馮 芳，徐 波，宋 華

（深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 深圳 518029）

0 引言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，在建筑、公路的改建、擴(kuò)建、拆除等工程中產(chǎn)生了大量的建筑廢棄物。目前，建筑廢棄物的主要處理方式包括作為回填材料使用或運(yùn)往郊外場(chǎng)地填埋堆放。前者不能對(duì)這些資源進(jìn)行充分合理地利用，后者不但占用了大量場(chǎng)地，甚至?xí)l(fā)新的環(huán)境污染。道路工程本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其能夠大量使用建筑廢棄物，將廢棄的混凝土、砂漿、磚石等進(jìn)行回收，然后再經(jīng)破碎、清洗和分級(jí)等過(guò)程，可應(yīng)用于道路工程中，并有望實(shí)現(xiàn)建筑廢棄物的再生利用，對(duì)資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

針對(duì)道路工程中舊水泥混凝土路面板脫空加固、路面基層注漿加固、路基注漿加固、橋梁墩臺(tái)周邊注漿加固、橋梁臺(tái)后路基土加固、箱涵等結(jié)構(gòu)體周邊土體注漿加固、軟基處理加固等大量的加固修復(fù)工程，均可采用注漿料或注漿混凝土對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外很多科研機(jī)構(gòu)和專家對(duì)注漿料原材料、修補(bǔ)施工工藝等問(wèn)題進(jìn)行了研究[2-6]，而本文對(duì)利用再生細(xì)骨料配制注漿料并將其用于道路修補(bǔ)進(jìn)行了深入探索。

本文試驗(yàn)主要采用再生細(xì)骨料來(lái)配制流動(dòng)度較大的注漿料，研究再生細(xì)骨料用量和環(huán)境溫度對(duì)注漿料流動(dòng)度、強(qiáng)度等性能的影響。采用類似滲透注漿的技術(shù)，依靠重力和砂漿的流動(dòng)性使其注入再生粗骨料的空隙，最終形成注漿再生混凝土。首先，這種修補(bǔ)材料利用了再生細(xì)骨料和粗骨料，實(shí)現(xiàn)建筑廢棄物的再生利用，節(jié)約天然砂石資源，有效降低對(duì)環(huán)境的不利影響；其次，這種修補(bǔ)技術(shù)的施工工藝簡(jiǎn)單、快捷，減少開(kāi)挖，對(duì)交通干擾??；再次，使用再生注漿料和注漿再生混凝土降低了維修的成本。

1 試驗(yàn)概況

1.1 原材料

試驗(yàn)所用水泥為P·O42.5普通硅酸鹽水泥，其各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)均可滿足《通用硅酸鹽水泥》（GB 175—2007）的要求；細(xì)骨料中的天然砂為河砂，細(xì)度模數(shù)為2.3，級(jí)配合格，各項(xiàng)性能均滿足《建設(shè)用砂》（GB/T 14684—2011）中的指標(biāo)要求；細(xì)骨料中再生骨料的篩分結(jié)果見(jiàn)表1，用于注漿料的再生細(xì)骨料粒徑小于2.36 m m；注漿再生混凝土所用粗骨料由廢棄水泥混凝土破碎獲得，粒徑范圍為2.36～31.5 m m，原混凝土的實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度為40 M Pa；試驗(yàn)選用的減水劑為聚羧酸高效減水劑，減水率為25%～30%；膨脹劑的各項(xiàng)性能指標(biāo)均可滿足《混凝土膨脹劑》（GB 23439—2009）的規(guī)定?？梢钥闯?，本試驗(yàn)對(duì)建筑廢棄物的利用率可以達(dá)到100%。

1.2 試驗(yàn)配合比

為研究再生細(xì)骨料對(duì)注漿材料性能的影響，配制了3種不同水膠比（0.29、0.37和0.45）的注漿料，再生細(xì)骨料以取代率為0、25%、50%、75%和100%取代天然砂。試驗(yàn)配合比見(jiàn)表2。摻入減水劑以使注漿料具有足夠的流動(dòng)度，其用量使天然砂配制的注漿料流動(dòng)度達(dá)到350 m m以上。當(dāng)采用再生細(xì)骨料取代天然砂時(shí)，同一水膠比下固定減水劑的用量，以研究再生細(xì)骨料取代率對(duì)注漿料流動(dòng)性的影響。

表1 再生骨料的篩分結(jié)果

表2 注漿料的配合比 kg/m3

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 不同溫度下流動(dòng)度試驗(yàn)

