Ⅱ類再生粗骨料在C60高強(qiáng)混凝土中的應(yīng)用

陳強(qiáng)，李陽，田龍，劉昭

（滄州金巖建材集團(tuán)有限公司，河北 滄州 061000）

0 引言

近年來，由于環(huán)保的影響，天然砂石限制開采，砂石緊缺，價(jià)格居高不下，由建筑垃圾破碎的再生骨料的利用受到國(guó)家和地方政府的大力支持。2020 年 5 月，住建部印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)建筑垃圾減量化的指導(dǎo)意見》和《施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾減量化指導(dǎo)手冊(cè)（試行）》作為當(dāng)前和今后指導(dǎo)建筑垃圾源頭減量化工作的重要文件，使建筑垃圾再生骨料的應(yīng)用成為了今后的大熱項(xiàng)目。但是由于簡(jiǎn)單破碎的再生粗骨料表面粗糙、吸水率大、壓碎值較高、表觀密度小，所以目前再生骨料還無法規(guī)模化利用。

本文研究管樁廠破碎的混凝土再生粗骨料，這種粗骨料的吸水率、表觀密度和微分含量都屬于一級(jí)再生骨料范圍，只有壓碎值略大于 12%，因?yàn)榻^大多數(shù)的再生骨料的壓碎值都大于 12%，屬于Ⅱ類再生粗骨料范圍。按 JGJ/T 240—2011《再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定只能應(yīng)用于 C40 及以下強(qiáng)度等級(jí)混凝土，不允許生產(chǎn) C40 以上強(qiáng)度等級(jí)混凝土，更不用說生產(chǎn) C60 高強(qiáng)混凝土了。本文通過調(diào)整配合比，用部分優(yōu)質(zhì)Ⅱ類再生骨料替代石灰石骨料做 C60 高強(qiáng)混凝土試驗(yàn)，對(duì)比不同摻量的再生粗骨料對(duì) C60 高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度和狀態(tài)的影響。

1 再生粗骨料的技術(shù)指標(biāo)

根據(jù) GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》規(guī)定，按性能要求分為Ⅰ類、Ⅱ類和 Ⅲ 類，具體劃分要求見表 1。

表1 再生粗骨料主要項(xiàng)目分類

2 原材料的選擇

（1）水泥：唐山六九 P·O42.5 水泥，3d 水泥抗壓強(qiáng)度為 30MPa，28d 水泥抗壓強(qiáng)度為 56MPa，標(biāo)稠用水量 27.6%。

（2）礦粉：滄州黃驊港中鐵 S95 級(jí)礦粉，比表面積 407m2/kg，7d 活性 88%，28d 活性 101%。

（3）粉煤灰：黃驊港國(guó)華電廠 F 類Ⅱ級(jí)粉煤灰，燒失量 0.7%，細(xì)度 17%，需水量比 98%。

（4）細(xì)骨料：唐山遷西卵石破碎的機(jī)制砂中砂，性能指標(biāo)見表 2。

表2 機(jī)制砂性能指標(biāo)

（5）粗骨料：唐山 5～20mm 連續(xù)級(jí)配石灰石骨料和 5～20mm 連續(xù)級(jí)配混凝土破碎的再生粗骨料，性能指標(biāo)見表 3 和表 4。

表3 石灰石骨料性能指標(biāo)

表4 再生粗骨料性能指標(biāo)

（6）外加劑：采用滄州金巖建材集團(tuán)自產(chǎn)的高性能聚羧酸減水劑，減水率 31%，固含量 13%。

3 C60 高強(qiáng)混凝土配合比設(shè)計(jì)

根據(jù) JGJ/T 281—2012《高強(qiáng)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》選擇混凝土水膠比 0.29，砂率 38%，單方混凝土膠材總量 550kg，粗骨料的最大粒徑不大于 25mm，選擇5～20mm 連續(xù)級(jí)配石子。綜上考慮，經(jīng)多次調(diào)整后初步確定配合比見表 5。

表5 C60 高強(qiáng)混凝土配合比 kg/m3

4 試驗(yàn)方法和試驗(yàn)結(jié)果

使用石灰石碎石摻不同比例的再生骨料碎石進(jìn)行混凝土試驗(yàn)，對(duì)混凝土拌合物的出機(jī)坍落度、出機(jī)擴(kuò)展度和狀態(tài)，及 1h 后坍落度、1h 后擴(kuò)展度和狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)對(duì)混凝土的 7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了對(duì)比。根據(jù)再生骨料碎石不同的摻量對(duì) C60 高強(qiáng)混凝土狀態(tài)和強(qiáng)度的影響，再重新調(diào)整配合比，使混凝土達(dá)到最佳狀態(tài)和強(qiáng)度。不同摻量的再生粗骨料對(duì) C60 高強(qiáng)混凝土狀態(tài)的影響見表 6。

