丁海軍 王振波 張衛(wèi)東

再生混凝土是指利用廢棄混凝土破碎加工而成的再生集料,部分或全部代替天然集料配制而成的新混凝土[1]。

1 再生粗骨料

本試驗采用的再生粗骨料(Recycled Aggregate Concrete,RAC)來源于宿遷學(xué)院建筑工程系結(jié)構(gòu)試驗室廢棄的混凝土試塊。天然粗骨料(Natural Aggregate Concrete,NAC)為市場上購買的2號石子,最大顆粒粒徑為31.5 mm,級配為連續(xù)級配。再生骨料生產(chǎn)工藝流程主要有破碎處理、剔除鋼筋等雜質(zhì)、篩分、清洗等[2]。經(jīng)過比較分析國內(nèi)外對再生骨料的生產(chǎn)工藝,根據(jù)學(xué)校實驗室現(xiàn)有設(shè)備,給出一套適合本試驗的生產(chǎn)工藝流程。首先,廢棄混凝土塊中存在著鋼筋、木塊、塑料碎片、玻璃、建筑石膏等各種雜質(zhì),為確保再生混凝土的品質(zhì),人工去除雜質(zhì)。把廢棄混凝土試塊用鄂式破碎機破碎成顆粒,用孔徑5 mm和40 mm的篩把粒徑在5 mm～40 mm的顆粒篩分出來。顆粒的表面較為粗糙,空隙較多,天然粗骨料的表面則相對光滑。肉眼可以看到顆粒表面大都附著水泥砂漿,直接導(dǎo)致水泥漿和骨料的粘結(jié)力降低,從而降低再生混凝土的強度。因此需經(jīng)沖洗,烘干后作為再生粗骨料使用[3]。

1)級配。試驗儀器設(shè)備:實驗篩孔徑為31.5 mm,26.5 mm,19.0 mm,16.0 mm,9.5 mm,4.75 mm,2.36 mm的方孔篩,以及篩的底盤、蓋各一只,篩框內(nèi)徑約300 mm;電子稱一臺;搖篩機一臺。將取代率為0%,25%,50%,75%,100%的再生粗骨料各取8 kg按標準實驗方法篩分。篩分結(jié)果見表1,可見幾種取代率的再生粗骨料粒徑大小組合都符合GB/T 14685-2001建筑用碎石、卵石的連續(xù)級配要求。

2)堆積密度與表觀密度。再生粗骨料與天然粗骨料的堆積密度和表觀密度的試驗結(jié)果見表2。試驗結(jié)果表明,與天然粗骨料對比,再生粗骨料的堆積密度和表觀密度分別降低 8%和10%,密度降低的主要原因有再生粗骨料表面裹有水泥砂漿,另外再生粗骨料里還包含部分獨立成塊的水泥砂漿[4]。水泥砂漿的密度要低于天然碎石的密度,導(dǎo)致再生粗骨料的密度要低于天然粗骨料。

表2 天然粗骨料與再生粗骨料的密度 kg/m3

表1 再生骨料的篩分結(jié)果表

3)吸水率。再生粗骨料與天然粗骨料的吸水率試驗結(jié)果見表3,試驗表明,再生粗骨料的吸水率高于天然粗骨料,大約為天然粗骨料的3.7倍。其原因在于再生骨料顆粒棱角多,表面粗糙,組分中包含相當數(shù)量的硬化水泥砂漿(包裹在天然骨料表面或以碎屑形式存在),水泥砂漿本身孔隙比較大,且在破碎過程中其內(nèi)部產(chǎn)生大量的微裂縫[5],因此,再生骨料的吸水性和吸水速率比天然骨料要大。隨時間的變化關(guān)系可以看出天然粗骨料和再生粗骨料均在短時間內(nèi)吸水飽和。對于再生粗骨料,10 min吸水量可以達到飽和量的85%,30 min吸水量可以達到飽和量的95%。

