鞠興華，邱志軍 ，Iqbal Marie

(1.陜西鐵路職業(yè)技術學院，陜西 渭南 714000； 2.中交隧道局第二工程有限公司，陜西 西安 710100； 3.The Hashemite University, Zarqa 13115, Jordan)

0 引 言

在改建項目中，建筑垃圾作為一種主要的房屋建筑廢棄材料，具有數(shù)量大、運輸困難、處理成本高、環(huán)保性差及難以利用等問題[1-8]。由于建筑垃圾屬于混凝土范疇，其自身性質接近于道路水泥混凝土的集料，這為其循環(huán)利用提供了可能[9-11]。道路領域學者針對建筑垃圾再生骨料混凝土開展了一定的研究：李惠強等[12]從制備工藝及應用方法出發(fā)，提出了建筑垃圾的再生利用方法；邱樹恒等[13]利用建筑垃圾分別制備粗集料和細集料，并對不同規(guī)格再生骨料制備而成的水泥混凝土性能進行了研究；牛永宏等[14]通過將建筑垃圾應用于路基回填，得出了回填路基再生骨料的技術指標要求；周新鋒等[15]研究了不同再生材料摻量的水泥穩(wěn)定碎石的路用性能；魏華等[16]研究了以再生骨料作為基層材料的配比設計方法；郭遠臣等[17]研究了含水率及砂漿含量對于再生骨料水泥混凝土性能的影響規(guī)律。由此可見，建筑垃圾的循環(huán)利用已經成為中國建筑行業(yè)可持續(xù)性發(fā)展的重中之重。

本文選用渭南某房屋重建項目的建筑垃圾，制備不同類型的再生骨料及其水泥混凝土試件，采用抗壓強度試驗、抗折強度試驗等系統(tǒng)研究不同類型再生骨料對混凝土力學性能的影響規(guī)律，借助電子顯微鏡(SEM)分析再生骨料混凝土的微觀結構。

1 試驗原材料與方法

1.1 試驗原材料

1.1.1 再生骨料制備

本文建筑垃圾取自渭南市某城鎮(zhèn)規(guī)劃改造項目，主要組成為混凝土碎塊及磚石等。將建筑垃圾收集后進行再生骨料的制備，制備主要采用錘式破碎機進行， 再生骨料的制備工藝流程如圖1所示。

圖1 再生骨料制備流程

1.1.2 再生骨料級配分析

采用振動搖篩機對制備好的再生骨料進行篩分試驗，發(fā)現(xiàn)再生骨料粒徑級別主要集中于6～10 mm。

通過進一步篩分可得到再生骨料的具體級配組成，如表1所示。

表1 再生骨料級配組成

由表1可知，再生骨料中的混凝土和紅磚顆粒粒徑主要集中于2.36～9.5 mm之間，在后續(xù)應用中將根據(jù)該結果進行混凝土配合比調整。

1.1.3 其他材料組成

水泥采用山東山水水泥集團有限公司生產的P·O32.5水泥，粉煤灰采用河津市龍江粉煤灰開發(fā)利用有限公司生產的產品，外加劑采用河南克功建材有限公司生產的CaCl2早強劑，水采用渭南市飲用水。水泥的技術性能指標如表2所示。

表2 水泥的技術指標

1.1.4 試驗用混凝土配合比

依據(jù)再生骨料混凝土的已有研究經驗[18-21]，分別采用廢棄混凝土及紅磚2種再生骨料進行混凝土制備，再生骨料混凝土的水灰比主要為0.42，其配合比如表3所示。

表3 再生骨料水泥混凝土配合比

1.1.5 試件制備與養(yǎng)護

根據(jù)再生骨料水泥混凝土配合比準備各類原材料，依據(jù)《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB T 50081—2002)分別制備抗壓強度及抗折強度試驗試件，抗壓強度試件尺寸為100 mm×100 mm×400 mm。試件制備完成靜置1 d后拆模放入標準養(yǎng)護室進行養(yǎng)護，養(yǎng)護齡期為7 d和28 d。

1.2 試驗方法

1.2.1 再生骨料性能指標確定方法

本文主要選擇表觀密度、吸水率、壓碎值及堅固性4個指標確定再生骨料在水泥混凝土中應用的可行性。再生骨料的表觀密度、吸水率、壓碎值及堅固性等指標依據(jù)《公路工程集料試驗規(guī)程》(JTG E42—2005)的相關試驗流程進行測試。

1.2.2 再生骨料混凝土性能測試方法

再生骨料混凝土試件抗壓強度及抗折強度試驗按照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》(JTG E30—2005)規(guī)定進行，其中抗壓強度試驗加載速度為0.5～0.8 MPa·s-1，而抗折強度試驗加載速度為0.02～0.05 MPa·s-1。