注漿料的流動(dòng)度試驗(yàn)按照《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB 50119—2003）附錄A中給出的試驗(yàn)方法進(jìn)行。將截錐形試模放在潔凈的玻璃板上，將攪拌好的注漿料裝入截錐形圓模中，使其水平面與試模相切，然后將試模提起，使注漿料在玻璃板上自由流動(dòng)，用直尺測(cè)量流動(dòng)面積上兩個(gè)垂直方向最大直徑并取平均值作為流動(dòng)度。初始流動(dòng)度測(cè)試完成后，將注漿料放置于預(yù)先設(shè)定好的20℃、30℃和40℃環(huán)境下靜置30 m i n，再按上述方法進(jìn)行流動(dòng)度測(cè)試。注漿料流動(dòng)度測(cè)試情況如圖1所示。

圖1 注漿料流動(dòng)度試驗(yàn)

1.3.2 再生骨料注漿料力學(xué)性能試驗(yàn)

注漿料試件尺寸為40 m m×40 m m×160 m m，養(yǎng)護(hù)至1 d、3 d和28 d時(shí)測(cè)試試件的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。注漿料的抗折和抗壓試驗(yàn)按《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》（GB/T 17671—1999）的規(guī)定進(jìn)行。把達(dá)到養(yǎng)護(hù)時(shí)間的試件側(cè)面放入抗折試驗(yàn)機(jī)上，以50 N/s的加載速率將荷載均勻垂直地加在試件兩側(cè)，直到折斷，記錄最大荷載并計(jì)算試件的抗折強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果取3個(gè)平行試件的平均值。利用抗折試驗(yàn)折斷后的試件直接進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果取6個(gè)試件抗壓結(jié)果的平均值，測(cè)試結(jié)果的取舍也按照上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行?？拐酆涂箟簭?qiáng)度試驗(yàn)分別如圖2和圖3所示。

圖2 抗折強(qiáng)度試驗(yàn)

圖3 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

1.3.3 注漿成型混凝土的方法及性能試驗(yàn)

為模擬采用注漿料原位修補(bǔ)破損的水泥混凝土路基和基層，先用壓力機(jī)將廢混凝土試件加壓直至產(chǎn)生大量肉眼可見(jiàn)的裂縫并將其擊碎，然后篩選出粒徑大于2.36 m m的破碎粗骨料，自然松散堆積置于100 m m×100 m m×400 m m的試模中。將攪拌好的注漿料倒入裝好破碎混凝土的試模中，靠注漿料的流動(dòng)性和自重注入破碎混凝土顆粒間，直到整個(gè)試模充滿。注漿料澆筑過(guò)程中不采用任何形式的振搗，養(yǎng)護(hù)至1 d、3 d和28 d測(cè)試注漿再生混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。

2 試驗(yàn)結(jié)果及影響參數(shù)分析

2.1 再生細(xì)骨料用量對(duì)注漿料流動(dòng)度的影響

注漿料流動(dòng)度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在水膠比一定時(shí)，再生細(xì)骨料取代率對(duì)注漿料的初始流動(dòng)性影響不明顯，流動(dòng)度均能達(dá)到300 m m以上。注漿料靜置30 m i n后，其流動(dòng)度隨著再生細(xì)骨料對(duì)天然砂取代率的增大顯著降低，部分配比的注漿料甚至完全失去了流動(dòng)性，即表明再生細(xì)骨料取代率對(duì)注漿料流動(dòng)度的經(jīng)時(shí)損失影響較大，這與再生細(xì)骨料吸水率大的特性有關(guān)。再生細(xì)骨料中混有原混凝土的水泥石，孔隙率較天然砂大，同時(shí)再生細(xì)骨料在破碎過(guò)程中產(chǎn)生的微裂紋也會(huì)導(dǎo)致吸水率增大。攪拌后的靜置過(guò)程中，多孔的再生細(xì)骨料逐漸從注漿料中吸收水分而導(dǎo)致其流動(dòng)性的下降。因此，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用，應(yīng)考慮注漿料攪拌地點(diǎn)與注漿修補(bǔ)地點(diǎn)的距離。如需較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)輸或修補(bǔ)范圍較大，注漿料中的再生細(xì)骨料的取代率不宜過(guò)高。