表3 天然粗骨料和再生粗骨料的吸水率 %

由以上試驗可以看出,本試驗中用的再生粗骨料能夠滿足規(guī)范GB/T 14685-2001建筑用碎石、卵石對粗骨料的要求(表觀密度不小于2 500 kg/m3,堆積密度不小于1 350 kg/m3,吸水率不大于10%)。因此,目前看來,該再生粗骨料可以代替天然粗骨料來配制混凝土。

2 再生混凝土配合比設(shè)計

1)試驗材料。水泥為32.5級普通硅酸鹽水泥,其表觀密度為3 100 kg/m3;砂為中砂,細度模數(shù)為2.6,含水量為6.6%;上述試驗得粗骨料基本性能見表4。

表4 粗骨料的基本性能

2)基于抗壓強度的配合比設(shè)計。借鑒JGJ 55-2000普通混凝土配合比設(shè)計章程,配制C30強度等級混凝土。水灰比0.409,砂率35%,將再生混凝土的用水量分為凈用水量和附加用水量兩部分?；炷凉卜譃槲褰M,編號為 RC—0%,RC—25%,RC—50%,RC—75%,RC—100%,分別代表粗骨料取代率為 0%,25%,50%,75%,100%的再生混凝土,施工配合比見表5。

表5 再生混凝土的施工配合比設(shè)計

3 立方體抗壓強度

1)試塊制作和養(yǎng)護?；炷翑嚢柙O(shè)備為一容量為15 L的攪拌機。采用二次投料法,先加入粗骨料和砂,攪拌2 min,再加入水泥和水,攪拌5 min。5組不同取代率試塊,每組做 3塊,共計15塊。將混凝土拌合物注入鋼模,經(jīng)振動臺振實,24 h后拆模,放入實驗室標準養(yǎng)護28 d后取出試驗。2)試驗方法。立方體抗壓試驗采用長春試驗機研究所生產(chǎn)的電液伺服壓力試驗機,最大試驗力5 000 kN。試驗過程中連續(xù)均勻加載,加載速度為2 mm/min。取三個試件測試值的平均值作為該組試件的抗壓強度值,若三個測定值中的最大值或最小值中有一個與中間值的差值超過中間值的15%,則把最大值和最小值舍除,取中間值作為該組試件的抗壓強度值。如果最大值和最小值與中間值的差值均大于中間值的 15%,則該組試驗結(jié)果無效[6]。3)試驗結(jié)果。五種不同再生粗骨料取代率的再生混凝土立方體抗壓強度見表6。由表6可見,再生混凝土的立方體抗壓強度隨再生粗骨料取代率的增加而降低,與普通混凝土相比,再生混凝土的抗壓強度有所降低。與普通混凝土試塊r=0%相比,再生混凝土試塊r=25%的抗壓強度降低了0.41 MPa;再生混凝土試塊r=50%的抗壓強度降低了1.17 MPa;再生混凝土試塊r=75%的抗壓強度降低了2.79 MPa;再生混凝土試塊r=100%的抗壓強度降低了3.09 MPa。但是所有取代率的再生混凝土都達到C30強度等級要求。

表6 立方體抗壓試驗值 MPa

4 結(jié)語

如果再生粗骨料能夠滿足規(guī)范GB/T 14685-2001建筑用碎石、卵石對粗骨料的要求,再生粗骨料可以部分或全部代替天然骨料生產(chǎn)C30強度等級混凝土。再生混凝土抗壓強度相對低于普通混凝土,且隨再生粗骨料取代率的增加而降低。

[1] 劉婷婷,張 濤.再生混凝土研究現(xiàn)狀與存在的問題[J].山東建材,2005(4):1-4.

[2] 肖建莊.再生混凝土[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[3] 沈大欽.再生骨料混凝土性能的研究[D].北京:北京交通大學(xué),2006.

[4] Shelburne Wayne M,Degroot Don J.Useof waste and recycled materials in highway construction[J].Civil engineering practice,1998,13(1):5-6.

[5] 陳永剛,曹貝貝.再生混凝土國內(nèi)外發(fā)展動態(tài)[J].國外建材科技,2004(3):4-5.

[6] 肖建莊,李佳彬,孫振平,等.再生混凝土的抗壓強度研究[J].同濟大學(xué)學(xué)報,2004(2):37-38.