趙忠宇

（廣州市泰和混凝土有限公司，廣東 廣州 510450）

1 再生粗骨料特性

舊混凝土的芯樣從水泥混凝土路面面層中取出，將其用作再生粗骨料的生產(chǎn)原料，其強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 路面層混凝土強(qiáng)度

1.1 粒形與表面構(gòu)造

由于再生粗骨料外形過(guò)于粗糙、棱角也多，且多為扁平狀、孔隙較多，材質(zhì)在卵石與碎石之間，這種特性會(huì)使再生粗骨料在進(jìn)行拌合作業(yè)時(shí)，產(chǎn)生的拌合物質(zhì)量過(guò)低。在肉眼的觀(guān)察下，可以發(fā)現(xiàn)再生粗骨料表層附帶一些砂漿。

1.2 吸水率

天然粗骨料及再生粗骨料吸水率隨時(shí)間的變化見(jiàn)表2。

表2 天然粗骨料與再生粗骨料吸水率的對(duì)比（單位：%）

與天然粗骨料相比，再生粗骨料的吸水速率非?？?，且天然粗骨料的24h吸水率只有再生粗骨料的1/6。由表2可見(jiàn)，天然粗骨料的10min吸水率達(dá)24h吸水率的62%，其1h吸水率達(dá)24h吸水率的76%。而再生粗骨料10min吸水率便達(dá)24h吸水率的77%，其1h吸水率更是高達(dá)24h吸水率的90%。究其原因，是再生粗骨料表層附帶泥漿，且孔隙較多，可與水充分混合，進(jìn)而提高吸水率和吸水速率。一般對(duì)再生粗骨料進(jìn)行拌制時(shí)，應(yīng)增加拌合水的用量。

1.3 物理性能指標(biāo)

由于再生粗骨料的表層附帶水泥砂漿，所以再生粗骨料的密度低于天然粗骨料，為天然粗骨料的90%。其密度降低會(huì)使生產(chǎn)出的再生混凝土的彈性模量與密度下降。因?yàn)樵偕止橇纤嗌皾{多為非黏土類(lèi)的石粉，可在天然粗骨料的基礎(chǔ)上將含泥量限制放松至2%。含泥量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的收縮增加，硬度降低。為產(chǎn)品提高質(zhì)量，應(yīng)在拌制混凝土前，清除附帶的水泥。

2 配合比設(shè)計(jì)

相較于普通的RCA材料，高品質(zhì)RCA材料更不容易受外界干擾，性能維持較好。為了真實(shí)有效地了解到RCA材料的選擇是否會(huì)對(duì)最終的混凝土性能產(chǎn)生影響，研究決定將基準(zhǔn)組設(shè)計(jì)強(qiáng)度確定為C45，水膠比為0.36，并使用天然碎石充當(dāng)粗骨料，作為NC（普通混凝土，下同）對(duì)照組進(jìn)行試驗(yàn)。

為了觀(guān)察不同狀態(tài)下對(duì)混凝土性能的影響，研究者共準(zhǔn)備了3組RC（采用普通再生骨料配制的混凝土，下同）組，確保各個(gè)RC組材料的水膠比與膠凝材料用量均與對(duì)照組維持一致，并將用不同含水狀態(tài)的RCA材料組制作而成的混凝土依次編號(hào)為RC1、RC2、RC3，即分別為完全不含水的絕干狀態(tài)下的混凝土、飽和面干吸水率達(dá)到50%的氣干狀態(tài)下的混凝土以及飽和面干吸水率達(dá)到100%的飽和面干狀態(tài)下的混凝土。試驗(yàn)所使用的附加水用量則視含水狀態(tài)的改變而做出適當(dāng)修改。除此之外，為了真實(shí)觀(guān)察到混凝土常規(guī)工作性能與流變性能在試驗(yàn)推進(jìn)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化，研究決定將所有材料的坍落度維持在19cm~21cm。

