援外工程再生骨料混凝土的配置與應用

文｜西安四方建設監理有限責任公司 劉偉；中國啟源工程設計研究院有限公司 杜建平

0 引言

將拆除房屋廢棄的混凝土采取破碎、清洗、按粒徑分級后，以一定比例與原生骨料混合后形成的再生骨料，用以部分或全部取代粗骨料而配制形成的新混凝土。再生骨料混凝土技術不僅可以對廢棄混凝土有效再利用，而且能夠降低造價，對于經濟不發達亞非拉國家的基礎設施建設，提供了一條低成本的建設之路。本文結合我國援幾內亞比紹太陽能路燈項目為例說明再生骨料混凝土技術結合當地環境及自然資源條件下的制備與應用。

1 工程概況及設計要求

1.1 援建項目概況

工程名稱：援幾內亞比紹太陽能路燈項目。

建設單位：商務部國際經濟合作事務局。

建設地點：比紹市。

項目管理單位：中國新時代國際工程公司和西安四方建設監理有限責任公司。

EPC總承包單位：特變電工股份有限公司。

設計單位：機械工業第六設計研究院有限公司。

建設規模：160盞太陽能路燈及100盞太陽能庭院燈。

工程工期：2016年6月20日至2016年9月30日。

投資規模：1170萬元人民幣。

1.2 配合比設計指導方針和指標要求

根據當地環境和再生混凝土以往使用經驗，影響其使用性能主要來自三個方面，分別是強度、抗滲性和耐久性，依據當地再生骨料和原材料的品質，項目管理單位、設計單位和EPC總承包單位反復溝通，決定采用國內混凝土標準28天齡期的性能來試配、評定和驗收成品混凝土，同時確定再生骨料混凝土的技術指標：強度等級C25，塌落度130～150mm，抗滲等級S6，耐久性試驗失重百分比≤4%；施工和易性良好，無離析、泌水現象。

表1 比紹市42.5R水泥性能指標

表2 再生粗骨料物理性能指標

表3 天然砂性能指標

表4 再生混凝土的配合比設計

2 原材料

2.1 水泥

本試驗采用當地42.5R級普通硅酸鹽水泥，其主要物理力學性能見表1。

2.2 粗骨料

采用當地5～25mm連續級配碎石，針片狀含量4%，含泥量0.4%，無潛在堿--骨料反映。

2.3 再生粗骨料

表5 RAC基本力學性能試驗結果

根據比紹市存在大量因戰亂待拆除危房的現狀，我們選擇了三種不同來源的再生骨料，第一種來源于比紹大學實驗室的廢棄混凝土粗骨料，將其記為RA1 ；第二種來源于使用近15年的道路毀壞后的粗骨料，記為RA2；第三種來源于使用近30年的房屋拆除后的粗骨料，記為RA3。再生粗骨料物理性能指標見表2。

2.4 砂子

采用當地天然河砂，性能指標如表3所示。

3 混凝土配合比設計

再生骨料混凝土配合比設計參照普通混凝土配合比設計步驟，即根據需配混凝土強度和水泥實際強度確定水灰比，由塌落度確定混凝土單位用水量，以水灰比和骨料粒徑選擇砂率，最后根據體積法或質量法確定砂石用量，并根據試拌性能調整混凝土配合比。

通過計算、試配再生混凝土配合比見表4所示。

表中NC表示不摻入再生骨料的普通混凝土，其中RA1-30表示采用取代率為30%的RA1型再生骨料的混凝土，其余均雷同。

圖1 RAC與NC立方體抗壓強度比

圖2 取代率與立方體抗壓強度關系

圖3 RAC與NC軸心抗壓強度比

圖4 取代率與軸心抗壓強度關系

4 抗壓性能測試

抗壓強度是混凝土質量評價的代表性指標。國內外學者對再生骨料混凝土的抗壓性能進行了廣泛的研究，由于不同試驗中再生骨料來源的差異、品質不同等原因，使得研究結果差異性很大，不具有借鑒使用價值。本性能試驗通過近30組試塊的立方體抗壓強度和軸心抗壓強度研究，優選出滿足強度等級要求的混凝土類型。

