梁謙 ，賈生海 ，程建萍 ，張永勝 ，馬成曉 ，趙廣興

（1.河西學院土木工程學院，甘肅張掖734000；2.河西走廊水資源保護利用研究所，甘肅張掖734000；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學水利水電工程學院，甘肅蘭州730000）

近幾十年以來，隨著經(jīng)濟建設(shè)的迅猛發(fā)展以及建筑材料及施工技術(shù)革新的突飛猛進，不可避免地在建筑物（構(gòu)筑物）的建設(shè)、翻新及維修過程中產(chǎn)生了大量的副產(chǎn)物——建筑垃圾，例如廢金屬、廢棄燒土制品、廢棄混凝土等。其中，廢棄混凝土在建筑垃圾總量中占有較大的比例[1]，如何將廢棄混凝土回收并廢料資源化，已成為人們研究和密切關(guān)注的焦點。

從眾多學者在大量再生骨料混凝土的研究中發(fā)現(xiàn)，再生骨料對提高廢料的重復(fù)利用，減少環(huán)境污染和緩解生態(tài)持續(xù)破壞方面都有突破性的進展。再生骨料的摻量從10%增加到100%[2]等不同摻量進行了混凝土強度的研究。研究發(fā)現(xiàn)，當混凝土再生骨料摻量超過50%時[2-3]，28 d立方體試件的抗壓強度達到同等配合比下普通混凝土的強度水平[4]，這對我國混凝土再生骨料的應(yīng)用提供了可靠的試驗依據(jù)。但在實際操作中出現(xiàn)了再生骨料拌合不均勻、強度不穩(wěn)定的情況，為此，筆者針對此類問題，提出將再生骨料進行單粒級篩分后組合為連續(xù)級配，用以取代部分由基準配合比設(shè)計確定的粗骨料，來研究不同摻量連續(xù)級配再生骨料對混凝土和易性和強度的影響。

1 試驗設(shè)計

1.1 試驗材料

1.1.1 粗骨料

在試驗的混凝土配合比設(shè)計中，粗骨料包括連續(xù)級配再生骨料（后文簡稱為再生骨料）和天然骨料。再生骨料采用某拆除框架式住宅樓中廢棄的混凝土（有效運行17年，原粗骨料為天然卵石，經(jīng)混凝土回彈儀測得其混凝土抗壓強度平均值為28.5 MPa），經(jīng)人工破碎、清洗、烘干、分級篩分成單粒粒級的粗骨料，按照規(guī)定組合成連續(xù)級配[5，6]。級配中，骨料最大粒徑為31.5 mm，最小粒徑為2.36 mm，其組合連續(xù)級配見表1。再生骨料的表觀密度為2 562 kg/m3，松散堆積空隙率為49.60%，質(zhì)量吸水率為9.271%，壓碎指標為13.7%。天然骨料采用卵石，其材料標準符合規(guī)范用粗骨料的技術(shù)要求[5]，骨料最大粒徑為31.5 mm，普通骨料的表觀密度為2 853 kg/m3，松散堆積空隙率為44.47%，質(zhì)量吸水率為2.733%，壓碎指標為12.1%。

表1 混凝土再生骨料顆粒連續(xù)級配

1.1.2 細骨料

細骨料為符合標準的河沙[5]，細度模數(shù)為2.6，含泥量為1.70%（標準法檢測）。

1.1.3 膠凝材料及摻合料

膠凝材料采用祁連水泥集團生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥（P·O-42·5R）。經(jīng)檢驗，其化學指標和物理指標均符合通用硅酸鹽水泥規(guī)范規(guī)定[7]，為合格品。摻合料為粉煤灰，采用張掖電廠的Ⅰ級粉煤灰，其中SiO2含量為 39.84%，Al2O3含量為 17.77%，F(xiàn)e2O3含量為15.47%，CaO含量為20.87%，MgO含量為1.75%，SO3含量為1.49%，其他2.65%。燒失量為4.5%。

1.1.4 混凝土用水和減水劑

混凝土拌合及養(yǎng)護用水采用符合飲用標準的自來水；減水劑采用青島虹廈高分子材料有限公司生產(chǎn)的聚羧酸系高性能緩凝型減水劑（簡寫為PS），按照普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程規(guī)定的減水劑最大摻量不超過2%[8]要求，確定其摻量為2%。

1.2 試驗設(shè)計

考慮到連續(xù)級配再生骨料空隙率較大，為減小空隙率對混凝土強度的影響，在采用普通硅酸鹽水泥、水膠比大于0.4的條件下，粉煤灰的最大摻量不超過30%的規(guī)定[8]，本試驗中采用再生骨料混凝土配合比正交設(shè)計，根據(jù)再生骨料的摻量，相應(yīng)增加粉煤灰的摻量，以再生骨料摻量為基準，按5%外加法采用同摻法，將粉煤灰摻入混凝土拌合物中。

