的方法來改善抗凍性，得到了較好的效果?？箖鰟┎捎肶J-4 型高效防凍劑，對設(shè)計強度等級為C30 的再生混凝土，摻加了YJ-4 型高效防凍劑后，其強度能夠在控制溫度為-（10±1）℃的養(yǎng)護環(huán)境中得以繼續(xù)發(fā)展，水泥水化仍可進行，但由于水泥水化的速度與溫度成正比，即溫度越高，水泥水化速度越快，因此在負溫下養(yǎng)護水泥水化速度非常慢，即再生粗骨料混凝土的強度發(fā)展比較緩慢，且不存在轉(zhuǎn)折點，強度發(fā)展比較平穩(wěn)。摻入防凍劑后各項指標見表8。

表8 摻入防凍劑后各項指標

3 結(jié)束語

建筑垃圾再生粗骨料混凝土的有效應(yīng)用能夠大大節(jié)約自然資源，并且可以降低建筑垃圾對環(huán)境的污染，具有非常好的應(yīng)用前景。為明確此混凝土的性能，對再生粗骨料混凝土進行相應(yīng)試驗，明確了此種混凝土具有較好的和易性，明確了水膠比、粉煤灰摻量等對其性能的影響，同時得到了再生粗骨料混凝土強度符合標準的結(jié)論，能夠?qū)ㄖ偕止橇匣炷恋耐茝V應(yīng)用提供一定參考和幫助。