表6 不同摻量再生粗骨料對(duì) C60 高強(qiáng)混凝土性能的影響

試驗(yàn)表明，隨著再生粗骨料摻量的提高，混凝土的出機(jī)坍落度和擴(kuò)展度逐漸減小，同時(shí) 1h 的混凝土坍落度損失加大。因?yàn)樵偕橇系奈瘦^高，吸附大量的水和外加劑，所以隨其摻量提高，坍落度損失加大，流動(dòng)性變差。混凝土的強(qiáng)度逐漸降低，且 7d 到 28d 抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)變慢。因?yàn)樵偕橇系膲核橹递^高，其強(qiáng)度低，7d 時(shí)高強(qiáng)混凝土試塊壓碎后從石子開始破碎，到28d 強(qiáng)度增長(zhǎng)的只有膠凝材料，骨料同樣是破碎的，所以強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，且逐漸降低。混凝土拌合物的狀態(tài)逐漸顯石子，砂率顯小，因?yàn)樵偕止橇系谋碛^密度比石灰石的小，相同質(zhì)量的石子體積大，所以顯石子多，同時(shí)容易漂浮在水泥砂漿的上面，更顯得砂率較小。根據(jù)上述試配結(jié)果，為了提高摻再生骨料混凝土的和易性，降低坍落度損失和增加混凝土強(qiáng)度，因再生骨料吸水率高，適當(dāng)提高用水量和外加劑摻量；隨著再生骨料摻量的提高適當(dāng)提高混凝土砂率；同時(shí)為了提高混凝土強(qiáng)度適當(dāng)增加了水泥和總膠材用量；并根據(jù)實(shí)測(cè)調(diào)整了混凝土容重。調(diào)整后的混凝土配合比見表 7。調(diào)整后的配合比對(duì)混凝土性能影響見表 8。

表7 調(diào)整后摻再生粗骨料 C60 高強(qiáng)混凝土配合比 kg/m3

表8 調(diào)整后的配合比對(duì) C60 混凝土性能的影響

試驗(yàn)表明通過調(diào)整后摻再生骨料的 C60 高強(qiáng)混凝土的狀態(tài)都能滿足要求，和易性良好，坍落度損失變小，但即使是提高了水泥用量，混凝土的 7d 抗壓強(qiáng)度比原來有所增加，但隨其摻量的提高，28d 抗壓強(qiáng)度仍增速變緩，當(dāng)再生骨料摻量超過 60%，由于再生骨料壓碎值高，高強(qiáng)混凝土 7d 抗壓強(qiáng)度破壞主要是骨料處破裂，說明再生骨料的強(qiáng)度是混凝土中的薄弱環(huán)節(jié)，那么后期齡期再延長(zhǎng)，或增加水泥用量調(diào)整配合比，也只是膠凝材料強(qiáng)度的變化，對(duì)混凝土整體強(qiáng)度無太大貢獻(xiàn)，所以 28d 抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)變少。再生粗骨料摻量20% 對(duì) C60 高強(qiáng)混凝土的狀態(tài)和強(qiáng)度影響最小，摻量40% 和 60% 能夠均能滿足設(shè)計(jì)要求，雖然再生骨料摻量 80% 和 100% 的 28d 抗壓強(qiáng)度也達(dá)到 60MPa 以上，但均未達(dá)到混凝土的 28d 抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 1.15 倍（69MPa），所以通過調(diào)整不同摻量再生骨料的混凝土的配合比，Ⅱ類再生粗骨料可以部分替代石灰石骨料用于生產(chǎn) C60 高強(qiáng)混凝土，最大摻量不宜超過粗骨料的60%。

5 生產(chǎn)中使用再生粗骨料注意事項(xiàng)

（1）注意再生粗骨料中的雜質(zhì)含量，再生骨料中不得有磚頭、鋼筋、木棍等雜物。

（2）選擇 C60 高強(qiáng)用再生粗骨料要選擇吸水率較低的廢棄混凝土，微粉含量小于 0.5%，表觀密度大于2450kg/m3。由于再生骨料的壓碎值普遍較高，真正小于 12% 壓碎指標(biāo)的一類再生粗骨料較少，或者壓碎值不穩(wěn)定，所以生產(chǎn)高強(qiáng)混凝土的再生骨料的最大壓碎指標(biāo)不宜大于 15%。

（3）再生粗骨料的吸水率比石灰石的要大，為了保證混凝土出機(jī)狀態(tài)和坍落度損失，根據(jù)再生骨料的不同摻量應(yīng)該適當(dāng)增大水膠比和外加劑摻量。

（4）再生粗骨料的表觀密度小，根據(jù)再生骨料的不同摻量應(yīng)適當(dāng)增加混凝土的砂率，滿足和易性。

6 結(jié)論

（1）通過調(diào)整配合比使用Ⅱ類再生粗骨料可以部分替代石灰石骨料用于生產(chǎn) C60 高強(qiáng)混凝土，但再生粗骨料摻量不宜超過 60%。

（2）再生骨料的吸水率較高，隨著再生骨料摻量的提高，混凝土的出機(jī)坍落度逐漸變小、坍落度損失逐漸加大。

（3）再生粗骨料的表觀密度較小，隨著再生粗骨料摻量的提高，混凝土逐漸露石子，砂率逐漸顯小。

（4）再生粗骨料的壓碎值較高，隨著再生粗骨料摻量的提高，混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸降低，C60 高強(qiáng)混凝土 7d 到 28d 抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)率逐漸變小。

（5）再生混凝土粗骨料的價(jià)格較低，所以使用再生粗骨料替代石灰石骨料能大量減低混凝土的成本。

（6）保護(hù)環(huán)境。再生粗骨料是固體廢棄物的一種，屬于“建筑垃圾”回收利用，混凝土中摻部分再生骨料，緩解了環(huán)境的污染和建筑垃圾的排放。