3 結(jié)果與分析

3.1 再生粗骨料吸水時(shí)變規(guī)律

為了精準(zhǔn)了解RCA材料在絕干狀態(tài)下的吸水變化情況，研究者使用了靜水天平，得出結(jié)果如圖1所示。

觀(guān)察圖1可以得知，當(dāng)RCA材料的吸水性能極高，僅需15s即可接近飽和面干吸水率狀態(tài)下的一半左右；然而，待到達(dá)這一狀態(tài)之后，該材料的吸水性能便會(huì)大幅下降，據(jù)計(jì)算，當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行至5min時(shí)，材料含水率的提升量<20%。由此可見(jiàn)，隨著材料本身含水量的上升，其吸水速率便會(huì)明顯下降，待材料吸水率達(dá)到70%時(shí)，其吸水速率幾乎不再有所變化。綜上所述，為了提升RCA的吸水速率，可以選用處于絕干狀態(tài)下的材料進(jìn)行施工。

圖1 絕干狀態(tài)下的RCA吸水時(shí)變曲線(xiàn)

3.2 常規(guī)工作性能

圖2詳細(xì)展示了混凝土坍落度是如何隨著時(shí)間、減水劑用量等的變化而變化的。觀(guān)察圖2可以發(fā)現(xiàn)，NC組減水劑的添加量明顯超過(guò)RC組，其主要原因是RC組材料中本身包括附加水，導(dǎo)致拌合物內(nèi)部存在更多游離狀態(tài)下的水，因此無(wú)須使用與NC組同樣量的減水劑。觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，由于RC3組中RCA在試驗(yàn)之前已經(jīng)進(jìn)行了24h的浸泡，材料本身完全達(dá)到了飽和狀態(tài)且原先吸附在表層的灰塵等雜質(zhì)早已得到處理，表層光滑、摩擦力小，同樣無(wú)須添加過(guò)多的減水劑。綜上所述，施工中減水劑的使用情況需要根據(jù)粗骨料本身含水量的多少?zèng)Q定。

圖2 新拌混凝土坍落度經(jīng)時(shí)變化和減水劑用量

3.3 流變性能

圖3詳細(xì)展示了隨著試驗(yàn)進(jìn)度的推進(jìn)，新拌混凝土靜態(tài)屈服應(yīng)力的動(dòng)態(tài)變化。分析圖3可以得出，隨著試驗(yàn)進(jìn)度的推進(jìn)，NC組靜態(tài)屈服應(yīng)力能夠保持勻速提升，其他3組中，RC3組材料的靜態(tài)屈服應(yīng)力增長(zhǎng)速度雖然最慢，但其流變性能依然優(yōu)于NC組，造成這一現(xiàn)象的主要因素如下：1）RC3組中的RCA材料在試驗(yàn)之前已經(jīng)在水中浸泡了足足24h，其外部雜質(zhì)灰塵已被完全清除且表面光滑、摩擦力較小，因此靜態(tài)屈服應(yīng)力值偏小。2）在飽和面干狀態(tài)下，材料中原先的水分極易流出，導(dǎo)致RCA表層老砂漿水膠比偏高，表面潤(rùn)滑程度再次提升，因此靜態(tài)屈服應(yīng)力偏小。

此外，試驗(yàn)結(jié)果表明RC1組材料呈現(xiàn)的靜態(tài)屈服應(yīng)力值明顯低于NC組且當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行至30min時(shí)，RC1組材料的靜態(tài)屈服應(yīng)力增長(zhǎng)速度也降低至NC組之下，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是RC1組材料中包括附加水，因此使材料中的游離態(tài)水含量提升，然而隨著試驗(yàn)的推進(jìn)，附加水會(huì)逐漸被吸收，從而使靜態(tài)屈服應(yīng)力增大。圖3表示，當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行至45min時(shí)，RC1、RC2的靜態(tài)屈服應(yīng)力值相較于30min時(shí)均出現(xiàn)了明顯提升，其數(shù)值達(dá)到81%、70%。此外，相較于NC組材料，RC2組中游離態(tài)水含量明顯較多，然而由于該組材料表層粗糙、摩擦力大，導(dǎo)致其流變性能受到影響，靜態(tài)屈服應(yīng)力值也明顯高于NC組。

