建筑垃圾再生混凝土配合比設計與工程應用初探

谷雷雷，楊貝貝

（中交一公局海威工程建設有限公司，北京101119）

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

1.1.1 再生集料

選用浙江省杭州市余杭區4家公司生產的建筑垃圾再生集料，篩分為3種規格混凝土集料。該集料是對當地產生的混凝土路面破除料、瀝青銑刨料、水穩刨銑料、廢舊磚渣料回收后進行二次加工。

1.1.2 其他材料

水泥選用普通硅酸鹽水泥（P·O 42.5），材料指標要求如表1所示。選用的石灰為I級石灰，有效氧化鈣和氧化鎂含量為82.38%。粉煤灰為F類I級，0.2%的含水量，燒失量為2.85%。水為自來水。對比試驗采用的粗集料為天然玄武巖集料，細集料為天然河砂。

表1 水泥基本性能指標

1.2 試驗方法

1.2.1 集料性能試驗

依據JTG E 42—2005《公路工程集料試驗規程》分別使用網籃法和容量瓶法測定建筑垃圾再生粗、細集料的表觀密度和吸水率，使用針片狀規準儀測定粗集料針片狀顆粒含量，使用含泥量及泥塊含量試驗來測定粗集料含泥量，使用篩洗法和亞甲藍測定細集料含泥量，使用壓碎值試驗測定粗集料壓碎值、壓碎指標試驗測定細集料壓碎值[1]。

1.2.2 混凝土性能試驗

采用全自動恒應力壓力試驗機開展混凝土抗壓強度試驗，并進行坍落度試驗。混凝土試塊采用150 mm×150 mm×150 mm規格。

2 再生集料性能試驗結果

2.1 再生粗集料

將再生粗集料與天然材料對比試驗，得到的結論有：（1）破碎后的混凝土再生集料表面有不規則的裹覆砂漿，其表觀密度略小于天然材料；（2）針片狀顆粒含量較高，吸水率較大，但壓碎值、含泥量指標能滿足JTG/T 3650—202《公路橋涵施工技術規范》（以下簡稱《規范》）中Ⅱ類粗集料要求。

2.2 再生細集料

將再生細集料與天然河砂對比試驗，得到的結論有：（1）再生細集料表觀密度偏小，含泥量和吸水率偏高，基本不滿足現行《規范》要求；（2）經亞甲藍檢測，再生細集料含泥量指標合格；（3）從級配和細度模數分析，再生細集料屬于中砂和II區級配。

3 配合比設計及混凝土性能試驗分析

3.1 配合比設計

經過上述再生集料性能試驗研究，選取部分再生集料與天然玄武巖集料摻和作為粗集料，再選取部分再生集料與天然河砂摻和作為細集料。通過調整，讓粗集料和細集料的再生摻量分別為0%、20%、40%、60%、80%和100%，從而研究不同摻量下混凝土的抗壓強度變化情況。

3.2 抗壓強度

圖1 為再生集料取代率的混凝土試件28 d無側限抗壓強度。通過分析可知：

圖1 再生集料不同取代率的混凝土抗壓強度

1）相同條件下再生混凝土抗壓強度普遍低于天然混凝土。

2）隨著再生集料摻量從20%增加至100%，再生混凝土相對天然混凝土強度下降7.1%、12.0%、18.2%、21.4%和22.9%，下降趨勢逐漸變緩。其中，當再生集料取代率從20%提高到100%時，再生混凝土相對天然混凝土強度下降3.0%、6.6%、10.1%、11.5%和12.8%；當再生細集料替換時，再生混凝土相對天然混凝土強度下降10.1%、15.0%、22.1%、23.2%和24.6%，與混合再生集料替換對強度的影響相似。可知，粗集料替換效果強于細集料和粗細集料混合替換類別，相同取代率強度約能提高10%。

3.3 坍落度

圖2 為再生集料不同取代率混凝土坍落度。參考圖2可得出以下3點：

圖2 再生集料不同取代率混凝土坍落度

1）坍落度受再生集料取代比例影響；

2）天然集料配制混凝土坍落度為180 mm；而隨著再生集料取代率提高，再生混凝土坍落度輕微變小，當100%使用再生集料時，其坍落度降低5.6%，為170 mm，仍表現較好和易性；

3）改變再生集料類別對坍落度幾乎不產生影響。

4 依托工程實踐強度結果

4.1 施工配合比設計

根據上文研究結果，結合工程開展C20和C30建筑垃圾再生集料混凝土的設計與應用，再生集料混凝土施工配合比見表2。C20建筑垃圾再生集料混凝土經過現場試配后，確定粗、細集料全部采用建筑垃圾再生集料；C30混凝土現場試配結果表明粗、細集料全部取代后強度無法達到施工要求，故采用天然材料和建筑垃圾再生集料進行混合配置。

表2 再生集料混凝土施工配合比

根據工程需要，對拌和站、鋼筋場、預制場和項目駐地進行建筑垃圾再生集料混凝土應用，具體再生集料混凝土應用量見表3。

表3 再生集料混凝土應用量

4.2 建筑垃圾再生集料混凝土抗壓強度

建筑垃圾再生集料混凝土澆筑完成后外表美觀，表面平整。

對應用再生集料混凝土結構物進行強度檢測，結果見圖3。由圖3可知：（1）建筑垃圾再生集料混凝土早期強度增加較快，C30和C20在7 d抗壓強度已達到了設計強度73.1%和60.6%；（2）后期建筑垃圾再生集料混凝土強度增長放緩，14d抗壓強度分別達到設計強度的90.1%和87.6%；（3）28d建筑垃圾再生集料混凝土抗壓強度基本達到設計強度，分別為99.2%和98.4%。

圖3 不同期齡建筑垃圾再生混凝土抗壓強度

通過現場施工及成品監測，建筑垃圾再生集料混凝土基本能夠滿足現場施工需求。

5 結語

基于上述實驗，可得出以下結論：

1）建筑垃圾再生集料表觀密度小于天然材料，其中，粗集料針片狀顆粒含量較高、吸水率較大，壓碎值和含泥量滿足規范中Ⅱ類粗集料要求，細集料含泥量和吸水率偏高。

2）再生集料摻量對混凝土28 d無側限抗壓強度和坍落度均產生影響，且會隨著摻量提高抗壓強度和坍落度均降低，但仍表現出較好的和易性；同時，抗壓強度還受集料替換類型影響，相同摻量條件下，只采用再生粗集料的混凝土強度較優。

3）通過對高摻量的低標號建筑垃圾再生集料混凝土進行施工配合比設計和應用，發現其強度基本能夠滿足現場施工需求。