再生粗集料的基本性能及預處理方式研究

范凌泰

(1.東南大學，南京 210000：2.江蘇揚子江高速通道管理有限公司，南京 212415)

1 再生粗集料的研究發展情況

1.1 簡介

再生粗集料顧名思義，是將廢棄的水泥混凝土經過破碎、加工后，形成的粒徑大于4.75mm的顆粒，可以在水泥混凝土中取代部分粗集料，制作再生混凝土，使用再生粗集料，不但可以緩解目前天然石材缺乏的現狀，也與國家所提倡的“綠色環保”理念相契合。

1.2 國外研究發展情況

水泥混凝土的再生利用始于20世紀后半葉。研究最早的是歐洲，主要是二戰后，由于戰爭產生了大量的廢棄混凝土，而戰后重建工作需要大量的粗集料，這一情況促使歐洲國家開始對再生集料進行研究。日本則是因為土地狹小，資源相對匱乏，因此早在上個世紀70年代就對再生集料進行了研究。美國由于土地遼闊，對再生集料的研究相比日本和歐洲起步較晚，但發展很快，且已經在高速公路施工中得到了廣泛的應用。

1.3 國內研究發展情況

由于我國基礎設施建設發展較為緩慢，而且地大物博，資源豐富，因此對再生集料需求沒有那么迫切，研究較晚，但由于近年來的大規模建設以及天然石材缺乏的情況，對再生集料研究也是刻不容緩。對于再生集料的性能，美國、日本、歐洲很早就制定了相應的規范，并且已經大規模投入使用，而我國雖然起步較晚，但也于2011年發布了《JGJT 240-2011 再生骨料應用技術規程》，雖然實際應用還比不上發達國家，但規范的出臺也為實際使用打下了理論基礎。

2 基本性能

2.1 堆積密度和表觀密度

再生粗集料，本質上就是破碎的廢棄混凝土，因此表面會附著廢棄混凝土中存在的水泥砂漿，與天然粗集料相比，這些水泥砂漿的孔隙率較大，因此導致再生粗集料的堆積密度和表觀密度較天然粗集料低。再生粗集料的表觀密度受到包括粒徑、原廢棄混凝土的強度、配合比、使用時間、環境、破碎方式等多種因素的影響。從目前的研究來看,其數值的并沒有一定的規律，再生粗集料的表觀密度為天然粗集料的90%以上，堆積密度為天然粗集料的85%以上[1]，通常來說，再生粗集料的表觀密度在2310kg/m3～2620kg/m3之間，再生粗集料的堆積密度在1290kg/m3～1470kg/m3之間[2]。實際工程使用中，再生粗集料的表觀密度需要現場進行測定，以便進行再生混凝土配合比設計。由于我國的《JGJT 240-2011 再生骨料應用技術規程》中缺少對再生粗集料表觀密度和堆積密度的規定，因此參考上海市的標準《再生混凝土應用技術規程》，該規范是依據同濟大學的試驗和國內外數據，同時參考國外標準制定的，規范要求Ⅰ，Ⅱ級再生粗集料的表觀密度必須要大于2400kg/m3。就該規范來看，再生粗集料的表觀密度能夠滿足規范要求。

2.2 吸水率

相比天然粗集料，再生粗集料的吸水性能更好，主要原因是因為水泥砂漿的存在導致孔隙率增大，而且在廢棄混凝土破篩的過程中，再生粗集料表面砂漿內部會產生很多的微裂縫，這些都導致再生粗集料吸水性能的上升。由于表觀密度也與附著水泥砂漿的量有關，因此，再生粗集料吸水性能隨著表觀密度的增加而減少。同時，再生粗集料的吸水率還與粒徑有關，粒徑越小，再生粗集料中的水泥砂漿含量越高，吸水率就越大。根據國內的各項研究，再生粗集料的吸水率為2.5%～12%；國外報道的再生粗集料的吸水率在5%左右[1]。《JGJT 240-2011再生骨料應用技術規程》規定再生粗集料的吸水率必須少于10%，因為吸水率過高會使得用水需求增加，水量不夠的話會導致耐久性以及和易性下降，而水量充足則會因此高水灰比導致未來的強度降低。從以上數據來看，再生粗集料的吸水率也能夠滿足規范要求。

2.3 壓碎指標

壓碎指標，即壓碎值，表示集料的抗壓碎能力，是一項基本性能指標。由于表面附著的大量水泥砂漿，這些水泥砂漿的抗壓碎能力較強，因此再生粗集料的壓碎指標較天然粗集料高。與密度和吸水率類似，母體混凝土也是影響再生集料壓碎指標的一個重要因素。再生粗集料的壓碎指標不但隨母體混凝土的強度的提高而提高，同時破碎方法也在一定程度上影響著在再生粗集料的壓碎指標，相比鄂式破碎，反擊式破碎的壓碎值更小，這主要是因為反擊式破碎產生的針片狀顆粒更少，同時減少了再生粗集料表面附著水泥砂漿的量，從而影響壓碎指標。孫躍東等人[1]給出的再生粗集料壓碎指標均處于10%～20%之間，根據《GB/T14658-2011建設用碎石、卵石》，為Ⅱ類骨料，可以滿足部分公路工程的基本要求。

