再生粗骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)與施工和易性研究

張耀陽(yáng) 王曉川 韓文浩

（1.中交二公局第四工程有限公司，洛陽(yáng) 471000；2.武漢理工大學(xué)交通學(xué)院，武漢 430063）

0 引言

水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)是項(xiàng)目工程施工中的重要環(huán)節(jié)，其目標(biāo)是：在確保安全的前提下，最大程度提高工程經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)盡可能降低工程施工難度。因此，合理的配合比設(shè)計(jì)在工程實(shí)踐中對(duì)混凝土強(qiáng)度滿足要求有著重要的作用[1]。

1 配合比設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料參數(shù)及公式設(shè)定

本實(shí)驗(yàn)再生骨料單位用水量采用張學(xué)兵[2]博士推導(dǎo)的再生粗骨料額外用水量公式。再生粗骨料混凝土額外用水量Origin 擬合公式：

經(jīng)過(guò)吸水率的測(cè)試，再生粗骨料的最高吸水率為5.78%，故公式選用如下：

1.2 配合比設(shè)計(jì)及再生骨料額外用水量計(jì)算

本試驗(yàn)依據(jù)普通混凝土配合比計(jì)算方式，分別設(shè)計(jì)了再生粗骨料混凝土在0%、40%、70%、100%取代率下的配合比。

1.2.1 水膠比擬定

擬定水膠比時(shí)，依據(jù)規(guī)范《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ55-2011)中的規(guī)定[3]，由于再生粗骨料吸水率較大，回歸系數(shù)要進(jìn)行調(diào)整。

本文最終擬定回歸系數(shù):αa=0.34、αb=-0.55

式中：

w——再生粗骨料水泥混凝土中水含量

c——再生粗骨料水泥混凝土中膠凝材料含量

依照上述已知條件和規(guī)范中計(jì)算公式擬定水膠比為 0.53

1.2.2 單位用水量擬定

通過(guò)試驗(yàn)觀察，若不加額外用水來(lái)拌合經(jīng)飽水預(yù)處理的再生粗骨料水泥混凝土，初期拌合物和易性良好，但隨時(shí)間的增加，施工和易性降低明顯。

再生骨料水泥混凝土拌合物不同拌合時(shí)間時(shí)，拌合狀態(tài)如下圖：

因此本文利用額外加水的處理方式計(jì)算配合比。

WR——再生粗骨料水泥混凝土總用水量

WN——普通水泥混凝土用水量

?W ——再生粗骨料額外用水量

則取代率為40%、70%、100%的再生粗骨料水泥混凝土單位用水量分別為

3）通過(guò)計(jì)算得水膠比和已知最大粒徑，通過(guò)內(nèi)插法將砂率取為 36%。

4）依據(jù)相關(guān)規(guī)范，最終擬定無(wú)再生粗骨料水泥混凝土的配合比擬定為，水：水泥：細(xì)集料：粗集料：砂=160：336：630：630：660。

5）由于對(duì)再生粗骨料采用了額外加水的處理方式，對(duì)施工和易性產(chǎn)生了一定影響，而再生粗骨料水泥混凝土配合比中，減水劑摻量對(duì)拌合物的工作性能也有一定的影響。因此，試驗(yàn)選用了0.7%的較低減水劑摻量。

表3 再生混凝土配合比設(shè)計(jì)表：

2 工作性能評(píng)價(jià)及試驗(yàn)研究

2.1 再生粗骨料混凝土坍落度試驗(yàn)研究

本文根據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E30-2005）中的規(guī)范測(cè)試坍落度[4]。結(jié)果如下表。

表1.4 新拌再生粗骨料混凝土坍落度試驗(yàn)分析表

2.2 再生粗骨料混凝土工作性能影響因素分析

可以從結(jié)果看出,普通水泥混凝土的工作性能略優(yōu)于對(duì)再生粗骨料水泥混凝土,它們之間性能的明顯差異主要在坍落度、含沙情況、保水性上,而在棍度和粘聚性上是相似的。差異的主要影響因素是再生粗骨料的表面粗糙度,再生粗骨料的殘余水泥不僅增加了比表面積,也使表面之間的摩擦系數(shù)上升而嵌合系數(shù)下降。由于水泥混凝土中起到支撐作用的主要是粗集料，因此隨著再生骨料替換率的升高，坍落度的降低變化率下降。本試驗(yàn)中被再生粗骨料替換的粒徑范圍在5～10mm 內(nèi)，10～20mm 的粒徑仍采用天然粗骨料，這些天然粗骨料的表面粗糙度較再生粗骨料低，因此也出現(xiàn)了這種現(xiàn)象。

2.3 再生粗骨料額外用水摻入時(shí)間對(duì)混凝土和易性影響分析

再生粗骨料因?yàn)槲瘦^高，因此額外的單位用水量在設(shè)計(jì)再生粗骨料混凝土的配合比時(shí)是十分必要的。在不同拌合步驟加入這部分的額外用水量同樣會(huì)會(huì)對(duì)混凝土的施工和易性產(chǎn)生不同的影響[5]。

本文先按照上述再生混凝土配合比設(shè)計(jì)中額外用水量的計(jì)算方法，將再生骨料總質(zhì)量的2.05%作為再生骨料額外用水量，然后提前 1 小時(shí)對(duì)再生粗骨料進(jìn)行等水量的預(yù)濕處理，操作方式是沿著筒壁緩緩倒入。這樣的操作優(yōu)點(diǎn)是：計(jì)算的額外用水遠(yuǎn)低于再生骨料所需的吸水率，且這部分額外用水在短時(shí)間內(nèi)被完全吸收，而且再生粗骨料放在桶內(nèi)這樣一個(gè)短時(shí)間內(nèi)不會(huì)有太多的水揮發(fā)的環(huán)境，對(duì)再生骨料的額外用水量影響不大。

試驗(yàn)結(jié)果證明，這樣的提前預(yù)濕法在節(jié)省浸泡和曬干的時(shí)間、減少了水資源的浪費(fèi)，操作性較強(qiáng)的同時(shí)，在混凝土拌合過(guò)程中的和易性也更佳。

3 結(jié)論

1）本文引用了再生粗骨料混凝土額外用水量Origin 擬合公式，得出適用于本項(xiàng)目5～10mm 再生骨料額外用水量值的計(jì)算公式（公式 1.5 ）。

2）再生粗骨料的用量顯著影響新拌混凝土施工和易性，具體表現(xiàn)為再生粗骨料用量的增加導(dǎo)致了坍落度的降低。

3）提出了再生骨料額外用水與提前預(yù)濕結(jié)合的處理方法，將計(jì)算得出的再生骨料額外用水的水量提前 1h 等量供給再生骨料吸收，可提高再生骨料混凝土拌合時(shí)的和易性。