為研究不同摻量再生骨料對普通混凝土性能的影響，本試驗進行了如下設(shè)計。混凝土基準配合比設(shè)計強度為C30，以確定的普通混凝土基準配合比設(shè)計為對照試驗（代號為CK，再生骨料摻量為0），在此基礎(chǔ)上摻入不同量連續(xù)級配再生骨料混凝土配合比為處理的5組平行試驗（代號為TK，連續(xù)級配再生骨料摻量變化范圍為10%～30%），通過試驗數(shù)據(jù)比較，研究不同摻量連續(xù)級配再生骨料混凝土的性能；同時，考慮到連續(xù)級配再生骨料飽和吸水率對拌合物用水量及混凝土拌合物和易性的影響，拌合物用水量以基準配合比為基數(shù)，隨連續(xù)級配再生骨料摻量的飽和吸水量[9]W增=m再*6.5%（其依據(jù)為連續(xù)級配再生骨料較普通骨料吸水率大9.271%-2.73%=6.538%，故取近似值6.5%）為變量而增加。遵循以上試驗要求，確定的混凝土基準配合比及混凝土拌合物的和易性測定如表2。

表2 不同摻量連續(xù)級配再生骨料混凝土配合比設(shè)計及和易性測定結(jié)果

2 試驗數(shù)據(jù)分析

2.1 和易性分析

按照不同摻量連續(xù)級配再生骨料配合比進行了混凝土的配制及和易性的觀測，其中，對混凝土拌合物的坍落度值進行了定量觀測，得到圖1的結(jié)果。

從試驗數(shù)據(jù)可以看出，隨著再生骨料摻量的增加，混凝土拌合物用水量隨之增加，當再生骨料最大摻量m再=377 kg時，拌合物用水量較基準配合比增加24.5 kg，其拌合物水灰比亦隨之變化，其值變化范圍為0.445～0.498，變幅為0.05，符合水工混凝土施工規(guī)范中規(guī)定（≤0.05）[10]的施工誤差要求。

從試驗結(jié)果可以看出，對照組CK試驗拌合物坍落度為83 mm，在設(shè)計坍落度范圍75～90 mm內(nèi)，且其值較大，而處理組中除TK1摻量為10%時，對應(yīng)的坍落度值大于對照試驗CK外，其余處理均小于對照，且趨勢為隨著再生骨料摻量的增加而減小，且處理組中坍落度最小值為61 mm。通過以往施工經(jīng)驗及理論計算得知，隨著水灰比的增加，混凝土拌合物坍落度值會隨之增加，但在本試驗中卻得到的結(jié)果與之相反，分析原因如下。

圖1 不同摻量連續(xù)級配再生骨料對混凝土坍落度影響曲線

首先，再生骨料在粉碎后，骨料表面帶有較多棱角，而棱角主要是水泥砂漿構(gòu)成，相比普通粗骨料，其表面粗糙，空隙較多，因此吸水量多于普通粗骨料。隨著再生骨料摻量的增加，拌合物達到設(shè)計配合比要求的坍落度值時，所需的拌合水量就相應(yīng)地增加，且其增加量并不以線性變化，試驗結(jié)果就很好證明了這一點。其次，從試驗結(jié)果還看到，當再生骨料摻量為10%時，其坍落度值比對照試驗高5 mm，但隨著再生骨料摻量增加，坍落度值并沒有相應(yīng)的增加，這就說明，在再生骨料混凝土中摻入一定量的粉煤灰，會提高再生骨料混凝土拌合物的坍落度；當再生骨料摻入量較大時，對拌合物坍落度值不會起到明顯的改善作用。第三，拌合物坍落度值還受到粗骨料顆粒形狀的影響。對照組CK中，粗骨料均為卵石，骨料表面較為圓滑，而再生骨料表面因黏結(jié)有較多的水泥砂漿而變得粗糙，在混凝土拌合物流動的過程中增加了骨料間的摩擦力[11-12]。因此，再生骨料摻量也是影響拌合物坍落度的重要因素。

