楊 震 李奕方 周汝光

1河南省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司（450053）

2河南省建設(shè)工程施工圖審查中心有限公司（450099）

0 引言

再生混凝土是指將建筑垃圾中含量較高的廢棄混凝土塊經(jīng)破碎、篩分后代替天然骨料配制而成的混凝土[1]。再生混凝土可以消耗大量的建筑垃圾，解決建筑垃圾填埋、 堆放造成的城市環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)減少對(duì)天然骨料的開采使用量， 保護(hù)了自然環(huán)境，解決了建筑行業(yè)將要面對(duì)的天然砂石資源枯竭的困境，使混凝土變成一種可循環(huán)利用、可持續(xù)發(fā)展的綠色建筑產(chǎn)品[2-3]。符合我國(guó)“十四五規(guī)劃”中提出的發(fā)展綠色建筑的理念。

文章圍繞再生混凝土的工作性能展開研究，粗、細(xì)骨料均全部使用再生骨料，通過(guò)調(diào)整再生砂漿的砂灰比，保證再生砂漿具有澆好的流動(dòng)性；在此基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整再生混凝土的攪拌工藝，保證的全再生混凝土滿足目標(biāo)強(qiáng)度，同時(shí)具有較好的工作性能。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用河南滎陽(yáng)生產(chǎn)的天瑞牌P·O42.5 水泥，水泥各項(xiàng)性能指標(biāo)見表1。 再生粗、細(xì)骨料均為市場(chǎng)購(gòu)買的商品骨料，生產(chǎn)再生骨料的廢棄混凝土來(lái)源和強(qiáng)度均未知。 分別按照國(guó)家規(guī)范GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》、GBT 25176—2010《混凝土和砂漿用再生細(xì)骨料》中的試驗(yàn)方法對(duì)再生粗、細(xì)骨料的性能進(jìn)行檢測(cè)，再生細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)為2.3。 聚羧酸鹽高效減水劑，減水率30%，減水劑用量為水泥質(zhì)量的1%。

表1 水泥物理力學(xué)性能

1.2 試驗(yàn)方法

配置再生混凝土的目標(biāo)強(qiáng)度為 C30、C40 和C50，試驗(yàn)水膠比分別取 0.6，0.45 和 0.3。 再生混凝土砂率定為42%。 因?yàn)閱畏接盟繜o(wú)法根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，通過(guò)砂漿擴(kuò)展度試驗(yàn)，確定合適的灰砂比。 再生砂漿的擴(kuò)展度與灰砂比之間的關(guān)系見表2。 當(dāng)砂漿擴(kuò)展度超過(guò)300 mm 即停止試實(shí)驗(yàn)。

表2 不同水膠比下砂漿擴(kuò)展度角與砂灰比之間關(guān)系

根據(jù)確定再生混凝土水膠比、灰砂比，假定混凝土單方質(zhì)量為2 400 kg，進(jìn)行再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)。 再生混凝土的攪拌工藝如下:第一步，先將水泥與再生細(xì)骨料干拌2 min；第二步，將減水劑和一半水加入攪拌2 min， 使水泥和減水劑充分發(fā)生反應(yīng)；第三步，加入石子和剩余的水分，攪拌2 min。 攪拌結(jié)束后，立刻進(jìn)行混凝土塌落度試驗(yàn)，最后將再生混凝土裝入試模中，室內(nèi)環(huán)境養(yǎng)護(hù)24 h 后，脫模放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室。養(yǎng)護(hù)到需要齡期時(shí)，測(cè)試混凝土的抗壓和劈拉強(qiáng)度。 根據(jù) GB/T 50081—2016《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試。 再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)見表3，塌落度及28 d 立方體抗壓強(qiáng)度及劈拉強(qiáng)度見表4。

表3 再生混凝土配合比

表4 再生混凝土塌落度及28 d 強(qiáng)度

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 砂漿擴(kuò)展度與砂灰比之間關(guān)系

根據(jù)表2 中的試驗(yàn)結(jié)果，砂漿的擴(kuò)展度隨砂灰比變化關(guān)系如圖1 所示，三條曲線分別代表了水膠比為 0.6、0.45、0.3 時(shí)， 砂漿擴(kuò)展度與砂灰比之間的關(guān)系。

圖1 砂漿擴(kuò)展度隨灰砂比變化關(guān)系

由圖可知，隨著水膠比的減小，砂漿的砂灰比也需要相應(yīng)地減小，由表2 可以，試驗(yàn)起點(diǎn)處三種水膠比下，三種砂漿的擴(kuò)展度僅為170 mm、170 mm和150 mm。 這主要是因?yàn)樵偕白游瘦^大，在砂漿加水?dāng)嚢璧乃查g會(huì)吸走大量的水分，使實(shí)際能參與水泥水化反應(yīng)的有效水分遠(yuǎn)小于加入的總用水量，使加入的減水劑也無(wú)法充分發(fā)揮作用。 隨著后續(xù)試驗(yàn)的進(jìn)行，按照比例再加入一定的水、水泥，可以明顯觀察到水泥漿體中有大量的減水劑與水泥發(fā)生反應(yīng)的氣泡產(chǎn)生，說(shuō)明減水劑開始發(fā)揮作用，可見減水劑與水泥的之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)也需要一定的時(shí)間。 所以，再生砂漿的制備中，需要保證一定的有效用水量和足夠的攪拌時(shí)間，才能使減水劑發(fā)揮作用，保證砂漿的流動(dòng)度。

