再生材料取代率對再生混凝土的影響

劉冶坤 李劍文 董志敏

摘 要 本文基于目前混凝土大量消耗天然原生材料以及大量拆除的建筑混凝土作為建筑垃圾的現狀，研究采用廢棄混凝土和工業廢料粉煤灰進行一定比例替換天然原生材料，制成再生混凝土的抗壓性能進行試驗研究，檢測并分析其工作、力學性能等。將廢棄混凝土作為再生骨料制作成再生混凝土，這不僅關系到建筑廢棄物再利用，而且能夠解決天然骨料資源緊缺的問題，實現資源最大化有效利用。

關鍵詞 再生混凝土 性能 可持續發展 再生骨料

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.03.010

Abstract Based on the current situation that concrete consumes a lot of natural raw materials and demolishes a lot of construction concrete as construction waste， this paper studies the use of waste concrete and industrial waste fly ash to replace natural raw materials in a certain proportion to make recycled concrete compressive performance for experimental research， testing and analysis of its work and mechanical properties. Using waste concrete as recycled aggregate to make recycled concrete is not only related to the reuse of construction waste， but also can solve the problem of shortage of natural aggregate resources and realize the maximum and effective utilization of resources.

Keywords recycled concrete； performance； sustainable development； recycled aggregate

0 引言

近年來，伴隨著縮減的全球化資源和由于建筑垃圾所造成的環保性問題、經濟性問題以及社會性問題的日益突出，我國愈發看重節能和資源的回收利用問題，大力倡導和開發建筑垃圾的再利用。盡管我國對再生混凝土的研究比較晚，但如今也成為了混凝土研究領域中的熱門。再生混凝土的大范圍使用還存在許多問題，部分基礎指標和技術參數不夠完善，于是對再生混凝土的系統性研究尤為重要。為了處理環境和骨料的問題，混凝土的制備及施工技術一定要采用最新科學技術水平的生產制備方式，開發生產和管理方法，走可持續發展之路。[1]針對建筑工業轉型升級、健康發展、推進供給側結構改革，相關國家政策方針的出臺，使建筑垃圾向綠色、可持續化、再生資源有效利用的方向發展。[2]再生砼的研究開發能處理廢棄砼的管理問題，節約天然骨料、節省砼廢棄物運輸和清理費用，同時還能綜合利用工業廢棄物、達到明顯地效益。[3]

1 試件設計

吉林省每年拆除的混凝土廢棄物數目巨大，不但需要大筆處理費，還占據大量空間，破壞環境、耕地，由此所引發的環境問題也相當突出。在混凝土的原料中，骨料量使用是第一的，每制作1m3混凝土大概需要1700-2000kg砂石、骨料，對砂、石料的損耗非常大，除開采運載的消耗，對環境破壞也十分嚴重。[1]用再生骨料代替天然骨料符合可持續發展戰略，節約大量資源。

本項目擬采用拆除的廢棄混凝土進行破碎、篩分，替代20%的天然粗骨料（石子），用吉林省當地的工業廢棄料粉煤灰分別替代20%、30%的水泥。為保證再生骨料混凝土的粘聚性，加入Ca（OH）2作為堿性激發劑，能更好地提高其活性。為了確定激發劑對強度影響程度，加入不同含量的堿性激發劑，堿性激發劑的含量分為粉煤灰含量的1.0%、2.5%、5.0%的三種情況進行分組試驗，在普通C20實驗室配合比計算的基礎上，按照質量百分比進行替代，試驗參數見表1。

2 試件制作

2.1 材料準備

首先計算普通C20混凝土配合比。然后再按照表1計算所需的再生混凝土、粉煤灰、激發劑的用量。然后項目組購買了當地某品牌P.O.42.5普通硅酸鹽水泥、Ⅱ級粉煤灰和堿性激發劑Ca（OH）2，天然骨料為5～31.5mm碎石，細級料為普通河砂。再生粗骨料來自C20廢棄混凝土梁，廢棄混凝土平均強度為C20，通過破碎、篩分獲得粒徑5～10mm的再生粗骨料及粒徑0.15～5mm的再生細骨料。

2.2 試件制備

將水泥、天然粗骨料、砂、水按照一定的比例進行配合，經過攪拌、成型、養護獲得普通混凝土試塊3塊，即普通混凝土0組；將破碎混凝土替代普通混凝土配合比中石子用量的20%，粉煤灰替代水泥用量的20%，制成再生混凝土第一大組，即再生混凝土A組，A組中激發劑分別為粉煤灰質量的1.0%、2.5%、5.0%，形成三個小組，每個小組3個試塊；第二大組（再生混凝土B）與A組相比，粉煤灰的替代比為30%，所以同樣制成三個小組，每個小組3個試塊。試件編號及各材料用量見表2。在制作再生混凝土試塊時，將再生粗骨料、粉煤灰和天然粗骨料和水泥在攪拌機中攪拌均勻，然后加入相應的砂，水和堿性激發劑，再攪拌兩次，攪拌均勻后倒出。