立方體及棱柱體抗壓強度試驗結果見表5。

以NC試件作為對比，在取代率分別為30%、50%、70%和100%時，其RA與NC立方體抗壓強度比及取代率與立方體抗壓強度關系如圖1和圖2所示。

從圖1、圖2可知，對于再生骨料試件RA1、RA2、RA3，在30%～100%的取代率下，?cu均超過NC的強度。RA1-50相比NC，?cu略微增長1.0%，而在30%、70%和100%的取代率下，分別高于NC試塊?cu強度的4.4%、13.1%和13.05%；RA2的取代率的提高，立方體抗壓強度出現下降，其強度略高于NC相應強度，其中30%、50%、100%取代率相比NC，立方體抗壓強度增加了9.49%、1.21%和3.09%，而70%取代率達到NC相應強度的99.4%，基本與NC強度持平；RA3試件，取代率增加的同時其fcu也在增加，對應增幅分別為0.51%、6.09%、12.28%和13.69%。

混凝土軸心抗壓強度試驗結果如圖3和圖4所示。

以NC作為對比試件，從圖3、圖4可得出：RA1、RA2、RA3在取代率30%、50%和70%時，?c分別比NC增加1.87%、2.53%和4.1%，而完全取代時（100%），三種再生試件強度均超過NC，對應強度分別為NC軸心強度的9.51%、1.44%和8.90%。對于RA1、RA2、RA3其他取代率的試件均低于NC試件?c的強度。對于RA1-50和RA1-50試件，為NC軸心抗壓強度的86.3%和92.1%；對于RA2-30和RA2-70，為NC軸心抗壓強度的93.1%和91.4%；對于RA3-30和RA3-50，達到NC軸心抗壓強度的88.8%和92.6%。

以三種再生骨料中較高的?cu為主，?c為輔的思路篩選試驗結果，從而優選出RA1-70、RA1-100、RA2-30和RA3-100四種類型的混凝土進行抗滲性和耐久性的測試。

5 抗滲性能測試

為了評價RA1-70、RA1-100、RA2-30和RA3-100四種類型混凝土的抗滲性，采用公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程規定的抗滲試驗方法，測得再生混凝土與天然混凝土抗滲等級見表6。

從表6中可看出，普通混凝土的抗滲性等級明顯高于其他再生混凝土，隨著再生骨料年限的增長，其混凝土抗滲性能有所下降，其抗滲性隨混凝土強度等級的提高而增加。上述四種再生混凝土只有RII—30達不到S6抗滲等級，其余均滿足燈塔基礎混凝土的抗滲要求。

圖5 基礎混凝土澆筑

圖6 基礎墊層成型檢查

圖7 基礎外形成型檢查

圖8 回彈儀強度檢測

6 耐久性能測試

為了評價RI-70、RI-100和RIII-100三種類型混凝土耐久性，采用硫酸鹽和硫酸侵蝕計算失重率的試驗方法，以普通混凝土NC作為對比，對每一類型混凝土制作6塊/組100mm×100mm×500mm的試塊，養護28天后將其浸入測試液之中，測試液中MgSO4含量7.5%、NaSO4含量7.5%、H2SO4為2PH，試驗結果見表7。

從表7分析得出，RA1-70、RA1-100和RA3-100在硫酸鹽、酸性環境中，其耐久性與NC耐久性比較差異較小。且隨著再生骨料齡期增長，侵蝕失重率有增大的趨勢。三種再生混凝土滿足耐久性失重百分比在4%內的要求。

7 現場應用

RA1-70、RA1-100和RA3-100三種再生混凝土經過強度、抗滲和耐久性測試，證明其性能均滿足混凝土設計時的指標要求，可以應用于太陽能路燈基礎項目，根據材料來源的便捷程度，可對不同地點的燈塔基礎使用不同再生骨料混凝土。

2016年7月27日，燈塔基礎混凝土從蒂蒂娜希拉廣場開始澆筑，從現場應用效果看，本文所提供的三種再生混凝土能較好的應用于現場施工，混凝土和易性好，易于澆筑成型，入模性能好，見圖5；由于當地氣溫高，為防止混凝土水分喪失，初凝后盡早濕養護，養護28 天成型時基礎沒有出現收縮裂縫、斷裂等質量問題，見圖6、圖7；回彈儀對每個燈塔基礎現場實測強度均達到25MPa以上，滿足設計要求，見圖8。

表6 混凝土抗滲等級

表7 混凝土侵蝕失重率