圖3 新拌混凝土靜態(tài)屈服應(yīng)力隨時(shí)間的變化

圖4主要說(shuō)明了混凝土動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力隨著試驗(yàn)的推進(jìn)所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)變化。分析圖5可以得知：在所有的試驗(yàn)材料中，NC組的動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力最弱，因此隨著試驗(yàn)進(jìn)度的推進(jìn)，其流變性能損失也最小；而在所有的再生混凝土中，動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力增長(zhǎng)最慢的是RC2，最快的則是RC1；綜合坍落度試驗(yàn)即可發(fā)現(xiàn)，RC1組由于吸水性能較高，因此導(dǎo)致其動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力增速明顯提升；但由于RC3組材料包括老砂漿，使RC3材料中的減水劑被吸收，最終導(dǎo)致RC3的動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力增長(zhǎng)量最大。

由此可見(jiàn)，若在混凝土材料中增加了RCA，將導(dǎo)致最終制成的混凝土具備更高的動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，相比于其他狀態(tài)下制成的再生混凝土，如果給絕干和飽和面干狀態(tài)下的材料添加RCA，將使最終制成的再生混凝土具備更高的動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力。此外，觀(guān)察圖4可以發(fā)現(xiàn)，在試驗(yàn)開(kāi)始的1min~15min，RC1、RC3材料的動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力變化趨于平緩，但當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行至30min~45min時(shí)，兩組材料的動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力便出現(xiàn)了顯著增長(zhǎng)，增長(zhǎng)幅度最大的則是RC1。

圖4 新拌混凝土動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力隨時(shí)間的變化

圖5詳細(xì)說(shuō)明了混凝土材料塑性黏度同樣會(huì)隨著時(shí)間的推移出現(xiàn)改變。觀(guān)察圖即可發(fā)現(xiàn)，與NC組相比，RC1、RC3組材料的塑性黏度都不強(qiáng)，即便靜置觀(guān)察也不會(huì)出現(xiàn)顯著改變。由此可見(jiàn)，即便NC組材料與RC組材料的初始坍落度保持一致，其所具備的塑性黏度同樣會(huì)出現(xiàn)不同的變化，而造成這一現(xiàn)象的主要原因是材料的塑性黏度往往隨著漿體內(nèi)水泥分子引力的變化而出現(xiàn)變化。

圖5 新拌混凝土塑性黏度隨時(shí)間的變化

研究發(fā)現(xiàn)，因?yàn)镽C1、RC2組材料中含有附加水，RC3組材料表面有滲出水，所以材料本身的水泥分子間距就大于NC組，也就是說(shuō)RC組的初始引力就偏小。隨著試驗(yàn)的推進(jìn)，材料中包括的水泥顆粒出現(xiàn)絮凝，導(dǎo)致其分子間引力得到顯著提升，因此隨著時(shí)間的推移，混凝土的塑性黏度也就會(huì)逐步提升。但是，觀(guān)察圖可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到15min~45min，RC2組材料的塑性黏度有明顯的提升，具體數(shù)值大于NC組材料數(shù)值，根據(jù)之前的試驗(yàn)可以了解到，與其他材料相比，RC2組材料所使用的減水劑量是最多的，所以最終導(dǎo)致RC2組材料的水泥顆粒分布得最分散，更容易發(fā)生水化，可以明顯提升其塑性黏度。

3.4 抗壓強(qiáng)度

圖6展示了混凝土在不同時(shí)間下的抗壓強(qiáng)度變化，分析圖6可以得知：如果材料表觀(guān)密度偏低或內(nèi)部包括老砂漿，則極易導(dǎo)致制作而成的混凝土抗壓強(qiáng)度偏低；試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不管是處于哪一個(gè)階段，RC1與RC3組材料的抗壓強(qiáng)度都弱于RC2組，這表示相較于其他狀態(tài)之下，氣干狀態(tài)下的材料更容易維持自身原本的抗壓強(qiáng)度。不僅如此，由于RC1中附加水的含量最高，因此當(dāng)混凝土出現(xiàn)硬化時(shí)，RC1組的抗壓強(qiáng)度會(huì)明顯降低；而分析RC3組則可發(fā)現(xiàn)，若材料中含有老砂漿，則極易發(fā)生滲漏，不斷提升過(guò)渡區(qū)砂漿的水膠比，進(jìn)而降低混凝土最終的強(qiáng)度。

