陳業(yè)超

(中山市堤圍管理中心，廣東 中山 528400)

1 概述

21世紀社會關注的主要問題之一是保護我們的環(huán)境。這種意識使得廢棄物被認為是一種可回收利用的產(chǎn)品[1]。混凝土是建筑業(yè)中的主要加工材料，是僅次于水的第二大消耗品[2]，混凝土制造過程中，需要水、水泥和骨料，骨料主要來自礦坑的開采，由于大量骨料的消耗，導致礦坑開采過度。除了礦坑開采過度的問題，還有建筑拆除產(chǎn)生的廢物管理問題.建筑業(yè)所產(chǎn)生的的廢物與原材料的消耗一樣多[3]，建筑業(yè)為了適應新的環(huán)境要求，變得更加可持續(xù)發(fā)展。回收混凝土廢料來生產(chǎn)新的混凝土是減少建筑業(yè)環(huán)境影響的主要途徑之一[4]。在預制工業(yè)中，一些生產(chǎn)出來的混凝土試件由于質量測試不合格而被廢棄。這些產(chǎn)品可以被粉碎以生產(chǎn)骨料，并重新投入到生產(chǎn)過程中。

本研究考察了混凝土多次回收的可能性，從一些廢棄的預制混凝土件中生成再生骨料，再利用骨料制成再生混凝土。研究了第一次和第二次循環(huán)再生混凝土粗骨料制成的再生混凝土的物理力學性能。在所有關于再生混凝土的研究中，只有少數(shù)研究了多重再生混凝土[5]。因此，本研究的實驗結果有助于支持多重再生混凝土的實現(xiàn)。

2 材料與方法

本研究將重復使用(2次循環(huán))再生混凝土骨料進行混凝土生產(chǎn)。再生混凝土骨料替代品為100%天然粗骨料。一共制作了3種混凝土，2種可回收，1種不可回收。目的是比較不同再生混凝土和普通混凝土(僅由天然骨料制成的最后一種混凝土)的性能。為了研究多重再生粗骨料的效果，選用3種不同的粗骨料，分別是：①NCA：天然粗骨料，粒徑：4～10mm砂礫和10～20mm礫石。來自采石場的碎石灰石。②RCA1：第一次再生混凝土粗骨料，粒度：6～12mm砂礫和12～20mm礫石。它是通過粉碎不合格的預制件而獲得的。③RCA2：第二次再生混凝土粗骨料，粒度：6～12mm砂礫和12～20mm礫石。它是從第一代再生混凝土中獲得的。它是通過粉碎RCA1為粗骨料的混凝土制作而成。

此外，在所有混凝土中，包括回收和非回收混凝土，都使用了破碎的石灰石砂作為細骨料(FA)。生產(chǎn)了3種類型的混凝土，每一種粗骨料如上所述。不同類型的混凝土配合比始終相同；唯一不同的是所用粗骨料的種類?；旌媳壤姳?。

表1 3種不同混凝土試件配合比 單位：kg/m3

這個用量在混凝土工業(yè)中通常用于生產(chǎn)C30混凝土，具有中等和易性，坍落度在60～90mm之間，使用增塑劑和高效減水劑作為外加劑。

生產(chǎn)的不同類型的混凝土有：①Control：用NCA零置換制成的混凝土。②RC1：第一代再生混凝土，由RCA1 100%替代NCA制成的混凝土。③RC2：第二代再生混凝土，由RCA2 100%替代NCA制成。

混凝土的生產(chǎn)過程均按照《中華人民共和國國家標準：預拌混凝土(GB/T 14902—2012)》進行。使用PO42.5R普通硅酸鹽水泥，其主要性能指標檢測值見表2。

表2 水泥主要性能參數(shù)

天然河砂最大粒徑為4.50mm，比重為2.63，堆積密度為1650kg/m3，細度模數(shù)為2.6。制備邊長為150mm的標準立方體試件和直徑150mm×高300mm的圓柱體試件來滿足研究要求。所有的立方體和圓柱體混凝土試件均在溫度為20℃±1℃和濕度大于95%的條件下養(yǎng)護，混凝土拌合過程按照JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規(guī)程》進行配比?；炷涟韬衔镌囼灪突炷猎噳K試驗分配數(shù)量見表3。

表3 分配混凝土拌合物試驗和混凝土試塊試驗數(shù)量

試驗分2個階段進行：第一階段為混凝土拌合物性能，第二階段為混凝土硬化性能。在混凝土拌合物階段，根據(jù)國標對所有混合料進行了坍落度測試和空氣含量測試。在第二階段，分析了硬化混凝土的特性如下：根據(jù)國標，測試立方體試塊的抗壓強度；在飽和表面干時測量了干密度和吸水率，根據(jù)GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》，利用混凝土動彈模量測定儀測量混凝土的動態(tài)彈性模量。

3 結果與討論

3.1 混凝土拌合物性能：坍落度和空氣含量

新拌合的混凝土坍落度和空氣含量的平均值見表4。

表4 混凝土拌合物性能

天然粗骨料配制的混凝土的坍落度平均值最高，為76mm。RC1和RC2的坍落度平均值分別為58和52mm。與非再生混凝土相比，再生混凝土的坍落度值有所下降。由于RC1坍落度值高于RC2坍落度值，可以認為混凝土的和易性隨著每次再生循環(huán)而降低。這可能是由于再生粗骨料比天然粗骨料具有更高的粗糙度和棱角度，而且再生粗骨料的吸水率高于天然粗骨料；再生骨料的吸水性能隨再生次數(shù)的增加而增強。每循環(huán)一次，再生混凝土的和易性就會有所降低。

