許新兵等

摘要：著重進(jìn)行了廢棄混凝土生產(chǎn)再生粗骨料和再生細(xì)骨料的試驗，測定了其相關(guān)基本性能，試驗結(jié)果表明：再生骨料的基本性能與天然骨料相比存在著一定的差異，這是由于再生骨料的表面有包裹著約為30%左右的水泥砂漿，導(dǎo)致再生骨料的表面粗糙、棱角較多，使得再生骨料的空隙率大、堅固性差、壓碎指標(biāo)值較高，這些特點(diǎn)會影響再生骨料混凝土的強(qiáng)度和耐久性；但是再生骨料表面粗糙，針片狀含量較小，吸水率大，這些特點(diǎn)會使再生骨料與新的水泥砂漿有良好的黏結(jié)性，對于再生混凝土的成型有一定的積極作用。

關(guān)鍵詞：混凝土；再生骨料；建筑垃圾

中圖分類號： TU991.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 16749944（2015）06030105

1 引言

建筑垃圾是城市垃圾的主要組成部分，而廢棄混凝土則是建筑垃圾的主要組成部分，這些廢棄混凝土如果不及時進(jìn)行回收利用，不僅會污染環(huán)境，還會造成資源的浪費(fèi)。因此研究再生混凝土是將來綠色混凝土技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。再生骨料（Recycled Aggregate，RA）是指廢棄混凝土經(jīng)特定處理、破碎、分級并按一定的比例混合后，形成的以滿足不同使用要求的粒徑在40mm以下的骨料[1]。有些建筑垃圾生產(chǎn)的再生骨料可能不適于配制混凝土或砂漿，但是可以用來生產(chǎn)再生骨料磚、再生骨料砌塊等[2]。再生骨料一般為表面包裹著部分水泥砂漿的石子，小部分是與砂漿完全脫離的石子，還有極少一部分為水泥石顆粒及少量碎石等組成[1]?，F(xiàn)實生活中，再生骨料多來源于建筑廢料。而廢棄混凝土和廢磚石塊是建筑廢料的主要組分，共約占建筑廢料的80%（以重量計）以上[3]。

在再生混凝土研究利用方面，國內(nèi)外早已開展了建筑垃圾生產(chǎn)再生骨料制備再生混凝土的新技術(shù)研究，并相繼出臺了一些再生混凝土規(guī)范，制定了《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177-2001）、《混凝土和砂漿用再生細(xì)骨料》（GB/T 25176-2001）兩部國家標(biāo)準(zhǔn)，中華人民共和國建筑工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》已經(jīng)通過專家審定。這些規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)保證了再生骨料應(yīng)用的效果和質(zhì)量，推動再生骨料在建筑工程中的應(yīng)用，使得再生骨料大量運(yùn)用于建設(shè)之中。再生骨料的來源中廢棄混凝土骨料是目前研究和應(yīng)用最多的再生骨料，主要應(yīng)用于再生混凝土的制備[4]。本次試驗就是通過用蘭州市廢棄混凝土制備再生骨料，對再生骨料的基本性能進(jìn)行試驗研究，得出其與天然骨料的差異，研究如何生產(chǎn)高性能的再生骨料，同時也為再生混凝土性能研究提供理論依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 再生骨料的制備

2.1.1 試驗加工工藝

對于不同類別的廢棄混凝土，我們可以采用不同的加工工藝[5]考慮到本試驗是在實驗室室內(nèi)進(jìn)行，成本相對較低，且不適宜大型機(jī)械的處理，而且試驗采用的再生骨料為廢舊建筑混凝土，雜物含量相對較為簡單。所以我們在對各類廢棄混凝土生產(chǎn)再生骨料的加工工藝進(jìn)行比較分析后，結(jié)合我們實驗室的實際情況，制定了一套適合本次試驗的加工工藝，見圖1。

圖1 試驗所采用的加工工藝

2.1.2 試驗原料及儀器

原料：廢棄混凝土生產(chǎn)再生骨料（蘭州市安寧區(qū)劉家堡某處廢舊拆除建筑混凝土）；天然碎石（5～31.5 mm連續(xù)級配的天然碎石（JGJ52-2006））；天然砂（細(xì)度模數(shù)為2.8的河沙（JGJ52-2006））；再生粗骨料（粒徑6～10 mm簡單破碎的再生粗骨料）；再生細(xì)骨料（粒徑<5 mm簡單粉碎的再生細(xì)骨料）。