表3 不同溫度下不同水膠比注漿料的流動(dòng)度

同時(shí)，環(huán)境溫度對(duì)于注漿料流動(dòng)度的影響也很明顯。對(duì)比分析20℃和40℃下的兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，20℃時(shí)，注漿料的流動(dòng)度整體較好，雖然在靜置30 m i n后出現(xiàn)了流動(dòng)度損失，但大部分注漿料的流動(dòng)度仍能保持在300 m m以上；40℃時(shí)，注漿料流動(dòng)度的經(jīng)時(shí)損失問(wèn)題則顯得非常突出，基本上每一組都會(huì)有流動(dòng)度損失，甚至很多注漿料在30 m i n后已經(jīng)失去了流動(dòng)度。綜合分析20℃、30℃和40℃時(shí)得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，隨著溫度的增高，注漿料的水分蒸發(fā)速度加快，其流動(dòng)度損失也會(huì)加劇。因此，在溫度較高的環(huán)境中實(shí)際應(yīng)用再生骨料注漿料時(shí)，做好保濕覆蓋，避免太陽(yáng)直射，也可適量增加高效減水劑中緩凝劑的比例，減緩注漿料流動(dòng)度的損失。

2.2 再生細(xì)骨料用量對(duì)注漿料力學(xué)性能的影響

2.2.1 抗折強(qiáng)度

再生細(xì)骨料取代率對(duì)30℃下成型的不同水膠比（W/B）注漿料在1 d、3 d和28 d抗折強(qiáng)度的影響見(jiàn)表4。由試驗(yàn)結(jié)果可知，就本文研究的3個(gè)水膠比，再生細(xì)骨料取代率對(duì)注漿料在1 d、3 d和28 d的抗折強(qiáng)度影響并不明顯，注漿料不同齡期的抗折強(qiáng)度與采用天然砂時(shí)大體相當(dāng)。雖然再生細(xì)骨料較天然砂的強(qiáng)度有所降低，但仍高于水泥石的強(qiáng)度，而且由于注漿料中細(xì)骨料的粒徑小于2.36 m m，所以在抗折試驗(yàn)中水泥石的強(qiáng)度起到了決定性的作用，而細(xì)骨料本身的影響不大。因此，采用再生細(xì)骨料也可以配制出抗折強(qiáng)度較高的注漿料。

此外，在30℃中成型的注漿料的抗折強(qiáng)度隨齡期的延長(zhǎng)顯著增加，即使水膠比為0.45的注漿料，28 d時(shí)的抗折強(qiáng)度也可達(dá)到7 M Pa以上。吸水率較大的再生細(xì)骨料可在水泥水化過(guò)程中釋放吸收的水分，可以起到類似輕骨料自養(yǎng)護(hù)的作用，對(duì)注漿料后期強(qiáng)度的發(fā)展有利。

2.2.2 抗壓強(qiáng)度

再生細(xì)骨料取代率對(duì)30℃下成型的不同水膠比注漿料在1 d、3 d和28 d抗壓強(qiáng)度的影響見(jiàn)表5。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著再生細(xì)骨料取代率的增大，注漿料1 d、3 d和28 d的抗壓強(qiáng)度整體呈下降趨勢(shì)。綜合考慮水膠比和齡期可以看出，只有當(dāng)注漿料齡期較長(zhǎng)，即抗壓強(qiáng)度較高時(shí)，再生細(xì)骨料對(duì)注漿料抗壓強(qiáng)度的不利影響才有明顯體現(xiàn)。主要是由于早期水泥水化不充分，水泥石本身的強(qiáng)度較低，細(xì)骨料的品種和用量對(duì)早期抗壓強(qiáng)度影響不大。

表5 注漿料在不同齡期的抗壓強(qiáng)度 MPa

同抗折強(qiáng)度的結(jié)果類似，水膠比對(duì)注漿料的抗壓強(qiáng)度影響顯著，仍起著決定性的作用。水膠比越小，齡期和再生細(xì)骨料取代率均相同的注漿料抗壓強(qiáng)度越高。因此，在環(huán)境氣溫達(dá)到30℃時(shí)，如需高強(qiáng)度的注漿料，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)還需控制水膠比。

2.3 注漿再生混凝土的力學(xué)性能

2.3.1 抗折強(qiáng)度

選取30°C下不同水膠比的注漿料注入破碎的混凝土粗骨料間形成注漿再生混凝土，其在不同齡期的抗折強(qiáng)度見(jiàn)表6。從表中可以看出，當(dāng)齡期為1 d時(shí)，隨著再生細(xì)骨料用量的增大，抗折強(qiáng)度整體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，特別是再生砂取代率大于50%時(shí)抗折強(qiáng)度下降非常明顯。當(dāng)再生細(xì)骨料用量為0時(shí)，獲得的混凝土抗折強(qiáng)度最高，符合預(yù)期判斷。