3 再生粗集料的預處理

相比天然粗集料，再生粗集料的具有表觀密度和堆積密度較小、吸水率較大、壓碎指標較高的特點，相比天然粗集料，性能方面有所欠缺，雖然在應用于道路基層和建筑的次要結構時可以滿足要求，但如果應用于高等級道路的面層或者建筑的主要結構時，可能會出現性能無法滿足要求的情況，此時就要對再生粗集料進行預處理，以提高再生粗集料的基本性能。常用的預處理方式有三種，分別為化學處理，物理處理以及濕處理。

3.1 化學處理

化學處理就是使用化學漿液對再生粗集料處理，流程通常是浸漬、淋洗、干燥等。化學處理的主要目的是填充由于再生粗集料表面附著的水泥砂漿產生的孔隙及內部的裂縫。化學漿液有三種生效情況，一種是化學漿液本身直接填充，第二種是與再生粗集料中的某些成分發生化學反應，反應生成物來填充，第三種則是把化學漿液作為粘合劑。通常使用的化學漿液有以下幾種：聚合物(PVA溶液)、高能效抗滲防水劑、純水泥漿、水泥外摻粉煤灰。但是，多方的研究結果表明，化學處理對再生粗集料的性能影響不明顯。范小平等[3]的研究表明，用化學漿液對再生粗集料進行預處理可以顯著降低再生粗集料的壓碎指標，但對制備而成的再生混凝土的力學性能影響不明顯；程海麗等[3-6]的研究表明，采用不同濃度的水玻璃溶液對再生粗集料進行預處理后，使用處理過的再生粗集料制備的再生混凝土的早期強度有所上升，但是會使得最終強度下降。

3.2 物理處理

物理處理就是利用外加荷載，使得再生粗集料自身或者與外界進行摩擦，以磨去再生粗集料表面存在的水泥砂漿，從而提高再生粗集料的性能，從工程實際應用角度來看，這是消除再生粗集料表面水泥砂漿、提升其性能的一種可行辦法。目前，物理處理方法主要有以下三種。

(1)機械研磨法

機械研磨法，就是采用機械對再生粗集料進行研磨，主要是指在再生混凝土制備的過程中，在轉筒攪拌機首先加入再生粗集料，并干拌1～2min，隨后再加入其它的原材料。美國的工程實踐證明，這一方法是行之有效的，同時，這種方法成本較低，耗能也相對較少，因此這是值得進行大力推廣的再生粗集料預處理方法。

(2)選擇性加熱和研磨法

該方法使用微波輻射，有選擇性的對再生粗集料和表面水泥砂漿的交界面進行輻射加熱，使受到輻射的交界面變得脆弱，更容易剝落水泥砂漿；在加熱完畢之后，使用立式研磨機對再生粗集料進行研磨，除去表面存在的水泥砂漿，從而得到性能較好的再生粗集料。該方法雖然處理效果好，但是由于需要加熱，因此能耗較高，成本也較高，工程實際應用較為困難。

(3)空氣加熱研磨法

空氣加熱研磨法要求把混凝土破碎成直徑50mm的塊狀，然后置于垂直的爐中，從爐子底部吹出高溫空氣，對再生粗集料進行加熱，使得附著處變得脆弱；然后使用管式研磨機對再生粗集料進行研磨，從而使表面存在的水泥砂漿更容易清楚。大部分情況下空氣溫度約為300℃。該方法加熱更為徹底，因此加工后的再生粗集料性能更好，甚至可以達到天然粗集料的水平，但是同樣由于需要加熱，能耗較高，很難大規模使用。

3.3 濕處理

濕處理法，即是對再生粗集料用清水進行浸泡、沖洗，然后分離其中的雜質，從而提高其性能。

研究表明[6]，在制備再生混凝土之前，先用水對再生粗集料進行浸泡沖洗，不但能夠提高所制備再生混凝土的工作性，而且還能提高再生混凝土的力學性能。相對其他預處理方法，濕處理法操作方便，能耗需求也不高，唯一存在的問題就是進行濕處理后留下的廢水的處理問題，從實用性角度來看，濕處理法在實際工程使用中更具有可行性。

4 結 論

1.再生粗集料基本性能較差的主要原因是再生粗集料外附著的水泥砂漿。

2. 再生粗集料的基本性能主要受母體混凝土的強度、配合比、使用時間、使用環境等因素的影響，同時也受到破碎方法的影響，從集料的角度來看，再生粗集料基本可以滿足各個規范的要求，可以作為制備符合公路工程規范的混凝土的原材料。

3.如果需要基本性能更好的再生粗集料，可以對其進行預處理以提高性能，機械研磨法和濕處理法是最具有可行性的預處理方法。