圖6 各齡期混凝土抗壓強(qiáng)度

除此之外，觀(guān)察圖6還能發(fā)現(xiàn)，隨著試驗(yàn)進(jìn)行至28d時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度較開(kāi)始的7d有了顯著提升，具體提升量達(dá)到12MPa，可見(jiàn)其提升速度與對(duì)照組NC組基本吻合；相較其他的材料組，試驗(yàn)前7d內(nèi)，RC1組混凝土的抗壓強(qiáng)度最弱，然而其增速顯著，由此可見(jiàn)，在試驗(yàn)進(jìn)行至7d時(shí)，RC1組材料中的水分仍然沒(méi)有被完全吸收掉，因此其水膠比依然偏高，而隨著強(qiáng)度的不斷提升，材料中包括的水分含量越來(lái)越低，這也導(dǎo)致RC1組混凝玉抗壓強(qiáng)度增速顯著。然而，相比之下，RC3組材料的抗壓強(qiáng)度增速最慢，其主要原因則是因?yàn)殡S著強(qiáng)度的提升，材料內(nèi)部的水得以滲出，進(jìn)而使表層砂漿水膠比增大，提升最終材料的強(qiáng)度。

3.5 電通量與氯離子擴(kuò)散系數(shù)

試驗(yàn)進(jìn)行至28d時(shí)混凝土電通量和氯離子擴(kuò)散系數(shù)發(fā)生了變化，相較于對(duì)照組NC組，RC組的電通量與氯離子擴(kuò)散系數(shù)均偏高，由此可見(jiàn)RCA同樣會(huì)在很大程度上干擾最終混凝土材料的抗氯離子滲透性能。具體原因主要包括以下2個(gè)方面：1）由于材料表層包括老砂漿，導(dǎo)致RCA內(nèi)部含有更多的孔隙間距。2）養(yǎng)護(hù)材料時(shí)，RC1與RC2組材料中的附加水都會(huì)被吸收，只有RC3組中的水會(huì)逐漸滲出，但也就是在水傳輸?shù)倪\(yùn)動(dòng)中，混凝土內(nèi)部將出現(xiàn)更多的空隙間距，進(jìn)而導(dǎo)致抗氯離子滲透性能被削弱。

與此同時(shí)，試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)RC3組混凝土材料的兩項(xiàng)系數(shù)均明顯高于其他材料，其根本原因還是取決于表層新老砂漿分布不密實(shí)，存在孔隙，給離子傳輸提供了機(jī)會(huì)。綜上所述，若材料處于飽和面干狀態(tài)，則混凝土的抗氯離子滲透性能極易被RCA所干擾。

4 試驗(yàn)結(jié)果

隨著再生粗骨料含水率的降低，該材料的吸水性能就會(huì)提升，反之同理。項(xiàng)目所使用的混凝土性能在一定程度上會(huì)受再生粗骨料吸水性能的影響。

隨著再生粗骨料自身含水狀態(tài)的變化，最終混凝土的流變維持性能也將出現(xiàn)極大變化，經(jīng)過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，3種狀態(tài)下只有氣干狀態(tài)下材料的流變性能最經(jīng)受得住時(shí)間的考驗(yàn)，損耗最小。

如果將絕干或飽和面狀態(tài)下的粗骨料作為制作再生混凝土的原材料，其最終的抗壓能力必然弱于氣干狀態(tài)下制成的混凝土。其中，如果使用絕干狀態(tài)下的材料制作混凝土，隨著時(shí)間的推移，混凝土的抗壓強(qiáng)度將明顯升高；而如果使用飽和面干狀態(tài)下的材料制作混凝土，其抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)速度明顯偏慢。

與天然粗骨料制成的混凝土相比，再生粗骨料或多或少都會(huì)使再生混凝土的抗氯離子滲透性能下降。在3種材料中，飽和面干狀態(tài)下的再生粗骨料損耗程度最顯著。

5 結(jié)語(yǔ)

由此可見(jiàn)，由于再生粗骨料在使用過(guò)程中極易產(chǎn)生孔隙，且該材料密度不高、極易吸水，因此，加大了施工難度。該文詳細(xì)分析了再生粗骨料含水狀態(tài)對(duì)混凝土性能的影響，望試驗(yàn)結(jié)果能夠?yàn)槿蘸笙嚓P(guān)項(xiàng)目提供參考。