試驗儀器：顎式破碎機(jī)（出粒粒度：6～10mm 浙江上虞市銀河測試儀器廠）；密封式制樣粉碎機(jī)（裝料粒度<5mm 浙江上虞市肖金化驗設(shè)備廠）；標(biāo)準(zhǔn)篩。

2.2 再生骨料的基本性能實驗研究

2.2.1 級配

再生骨料的粗細(xì)程度和顆粒級配用篩分析方法測定，用級配區(qū)表示骨料的級配[5]。將再生骨料由粗到細(xì)依次過篩，稱量各篩上的篩余量（g），計算各篩上的分計篩余率（%），再計算累計篩余率 （%）。

試驗步驟：

（1） 把試樣縮分至1100g，放在（105±5）℃烘箱中烘至恒溫。待冷卻至室溫后，篩除大于9.5mm的顆粒（并算出其篩余百分率），分大致相等兩份備用。

（2）稱烘干試樣500g，倒入從大到小的套篩上，放到搖篩機(jī)上，搖動10min，取下套篩按篩孔大小順序再逐個用手篩，篩至每分鐘通過量小于試樣總量0.1%為止，通過的試樣倒入下一號篩，再一起過篩，依次篩完為止。

（3）稱出各號篩的篩余量，精確至1g，試樣在各號篩上的篩余量不得超過200g，超過時應(yīng)該將篩余試樣分成兩份，并以兩次篩余量之和作為該號篩的篩余量。

（4）結(jié)果計算與評定：

A計算分計篩余百分率，精確至0.01%；

B計算累計篩余百分率，精確至0.01%；

再生骨料顆粒級配連續(xù)，級配曲線是一條光滑連續(xù)曲線（圖2），粒徑為5～31.5mm，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖2 再生骨料的級配曲線

2.2.2 表觀密度

（1）主要儀器設(shè)備。容量瓶（500mL）、托盤天平、干燥器、淺盤、鋁制料勺、溫度計、烘箱、燒杯等。

（2）試樣制備。將660g左右的試樣在溫度為（105±5）℃的烘箱中烘干至恒重，并在干燥器內(nèi)冷卻至室溫。

（3）試樣方法及步驟。①稱取烘干的試樣300g（m0），精確至1g，將試樣裝入容量瓶，注入冷開水至接近500mL的刻度處，搖轉(zhuǎn)容量瓶，使試樣在水中充分?jǐn)噭樱懦龤馀?，塞緊瓶塞后靜置24h。②靜置后用滴管添水，使水面與瓶頸500 mL刻度線平齊，再塞緊瓶塞，擦干瓶外水分，稱取其質(zhì)量（m1），精確至1g。③倒出瓶中的水和試樣，將瓶的內(nèi)外表面洗凈。再向瓶內(nèi)注入與前面水溫相差不超過2℃的冷開水至瓶頸500mL刻度線，塞緊瓶塞并擦干瓶外水分，稱取其質(zhì)量（m2），精確至1g。

（4） 結(jié)果計算。按下式計算再生骨料的表觀密度（精確至1kg/ m3）。

ρ0.5=（m0[]m0+m2-m1）×1000（kg/ m3）

由圖3可以直觀地看到，再生骨料的表觀密度小于天然骨料，而且再生細(xì)骨料的表觀密度小于再生粗骨料。再生骨料的表觀密度與再生骨料的粒徑、顆粒組成、級配和原混凝土的密度等有關(guān)。由于再生骨料的表面包裹著密度相對較小的舊混凝土砂漿，所以導(dǎo)致再生骨料的表觀密度的降低。

圖3 骨料的表觀密度

2.2.3 堆積密度

（1）主要儀器設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)容器（金屬圓柱形，容積為1L）、標(biāo)準(zhǔn)漏斗、臺秤、鋁制料勺、烘箱、直尺等。

（2）試樣制備。用四分法縮取再生骨料約3L、試樣放入淺盤中，將淺盤放入溫度為（105±5）℃的烘箱中烘干至恒重，取出冷卻至室溫，篩除大于4.75mm的顆粒，分為大致相等的兩份待用。