混凝土倒出后用鐵锨再來回拌合三次測定其塌落度。測量坍落度時，首先濕潤底板和坍落度圓筒，并將底板放置在堅固的水平表面上，同時在底板的中心位置放置坍落度筒，繼而踩住踏板兩側，在裝料時把筒保持在穩定的位置。根據規定，所獲得的砼試塊由鏟子分成三層，均勻地放入圓筒內，使搗實后的各層砼的高度是筒高的1/3。用搗棒插搗每層二十五次。沿螺旋方向由外向中間插搗，在截面上均勻插搗。插搗最底層時，搗棒連接全部深度，插搗次層以及最上層時，搗棒穿透本層至下一層的表面；澆灌最頂層時，澆灌砼至高出筒口。插搗過程之中，砼降至低于坍落度筒口時，隨時增添砼。頂層插搗完后，用抹刀刮去多余砼并抹平。清理完筒邊底板上砼后，垂直且平穩將筒提離；提起坍落度筒之后，測量筒的高度和坍落后砼試塊最高處高度之間的差（坍落度值），測得值符合坍落度要求，因此混凝土拌合物和易性良好。

制作試塊時一次性將砼拌合物裝入150*150*150的標準試模中。在裝載時，將抹刀沿著每個試模壁插入搗動，并使砼拌合物超出試模口，然后將模具固定在振動臺上，持續振動直到表面有漿滲出停止。

在砼進行養護時，試塊固化后立刻用防水膜遮蔽試塊表面，選取標準養護試塊，在溫度15～25℃環境之中靜置1～2晝夜，繼而進行編號、拆模。脫模后立刻將試塊放入溫度是18～22℃，相對濕度是百分之95以上的養護池當中進行養護。試塊放在養護池支撐架上，相互之間距離為10～20mm，試塊外表面維持濕潤。脫模后，試塊仍然保持相同的維護養護，養護齡期為28d。[4]

3 試驗加載

養護28d之后，從養護池當中取出試塊，擦凈試塊表面和上下承壓板面。在試驗機下壓板上放置試塊，使試塊成型時的頂面與承壓面相垂直。對準試塊和試驗機下壓板的中心，開啟試驗機，當上壓板和試塊相接近時，調節卡座，使它們相互均衡接觸。

由于砼強度等級小于或等于砼C30，因此加荷速度取0.3～0.5MPa/秒，并且在試驗期間連續均勻地加荷載。當試塊開始嚴重變形并接近損壞時，停止調整試驗機油門，直到破壞，在試塊被破壞后記錄破壞荷載，[5]具體數據見表3。

4 數據及結論

4.1 數據分析

按照《土木工程材料》[4]對混凝土試塊的試驗強度處理方法，進行了相應試驗組的抗壓強度計算，具體如下：用三個試塊測值的算術平均值作為該組試塊的抗壓強度值（精確至0.1Mpa）。若是三個測定值當中的最小值或最大值中有一個與中間值的差異超出中間值的15%時，則舍掉最大及最小值，取中間值為此組試件抗壓強度值；如最大和最小值與中間值相差均超過15%，則該組試件試驗效果無效。計算得到每一組試塊的抗壓強度均大于20Mpa，見表3。由表3可以得到以下結論：

（1）通過對粉煤灰替代水泥用量分別為20%和30%的再生混凝土的對比得到，在堿性激發含量與粉煤灰比例一定時，粉煤灰含量為20%的再生混凝土的抗壓強度明顯大于粉煤灰含量為30%的再生混凝土。

（2）在粉煤灰的替代量一定時，堿性激發劑含量分別為粉煤灰的1.0%，2.5%，5.0%，隨著堿性激發劑含量的增加強度逐漸增大，堿性激發劑可對混凝土試塊抗壓強度起有利作用，當堿性激發劑含量為5.0%時強度最大。

（3）在試驗過程中采用20%的再生粗骨料和20%粉煤灰，不添加堿性激發劑混凝土的強度未達到C20級別，因加入粉煤灰和再生粗骨料導致抗壓強度降低。

4.2 結論與展望

根據試驗可知，在混凝土中摻加20%再生粗骨料，20%～30%粉煤灰可以達到C20混凝土抗壓強度。粉煤灰替代量接近20%時再生混凝土的強度更大，建議在工程推廣中粉煤灰的替代量不超過30%最好在20%～25%之間，堿性激發劑為5.0%最佳，在工程中可以推廣使用此配合比的再生混凝土。

鑒于試驗經費，只做了C20強度的試驗，可以對C25混凝土及C25以上混凝土進行試驗；堿性激發劑也可以選用其他堿性激發劑進行試驗。

參考文獻

[1] 劉數華，冷發光.再生混凝土技術[M].北京：中國建材工業出版社，2007：13-18.

[2] 張曉華，孟云芳，任杰.淺析國內外再生骨料混凝土現狀及發展趨勢[J].混凝土，2013（7）：80-83.

[3] 甘福，周脈席，濮琦.再生粗骨料及再生混凝土性能研究進展[J].2018（9）：102.

[4] 湖南大學，天津大學，同濟大學，東南大學.土木工程材料（第二版）[M].北京：中國建材工業出版社，2011：133-140.

[5] 施衛星.建筑結構試驗[M].武漢：武漢大學出版社，2016：78.