三種砂漿的擴(kuò)展度均隨著砂灰比的減小而增大，前期變化較慢，后面隨著砂灰比的減小，曲線均會(huì)出現(xiàn)一個(gè)拐點(diǎn)，拐點(diǎn)之后，砂漿擴(kuò)展度會(huì)突然增大。 砂漿擴(kuò)展度越大，說(shuō)明其流動(dòng)性越好，但是有研究表明，砂漿的強(qiáng)度會(huì)隨著砂灰比的增加而增大[4]，為了保證配置的砂漿和混凝土的強(qiáng)度，砂灰比不宜過(guò)小。 為了同時(shí)滿足再生混凝土的強(qiáng)度和工作性能，在每種水膠比下，均存在一個(gè)最佳的砂灰比。 砂灰比減小，則砂漿中的水泥用量增加，會(huì)增加砂漿的成本。 從經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的角度考慮，在滿足砂漿流動(dòng)性能的要求后，水泥用量最小，即砂灰比最大，效果最優(yōu)。 由于再生粗骨料的吸水率較大，為了保證配置的再生混凝土的工作性能，試驗(yàn)中當(dāng)砂漿擴(kuò)展度超過(guò)300 mm 的砂灰比， 即被確定為再生混凝土的試驗(yàn)砂灰比。

2.2 塌落度與砂灰比之間的關(guān)系

圖2 為混凝土塌落度隨著砂灰比的變化關(guān)系曲線，圖中黑色數(shù)據(jù)點(diǎn)為文章中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別對(duì)應(yīng)水膠比為0.6、0.45、0.3，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3、4所示。 可見，隨著混凝土水膠比的降低，為了保證混凝土的塌落度，其所需的砂灰比也在不斷減小。 圖中紅色數(shù)據(jù)點(diǎn)為文獻(xiàn)[4]中試驗(yàn)數(shù)據(jù)，水膠比為0.4，不同的灰砂比下對(duì)應(yīng)的混凝土塌落度。 可見，當(dāng)混凝土水膠比保持不變時(shí)，隨著砂灰比的減小，混凝土的塌落度不斷增加。 通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸擬合分析， 得到了塌落度隨著砂灰比的多項(xiàng)式計(jì)算模型，如下公式（1）所示:

圖2 混凝土塌落度隨灰砂比變化關(guān)系

由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)較少，文章中只擬合了水膠比0.4時(shí)，混凝土塌落度與砂灰比之間的關(guān)系式為二次函數(shù)，可見其存在一個(gè)最佳的砂灰比，在其他條件都不變的情況下，能夠使混凝土的塌落度達(dá)到最大值，通過(guò)對(duì)函數(shù)進(jìn)行分析，可知其最佳砂灰比為1.4。 可見混凝土配合比設(shè)計(jì)中，也存在最優(yōu)砂灰比，其他材料和試驗(yàn)條件不變情況下，使其塌落度達(dá)到最大的砂灰比即為最優(yōu)灰砂比。

由表4 試驗(yàn)結(jié)果可知，該方法配制的全再生骨料混凝土不僅具有較好的塌落度和工作性能，同時(shí)強(qiáng)度也滿足目標(biāo)強(qiáng)度的要求。 可見，通過(guò)控制調(diào)整砂灰比，使砂漿的擴(kuò)展度滿足要求，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)，是一種有效可行的方法。 該方法受其他因素影響較小，只需測(cè)量出砂石的表觀密度和堆積密度等材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)即可。 一方面提高了配合比試驗(yàn)結(jié)果的普遍適用性，另一方面將部分混凝土的工作性能試驗(yàn)轉(zhuǎn)化為砂漿的試驗(yàn)，大大減少了試驗(yàn)量。

3 結(jié)論

文章通過(guò)試驗(yàn)研究了全再生混凝土的工作性能控制方法，粗、細(xì)骨料全部使用再生骨料，制備出強(qiáng)度和塌落度滿足目標(biāo)要求的再生混凝土，主要得到以下結(jié)論:

1）再生砂漿的擴(kuò)展度隨著砂灰比的減小而增大。 為了同時(shí)滿足再生砂漿強(qiáng)度和工作性能，在每種水膠比下，均存在一個(gè)最佳的砂灰比。 在滿足砂漿流動(dòng)性能的要求后，水泥用量最小，即為最佳砂灰比。

2）再生砂漿的制備中，需要足夠量的有效用水量保證水泥和水的充分水化反應(yīng)，同時(shí)需要足夠的攪拌時(shí)間，使水泥和減水劑之間充分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，才能使減水劑發(fā)揮作用，保證砂漿的流動(dòng)度。

3）通過(guò)控制調(diào)整砂灰比，使砂漿的擴(kuò)展度滿足要求，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)，是一種有效可行的控制再生混凝土工作性能的方法。該方法受其他因素影響較小，同時(shí)可以減少試驗(yàn)量。