1.2.3 SEM分析方法

為了能夠更好地分析再生骨料混凝土的性能，借助5-3400N型掃描電子顯微鏡(SEM)對再生骨料混凝土的切片試件進行微觀觀測。為保證試件微觀成像品質，試件切片預先進行了噴金處理。SEM分析圖片采用1 000倍放大系數(shù)進行掃描。

2 試驗結果與討論

2.1 再生骨料性能分析

依據(jù)《公路工程集料試驗規(guī)程》(JTG E42—2005)分別對不同類型再生骨料的表觀密度、吸水率、壓碎值及堅固性進行測試，測試結果如表4所示。

表4 不同類型再生骨料的性能測試結果

通過分析表4可知，不同類型再生骨料的表觀密度、質量損失率(堅固性)與天然骨料相差較小，均能夠滿足規(guī)范的相關要求，但吸水率、壓碎比等指標與天然集料的差距較大，其中紅磚再生骨料的吸水率比天然集料增大了144%，而質量損失增大了75%，表明再生骨料與天然集料在性能方面存在著較大差距。這主要是因為紅磚類再生骨料內部孔隙較多，強度遠小于天然集料，而混凝土再生骨料多呈現(xiàn)不規(guī)則形狀，在應用過程極易因應力不均而造成破壞[22-23]。因此，為保證道路的使用壽命和路用性能，在使用過程中應將再生骨料用量控制在合理范圍內。

2.2 再生骨料混凝土力學性能分析

依據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》(JTG E30—2005)對再生骨料混凝土試件分別進行抗壓強度和抗折強度試驗，試驗結果如表5、圖2所示。

表5 不同類型再生骨料混凝土抗壓強度測試結果

圖2 不同類型混凝土力學抗壓強度

分析表5、圖3可知，7 d養(yǎng)護時間條件下，舊混凝土再生骨料混凝土的抗壓強度比天然骨料混凝土降低約4 MPa，抗折強度降低約0.6 MPa，但隨著養(yǎng)護齡期的逐漸延長，二者差距逐漸縮小，當養(yǎng)護齡期達到28 d時，二者抗壓強度的差距約為3 MPa，而抗折強度的差距約為0.25 MPa。這表明當養(yǎng)護齡期達到28 d時，再生骨料混凝土強度略低于天然骨料混凝土，能夠滿足規(guī)范對于再生骨料混凝土強度的要求[24]。

紅磚再生骨料混凝土的力學性能略遜于舊混凝土再生骨料混凝土，但相差較?。? d抗壓強度降低幅度約為10%，28 d抗壓強度降低幅度為3%；7 d抗折強度降低幅度約為5.5%，28 d抗折強度降低幅度為1.8%。這表明隨著養(yǎng)護齡期的不斷延長，再生骨料混凝土的力學性能差距逐漸縮小。

2.3 基于SEM分析的再生骨料混凝土微觀表征

采用掃描電子顯微鏡對再生骨料混凝土切片試件進行不同放大倍數(shù)掃描，掃描圖片如圖3所示。

圖3 再生骨料混凝土切片SEM

分析圖3(a)可知，由舊混凝土再生骨料制備的混凝土材料內部水化程度良好，內部構造連續(xù)、穩(wěn)定，但局部結構存在一定的孔隙，密實程度略微不足，但不影響整體結構密實。這可能是由于舊混凝土顆粒的摻加無法實現(xiàn)對于混凝土內部結構的填充，并阻止了部分水泥材料參與水化和內部填充，從而導致了內部孔隙的產生。

分析圖3(b)可知，紅磚再生骨料制備的水泥混凝土內部水化程度較高，而且紅磚再生骨料能夠與水泥、粉煤灰等材料形成的膠凝體系結合為整體，結構較密實，且存在大量網狀的水化硅酸鈣凝膠，樣品斷面處的水化產物呈現(xiàn)較為密實的均勻結構。這從微觀層次反映出再生骨料可以很好地應用于水泥混凝土中。

3 結 語

(1)再生骨料與天然集料在性能方面存在著較大差距，為保證道路的使用壽命和路用性能，在使用過程中應將再生骨料用量控制在合理范圍內。

(2)當養(yǎng)護齡期達到28 d時，再生骨料混凝土強度略低于天然骨料混凝土，但能夠滿足規(guī)范對于再生骨料混凝土的強度要求。

(3)再生骨料制備的水泥混凝土內部水化程度較高，而且再生骨料能夠與水泥、粉煤灰等材料形成的膠凝體系結合為整體，較好地應用于水泥混凝土中。