空氣含量測試結果見表4。可以看出，所有混凝土拌合物的含氣量幾乎相同，因此對照混凝土與再生混凝土之間沒有顯著差異，再生混凝土之間也沒有顯著差異。

3.2 混凝土密度與吸水率

不同混凝土配合比的飽和密度、干密度和吸水率試驗結果見表5。

表5 硬化混凝土的密度和吸水性

結果表明，再生混凝土密度低于對照混凝土，因為使用的再生骨料比天然骨料更輕。RC1和RC2的飽和密度分別下降1.65%和2.48%；在干密度方面，RC1和RC2的差異更為明顯，分別下降3.07%和3.95%。隨著混凝土循環(huán)周期的增加，混凝土密度呈下降趨勢。

在吸水率方面，與密度不同，再生混凝土的吸水率高于對照混凝土的吸水率。RC1和RC2分別增長25.24%和26.39%。在這種情況下，觀察到的趨勢是吸水性隨著循環(huán)次數(shù)的增加而增加。

密度和吸水率都與所使用的骨料的特性密切相關。再生骨料比天然骨料密度小，吸水性強。這種現(xiàn)象是由于再生循環(huán)骨料上存在黏結的砂漿，這樣會導致密度更低，吸收率更高。隨著每一次再生循環(huán)，附著的砂漿的數(shù)量會增加，凝結硬化后的混凝土將變得松散，更有吸水性[6-7]。

3.3 抗壓強度

通過萬能試驗機對不同類型混凝土在不同測試齡期(2，7，28和90d)進行測試，得到平均抗壓強度的結果見表6。

表6 混凝土平均抗壓強度結果 單位：MPa

使用夏皮羅維爾克檢驗法檢測不同類型混凝土在不同齡期中(2，7，28和90d)抗壓強度的正態(tài)性，結果見表7。

表7 夏皮羅維爾克檢驗法對抗壓強度正態(tài)性檢驗結果

檢測結果表明，在所有試驗齡期，再生混凝土的抗壓強度均高于對照混凝土。再生混凝土RC1和RC2在統(tǒng)計學上差異不顯著。

所研究的3種混凝土在所有測試齡期的抗壓強度的箱線圖如圖1所示。

圖1 混凝土抗壓強度箱線圖

由圖1可知，再生混凝土的抗壓強度優(yōu)勢較為明顯。

混凝土的相對抗壓強度如圖2所示。

圖2 混凝土的相對抗壓強度

由圖2可知，再生混凝土的抗壓強度相對增量很小，在2d齡期RC1和RC2的相對增量分別為4.97%和7.06%，在7d齡期RC1和RC2的相對增量分別為7.36%和11.20%，在28d齡期RC1和RC2的相對增量分別為8.60%和8.78%，在90d齡期RC1和RC2的相對增量分別為13.50%和13.65%。在再生混凝土中，所有齡期的RC2抗壓強度都大于RC1強度，但是差異非常小，尤其是到硬化后期，幾乎沒有差異，從統(tǒng)計數(shù)據(jù)上來看無法證明RC1和RC2 2種混凝土抗壓強度方面的不同。

與對照混凝土相比，使用100%多重再生粗骨料不會導致再生混凝土抗壓強度下降；相反，再生混凝土對所有的測試齡期都表現(xiàn)出優(yōu)異的抗壓能力。第二次循環(huán)的RC2比第一次循環(huán)的RC1的抗壓強度更高。在本次測試中，再生粗骨料只來自高標準制造預制混凝土塊，使再生骨料的質量較好，再生混凝土的抗壓能力會強于對照混凝土相比。

3.4 靜態(tài)彈性模量和動態(tài)彈性模量

2種不同再生混凝土(第一代和第二次再生混凝土)和對照混凝土的靜態(tài)彈性模量和動態(tài)彈性模量的數(shù)值如圖3所示。

圖3 混凝土的靜態(tài)彈性模量和動態(tài)彈性模量

與對照混凝土相比，再生混凝土的彈性模量在靜態(tài)模量和動態(tài)模量上均有所降低，而且靜態(tài)模量和動態(tài)模量隨再生混凝土循環(huán)次數(shù)的增加而降低。

在靜態(tài)彈性模量方面，對照混凝土為34.6GPa，比RC1和RC2分別高12.14%和13.01%。在動態(tài)彈性模量方面，對照混凝土為45.8GPa，比RC1和RC2分別高10.04%和12.01%。這是由于水泥凝結硬化后的彈性模量比天然骨料小，每循環(huán)回收一次，砂漿的附著量就會增加。因此，再生混凝土的剛度比只用天然骨料制成的混凝土要低，導致兩種再生混凝土的靜態(tài)彈性模量和動態(tài)彈性模量都有所降低。

4 結論

本文介紹了利用回收的廢棄混凝土制作粗骨料生產(chǎn)再生混凝土的可行性試驗。結果表明重復再生粗骨料混凝土的和易性、密度、吸水率均隨著循環(huán)周期的增加而增加。第一代和第二代再生混凝土的抗壓強度均有優(yōu)于天然骨料制作的混凝土。再生混凝土的靜態(tài)彈性模量和動態(tài)彈性模量均低于天然骨料混凝土。使用廢棄的重復再生粗骨料，在抗壓強度方面表現(xiàn)出良好的價值。相反，彈性模量數(shù)值的降低，導致抗變形能力略有下降。再生混凝土粗骨料的應用可減少天然骨料的消耗及廢棄混凝土對環(huán)境的影響，具有推廣應用價值，但由于抗變形能力下降，在使用中應避免發(fā)生脆性破壞。