當(dāng)齡期為3 d時(shí)，各組注漿再生混凝土較1 d時(shí)的抗壓強(qiáng)度均有所提高。當(dāng)再生細(xì)骨料取代率超過(guò)50%時(shí)，注漿再生混凝土的抗折強(qiáng)度仍然有明顯下降。再生細(xì)骨料用量為50%、水膠比為0.29時(shí)的注漿再生混凝土在3 d時(shí)的抗折強(qiáng)度可達(dá)到3 M Pa。

齡期從3 d增加到28 d時(shí)，注漿再生混凝土的抗折強(qiáng)度有所提升。由于通過(guò)注漿的形式成型混凝土，可認(rèn)為混凝土的抗折強(qiáng)度主要取決于注漿料的強(qiáng)度、再生粗骨料的強(qiáng)度和二者間的界面黏結(jié)強(qiáng)度。當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期在3 d時(shí)，注漿料的強(qiáng)度較低，且與再生粗骨料的黏結(jié)較弱。當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期在28 d時(shí)，雖然注漿料的強(qiáng)度有了明顯提高，但由于再生粗骨料的顆粒粒徑大，二者界面面積大，對(duì)抗折強(qiáng)度較為敏感，加之破碎粗骨料存在原生裂紋，導(dǎo)致注漿再生混凝土的抗折強(qiáng)度并沒(méi)有顯著提高?？梢?jiàn)，注漿料用于水泥混凝土修補(bǔ)時(shí)，舊混凝土的破碎、處理非常重要。

表6 注漿再生混凝土在不同齡期的抗折強(qiáng)度 MPa

2.3.2 抗壓強(qiáng)度

30℃環(huán)境下注漿再生混凝土的抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表7。從表中可以看出，在試驗(yàn)所選摻量下，再生細(xì)骨料用量對(duì)注漿再生混凝土的1 d、3 d和28 d抗壓強(qiáng)度未產(chǎn)生明顯影響，各組混凝土的抗壓強(qiáng)度均與使用天然砂時(shí)大體相當(dāng)。此外，試驗(yàn)結(jié)果表明，水膠比對(duì)注漿再生混凝土的抗壓強(qiáng)度影響也不顯著，大部分配合比的注漿再生混凝土抗壓強(qiáng)度在28 d可以達(dá)到30 M Pa。注漿再生混凝土的抗壓強(qiáng)度主要取決于再生粗骨料本身的強(qiáng)度及其與注漿料形成的界面強(qiáng)度，因此在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)盡可能保證粗骨料破碎后的質(zhì)量。

表7 注漿再生混凝土在不同齡期的抗壓強(qiáng)度 MPa

3 結(jié)論

（1）在水膠比一定時(shí)，再生細(xì)骨料取代率對(duì)注漿料初始流動(dòng)度的影響不明顯，但對(duì)注漿料流動(dòng)度的經(jīng)時(shí)損失影響較大，個(gè)別再生細(xì)骨料用量較大的注漿料靜置30 m i n后甚至完全失去了流動(dòng)性。此外，環(huán)境溫度對(duì)注漿料的流動(dòng)性影響較大。溫度為20℃時(shí)，注漿料初始流動(dòng)度相對(duì)較大，且流動(dòng)度損失較小。隨著溫度的增高，注漿料的流動(dòng)度損失也會(huì)加劇。

（2）當(dāng)水膠比為 0.29、0.37和0.45時(shí)，再生細(xì)骨料取代率對(duì)注漿料的抗折強(qiáng)度沒(méi)有明顯不利作用，但抗壓強(qiáng)度隨著再生細(xì)骨料取代率的增加呈下降趨勢(shì)。此外，水膠比越小，齡期和再生細(xì)骨料取代率均相同的注漿料抗折和抗壓強(qiáng)度均越高。

（3）對(duì)于注漿料澆筑的注漿再生混凝土，隨著注漿料中再生細(xì)骨料用量的增大，注漿再生混凝土的抗折強(qiáng)度整體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。再生細(xì)骨料用量對(duì)注漿再生混凝土的抗壓強(qiáng)度未產(chǎn)生明顯影響，各組混凝土的抗壓強(qiáng)度均與使用天然砂時(shí)大體相當(dāng)。并且，水膠比對(duì)注漿再生混凝土的抗壓強(qiáng)度影響也不顯著。