（3）試驗方法及步驟。①稱取標(biāo)準(zhǔn)容器的質(zhì)量（m1）精確至1 g；再測定標(biāo)準(zhǔn)容器的體積（V0）將標(biāo)準(zhǔn)容器置于下料漏斗下面，使下料漏斗對正中心。②取試樣一份，用鋁制料勺將試樣裝入下料漏斗，打開活動門，使試樣徐徐落入標(biāo)準(zhǔn)容器（漏斗出料口或料勺距標(biāo)準(zhǔn)容器筒口為5cm），直至試樣裝滿并超出標(biāo)準(zhǔn)容器。上部是錐體后關(guān)閉活門。③用直尺將多余的試樣沿筒口中心線向兩個相反的地方刮平，稱其質(zhì)量（m2），精確至1g。加料及刮平過程中不得觸動標(biāo)準(zhǔn)容器。

（4）結(jié)果計算。試樣的堆積密度按下式計算（精確至1kg/m3）：

ρ′0=m2-m1[]V0

堆積密度應(yīng)用兩份試樣測定，并以兩次結(jié)果的算術(shù)平均值作為測定結(jié)果。

骨料的堆積密度反映了骨料在堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。由于再生骨料在破碎過程中內(nèi)部產(chǎn)生大量微裂紋，造成骨料表面粗糙、棱角加多，這使得再生骨料的表面粗糙度比天然骨料大，骨料顆粒之間的空隙也要比天然骨料稍大，因此再生骨料的堆積密度就低于天然骨料（圖4）。

圖4 再生骨料的規(guī)程密度

2.2.4 空隙率

骨料的堆積體積包含了顆粒之間的空隙，其中空隙體積所占的比例即為骨料的空隙率。材料的空隙率按下式計算：

空隙率的大小反映了散粒骨料的顆?；ハ嗵畛涞闹旅艹潭?，可以作為控制骨料級配的依據(jù)。從圖5中可以看出，再生骨料的空隙率相比天然骨料來說較大，再生粗骨料的空隙率大于再生細(xì)骨料。這是由于再生骨料在破碎過程中造成表面粗糙、增加了棱角效應(yīng)，且再生骨料的堆積密度大，這些都是再生骨料空隙率較小的原因。

圖5 再生骨料的空隙

2.2.5 吸水率

（1） 主要儀器設(shè)備。天平、烘箱、玻璃盆、游標(biāo)卡尺等。

（2） 試樣制備。將試樣洗凈置于溫度為（105±5）℃的烘箱中烘至恒重，在放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫待用。

（3） 測試方法與步驟。①從干燥器內(nèi)取出試樣稱其質(zhì)量m1。②將試樣放入玻璃盆中，在盆底放置墊條（玻璃管或玻璃棒），使試樣和盆底有一定距離，試樣之間留出1～2cm的間隙，使水能夠自由進(jìn)入。③加水至試樣高度的1/3處，過24h后再加水至試樣高度的2/3處，再過24h后加滿水，并放置24h。逐次加水的目的是使試樣內(nèi)的空氣排出。④取出試樣，用擰干的濕毛巾擦去試樣表面水分后稱取質(zhì)量m2。

為檢驗試樣是否吸水飽和，可將試樣重新滲入水中至試樣高度的3/4處，過24 h后重新稱量，兩次稱量結(jié)果之差不超過1%即可認(rèn)為吸水飽和。

（4） 結(jié)果計算。材料的質(zhì)量吸水率按下式計算：

式中：WW為材料的質(zhì)量吸水率；m1為試樣的干燥質(zhì)量；m2為試樣的吸水飽和質(zhì)量。

按規(guī)定，材料的吸水率測試應(yīng)用三個試樣平行進(jìn)行，并以三個試樣吸水率的算術(shù)平均值作為測試結(jié)果。試驗結(jié)果精確至0.1%。

由圖6中可以看出，再生骨料的吸水率大于天然骨料，而再生細(xì)骨料的吸水率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于天然砂。這是由于天然碎石和砂子的孔隙很少，孔隙率很低，所以天然骨料的吸水率很低，一般都低于3%。而再生骨料，其顆粒的表面較為粗糙、顆粒的棱角多，而且再生骨料在破碎過程中，其內(nèi)部往往會損傷積累大量的微裂紋，因此再生骨料的吸水率要比天然骨料大得多。然而對于再生細(xì)骨料，顆粒組分中包含相當(dāng)數(shù)量的水泥砂漿，砂漿體中的水泥本身的孔隙就比較大，這造成了再生細(xì)骨料的吸水率遠(yuǎn)大于天然砂。

圖6 再生骨料的吸水率

2.2.6 堅固性

再生骨料的堅固性主要是指骨料在氣候、外力和其他物理因素作用下骨料抗碎裂的能力，本次試驗是通過硫酸鈉飽和溶液滲入碎石或卵石中形成結(jié)晶時的裂脹力對碎石或卵石的破壞程度，來間接地判斷骨料的堅固性。