2.2 抗壓強度分析

對不同摻量再生骨料混凝土分別進行了7 d，28 d，60 d，90 d的立方體抗壓強度試驗，得到結(jié)果如圖2～圖5所示。

2.2.1 7d及28 d抗壓強度分析

從圖2及圖3可以看出，7d、28d不同摻量連續(xù)級配再生骨料混凝土立方體抗壓強度,混凝土抗壓強度隨齡期相對增長率均達到了《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（DL/T5057—2009）規(guī)定的（0.55～0.65及1.0）的要求[9]。同時，從圖2可以看出，隨著再生骨料摻量的不同，抗壓強度值亦隨著變化，整體上呈下降趨勢，其趨勢線的R2=0.6800，線性相關(guān)性較差，究其原因如下：第一，拌合物攪拌時間對其強度有一定影響?；炷涟韬衔锏臄嚢钑r間影響到混凝土粗骨料表面膠凝材料的分布情況，拌合時間越長，水泥砂漿分布于粗骨料表面將越均勻，凝結(jié)硬化后凝膠體的分布也相對均勻，其抗壓強度也隨之表現(xiàn)得較高。因此，考慮其粗骨料表面較為粗糙的原因，再生骨料混凝土拌合物的攪拌時間應(yīng)相應(yīng)地延長。第二，粉煤灰的影響。從圖1及圖2可以看出，當連續(xù)級配再生骨料摻量為10%時，7 d及28 d混凝土立方體抗壓強度均大于對照組CK，而其他處理均小于對照組。分析其原因為：再生骨料摻量最小，摻入的粉煤灰足以分布在連續(xù)級配再生骨料空隙空間及周圍，起到微骨料的效應(yīng)，減小了混凝土內(nèi)部孔隙率，達到增加混凝土密實度、起到提高混凝土強度的作用。由此得出，粉煤灰的摻量應(yīng)按照再生骨料摻量的增加而作非線性摻入。

圖2 7 d不同摻量連續(xù)級配再生骨料對混凝土抗壓強度影響曲線

圖3 28 d不同摻量連續(xù)級配再生骨料對混凝土抗壓強度影響曲線

2.2.2 60d及90d抗壓強度分析

從圖4、圖5可以看出，隨著再生骨料摻量的增加，處理組立方體抗壓強度均呈線性下降，且線性相關(guān)性R2值從混凝土立方體試件齡期7 d的R2=0.68增大至齡期為90 d的R2=0.974 4，得到R2＞0.95的結(jié)果，線性相關(guān)性非常明顯，由此證明了再生骨料摻量對混凝土抗壓強度值的影響是呈線性變化的，即從再生骨料摻入量的角度，確定了隨著再生骨料摻量的增加，混凝土抗壓強度有隨之下降的趨勢。

從圖4及圖5可以看出，不同處理的混凝土試件，在不同齡期（60 d，90 d），其立方體抗壓強度最小值分別為37.14 MPa及43.92 MPa，滿足《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（DL/T5057—2009）要求的混凝土抗壓強度隨齡期相對增長率 1.1（33 MPa）及1.2（36 MPa）的要求。分析其試驗結(jié)果，主要取決于以下兩個方面的因素：其一，減水劑的摻入。本次試驗中所采用的減水劑為第三代聚羧酸類高性能減水劑，與本項目前期再生骨料混凝土不摻減水劑的試驗結(jié)果相比較，在不改變膠凝材料總量的情況下，減水劑不但可以減少拌合物水的用量，同時混凝土強度可提高25%～40%，因此，在再生骨料混凝土中摻入高效減水劑是必要的。其二，粉煤灰的摻入。盡管在連續(xù)級配再生骨料混凝土拌合物中的施工及凝結(jié)硬化初期，粉煤灰主要起“微骨料效應(yīng)”[13-14]，但在凝結(jié)硬化后期，具有水化性能的粉煤灰隨著水泥水化過程中產(chǎn)生Ca（OH）2量的增加，自身也開始發(fā)生水化，產(chǎn)生水化硅酸凝膠，提高了骨料間的黏結(jié)能力，從而表現(xiàn)出隨著連續(xù)級配再生骨料混凝土齡期的增加，抗壓強度隨之提高的現(xiàn)象。

圖4 60 d不同摻量連續(xù)級配再生骨料對混凝土抗壓強度影響曲線

圖5 90 d不同摻量連續(xù)級配再生骨料對混凝土抗壓強度影響曲線

3 結(jié)論

通過對不同摻量連續(xù)級配再生骨料混凝土和易性及強度的試驗，并進行相關(guān)數(shù)據(jù)分析，得到以下結(jié)論。

（1）通過再生骨料混凝土和易性試驗得出，相比基準配合比用水量，拌合物用水量的增加量并不以再生骨料摻量按線性增加。因此，在實際的施工操作中，應(yīng)根據(jù)連續(xù)級配再生骨料的吸水率，通過試驗確定其拌合用水量。同時，再生骨料混凝土中應(yīng)摻入一定量粉煤灰，可提高拌合物的流動性。

（2）通過7 d，28 d的試驗數(shù)據(jù)總結(jié)得出，在實際施工中，再生骨料混凝土拌合物的攪拌時間應(yīng)大于水工混凝土施工規(guī)范中規(guī)定的3 min[9]，應(yīng)根據(jù)再生骨料摻量做相應(yīng)的延長。

（3）通過60 d，90 d的試驗數(shù)據(jù)得出，連續(xù)級配再生骨料摻量小于30%時，再生骨料的摻量對混凝土設(shè)計強度的影響呈線性下降變化；同時得出，對沒有早期強度要求的混凝土，可使用摻量小于30%的再生骨料混凝土，以降低工程成本，減輕廢棄混凝土對環(huán)境造成的壓力[15]。