（1）主要儀器設(shè)備.烘箱、天平、方孔篩、三角網(wǎng)籃、硫酸鈉溶液、密度計、容器。

（2）試樣制備.將試樣淋洗干凈，放入（105±5）℃烘箱內(nèi)烘干至恒量，取出冷卻，篩除小于4.75mm的顆粒待用。

（3）測試方法與步驟.①將所稱取的不同骨料的試樣mg裝入三腳網(wǎng)籃后浸入盛有硫酸鈉（1.151～1.174g/cm3）溶液（20～25℃）中（溶液體積應(yīng)不小于試樣總體積的5倍），上下升降25次，排出氣泡，液面至少高出試樣表面30mm。②浸泡20h后，將試樣提起，在烘箱（105±5）℃中烘4h，至此完成了第一次試驗循環(huán)。待試樣冷卻至20～25℃。從第二循環(huán)起，浸泡和烘干均為4h。③第五次循環(huán)后，用清潔的溫水淋洗試樣，再烘至恒重，冷卻后用下限篩過篩，稱取各粒級試樣試驗后篩余量（my）。

（4）結(jié)果計算。骨料的質(zhì)量損失百分率，精確至0.1%：

由圖7可以看出，再生骨料的質(zhì)量損失率大于天然骨料，這是由于再生骨料顆粒表面有砂漿附著，導(dǎo)致骨料的吸水率增大，其吸附的飽和硫酸鈉溶液就愈多。再者還因為再生骨科在解體破碎過程中產(chǎn)生大量的微裂紋，使得再生骨料的空隙率增大，更加容易破碎，即再生骨料的堅固性較差。而本次試驗所得的再生粗骨料的空隙率大于再生細(xì)骨料，所以其質(zhì)量損失率也較大。

圖7 再生骨料的質(zhì)量損失率

2.2.7 壓碎指標(biāo)

壓碎指標(biāo)是反映粗骨料的強(qiáng)度和顆粒形狀的綜合指標(biāo)，一般是用于表示粗骨料的抗壓能力。本次試驗測定粗骨料的壓碎指標(biāo)我們采用的是YHKC-2A型顆粒強(qiáng)度測定儀直接測定。

YHKC-2A型顆粒強(qiáng)度測定儀是顆粒強(qiáng)度測定儀系列最新產(chǎn)品，采用先進(jìn)的傳感測量技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)字顯示的最新顆粒強(qiáng)度測定儀。該儀器有體積小、強(qiáng)度值直讀、精度高、使用更方便，是最為理想的新一代顆粒強(qiáng)度測定儀。

（1）測定方法與步驟。①逆時針旋轉(zhuǎn)手輪，使加力桿上移，接通電源，顯示器顯示儀器最大量程500N，如顯示其它數(shù)值，應(yīng)按清零鍵，清零指示燈亮，數(shù)字顯示為 0.0N。②將試驗樣品置于樣品盤中心位置，如樣品過重，顯示數(shù)字變化，應(yīng)再次重復(fù)操作，按清零鍵，最后顯示0.0N。再順時針旋轉(zhuǎn)手輪，將加力桿下移，當(dāng)加力桿接近樣品時，按一下峰值保持鍵，此時峰值保持指示燈亮，再繼續(xù)慢慢旋轉(zhuǎn)手輪，此時顯示器已有數(shù)據(jù)顯示，并隨著試驗力的增加而增大，當(dāng)樣品顆粒破碎時，受力的最大數(shù)值即被鎖定，此時數(shù)字直接顯示最大強(qiáng)度值。③繼續(xù)試驗時，將樣品盤中的殘留物清除，按一下峰值保持鍵，解除峰值保持，數(shù)字恢復(fù)顯示為 0.0N，同時峰值保持指示燈熄滅，且按一下清零鍵，直到數(shù)字顯示為 0.0N。

（2）結(jié)果計算。測定多次求取平均值，測定結(jié)果見表1。

測定結(jié)果表明，再生粗骨料的壓碎指標(biāo)值高于天然粗骨料。骨料的壓碎指標(biāo)與原混凝土的強(qiáng)度有關(guān)，原混凝土的強(qiáng)度越高，再生粗骨料的壓碎指標(biāo)值就會越低。所以再生粗骨料表面包裹著強(qiáng)度較低的水泥砂漿，以及在破碎加工過程中對原混凝土造成的損傷，這些都會導(dǎo)致再生粗骨料的壓碎指標(biāo)值較大。

2.2.8 針片狀顆粒含量

針片狀骨料含量是粗骨料的重要指標(biāo)，試驗采用規(guī)準(zhǔn)儀法測定粗骨料的針片狀含量，以百分率計。本方法測定的針片狀含量，是指使用專用規(guī)準(zhǔn)儀測定的粗骨料顆粒的最小厚度（或直徑）方向與最大長度（或?qū)挾龋┓较虻某叽缰刃∮谝欢ū壤念w粒。

（1）主要儀器設(shè)備。針狀規(guī)準(zhǔn)儀及片狀規(guī)準(zhǔn)儀、天平或臺秤、標(biāo)準(zhǔn)篩。

（2）試樣制備。將試樣淋洗干凈，放入（105±5）℃烘箱內(nèi)烘干至恒量，取出冷卻，并用四分法縮分骨料，滿足表2規(guī)定的質(zhì)量和篩分粒徑備用。

（3）測試方法與步驟。①目測挑出接近立方體形狀的規(guī)則顆粒，將目測有可能屬于針片狀顆粒的骨料用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)準(zhǔn)儀逐粒進(jìn)行針狀顆粒鑒定，挑出顆粒長度大于針狀規(guī)準(zhǔn)儀上相應(yīng)間距而不能通過者，為針狀顆粒[7]。②將通過針狀規(guī)準(zhǔn)儀上相應(yīng)間距的非針狀顆粒用標(biāo)準(zhǔn)片狀規(guī)準(zhǔn)儀進(jìn)行逐粒鑒定，挑出厚度小于片狀規(guī)準(zhǔn)儀上相應(yīng)孔寬能夠通過者，為片狀顆粒。③稱量由各粒徑挑出的針狀顆粒和片狀顆粒的質(zhì)量，其總質(zhì)量為m1。

（4）結(jié)果計算。粗骨料的針片狀顆粒含量按下式計算，精確至0.1%：

QC=m1[]m0×100%

式中：QC為試樣的針片狀含量（%）；m1為試樣中所含針狀顆粒與片狀顆粒的總質(zhì)量（g）；m0為試樣的總質(zhì)量（g）。

測定結(jié)果表明，再生粗骨料的針片狀含量要比天然粗骨料的要小?；炷猎偕止橇隙酁閺脑炷林袆冸x出來的天然卵石、碎石。在剝離破碎過程中，原天然碎石中的部分針片狀顆粒被破碎，再生粗骨料中的針片狀顆粒的含量降低。

3 再生骨料的基本性能試驗結(jié)論

（1）再生骨料的基本性能與天然骨料相比存在著一定的差異：由于再生骨料的表面有包裹著水泥砂漿，導(dǎo)致再生骨料的表面粗糙、棱角較多，使得再生骨料的表觀密度較小，再生骨料顆粒間的空隙率較大，堆積密度大；同時再生骨料在破碎過程中從原混凝土中剝離出一些天然碎石，同時內(nèi)部產(chǎn)生大量微裂紋，所以再生骨料的吸水率較大，堅固性差，壓碎指標(biāo)值較高，針片狀顆粒含量降低。

（2）再生骨料的空隙率大、堅固性差、壓碎指標(biāo)值較高這些特點(diǎn)會影響再生骨料混凝土的強(qiáng)度和耐久性[8]；但是再生骨料表面粗糙，針片狀含量較小，吸水率大，這些特點(diǎn)會使再生骨料與新的水泥砂漿有良好的黏結(jié)性，對于再生混凝土的成型有一定的積極作用。

（3）根據(jù)再生骨料性能的不同，我們可以用來生產(chǎn)滿足不同需要、不同強(qiáng)度的再生混凝土，最大限度地利用廢棄混凝土骨料。

（4）對于再生骨料的加工工藝，可以建議采用本試驗的再生骨料加工方法用于工業(yè)大規(guī)模實踐生產(chǎn)中，也可以針對再生骨料的不同需求改變加工工藝流程，盡量尋求最經(jīng)濟(jì)合理的加工工藝。

（5）今后可以進(jìn)一步對再生骨料進(jìn)行分類處理，提高再生骨料的品質(zhì)，還可以對其進(jìn)行改性處理，使再生粗骨料、再生細(xì)骨料的性能接近或優(yōu)于天然骨料，以達(dá)到替代的目的。

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