再生材料取代率对再生混凝土的影响

刘冶坤 李剑文 董志敏

摘 要 本文基于目前混凝土大量消耗天然原生材料以及大量拆除的建筑混凝土作为建筑垃圾的现状，研究采用废弃混凝土和工业废料粉煤灰进行一定比例替换天然原生材料，制成再生混凝土的抗压性能进行试验研究，检测并分析其工作、力学性能等。将废弃混凝土作为再生骨料制作成再生混凝土，这不仅关系到建筑废弃物再利用，而且能够解决天然骨料资源紧缺的问题，实现资源最大化有效利用。

关键词 再生混凝土 性能 可持续发展 再生骨料

中图分类号：TU528 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.03.010

Abstract Based on the current situation that concrete consumes a lot of natural raw materials and demolishes a lot of construction concrete as construction waste， this paper studies the use of waste concrete and industrial waste fly ash to replace natural raw materials in a certain proportion to make recycled concrete compressive performance for experimental research， testing and analysis of its work and mechanical properties. Using waste concrete as recycled aggregate to make recycled concrete is not only related to the reuse of construction waste， but also can solve the problem of shortage of natural aggregate resources and realize the maximum and effective utilization of resources.

Keywords recycled concrete； performance； sustainable development； recycled aggregate

0 引言

近年来，伴随着缩减的全球化资源和由于建筑垃圾所造成的环保性问题、经济性问题以及社会性问题的日益突出，我国愈发看重节能和资源的回收利用问题，大力倡导和开发建筑垃圾的再利用。尽管我国对再生混凝土的研究比较晚，但如今也成为了混凝土研究领域中的热门。再生混凝土的大范围使用还存在许多问题，部分基础指标和技术参数不够完善，于是对再生混凝土的系统性研究尤为重要。为了处理环境和骨料的问题，混凝土的制备及施工技术一定要采用最新科学技术水平的生产制备方式，开发生产和管理方法，走可持续发展之路。[1]针对建筑工业转型升级、健康发展、推进供给侧结构改革，相关国家政策方针的出台，使建筑垃圾向绿色、可持续化、再生资源有效利用的方向发展。[2]再生砼的研究开发能处理废弃砼的管理问题，节约天然骨料、节省砼废弃物运输和清理费用，同时还能综合利用工业废弃物、达到明显地效益。[3]

1 试件设计

吉林省每年拆除的混凝土废弃物数目巨大，不但需要大笔处理费，还占据大量空间，破坏环境、耕地，由此所引发的环境问题也相当突出。在混凝土的原料中，骨料量使用是第一的，每制作1m3混凝土大概需要1700-2000kg砂石、骨料，对砂、石料的损耗非常大，除开采运载的消耗，对环境破坏也十分严重。[1]用再生骨料代替天然骨料符合可持续发展战略，节约大量资源。

本项目拟采用拆除的废弃混凝土进行破碎、筛分，替代20%的天然粗骨料（石子），用吉林省当地的工业废弃料粉煤灰分别替代20%、30%的水泥。为保证再生骨料混凝土的粘聚性，加入Ca（OH）2作为碱性激发剂，能更好地提高其活性。為了确定激发剂对强度影响程度，加入不同含量的碱性激发剂，碱性激发剂的含量分为粉煤灰含量的1.0%、2.5%、5.0%的三种情况进行分组试验，在普通C20实验室配合比计算的基础上，按照质量百分比进行替代，试验参数见表1。

2 试件制作

2.1 材料准备

首先计算普通C20混凝土配合比。然后再按照表1计算所需的再生混凝土、粉煤灰、激发剂的用量。然后项目组购买了当地某品牌P.O.42.5普通硅酸盐水泥、Ⅱ级粉煤灰和碱性激发剂Ca（OH）2，天然骨料为5～31.5mm碎石，细级料为普通河砂。再生粗骨料来自C20废弃混凝土梁，废弃混凝土平均强度为C20，通过破碎、筛分获得粒径5～10mm的再生粗骨料及粒径0.15～5mm的再生细骨料。

2.2 试件制备

将水泥、天然粗骨料、砂、水按照一定的比例进行配合，经过搅拌、成型、养护获得普通混凝土试块3块，即普通混凝土0组；将破碎混凝土替代普通混凝土配合比中石子用量的20%，粉煤灰替代水泥用量的20%，制成再生混凝土第一大组，即再生混凝土A组，A组中激发剂分别为粉煤灰质量的1.0%、2.5%、5.0%，形成三个小组，每个小组3个试块；第二大组（再生混凝土B）与A组相比，粉煤灰的替代比为30%，所以同样制成三个小组，每个小组3个试块。试件编号及各材料用量见表2。在制作再生混凝土试块时，将再生粗骨料、粉煤灰和天然粗骨料和水泥在搅拌机中搅拌均匀，然后加入相应的砂，水和碱性激发剂，再搅拌两次，搅拌均匀后倒出。

混凝土倒出后用铁锨再来回拌合三次测定其塌落度。测量坍落度时，首先湿润底板和坍落度圆筒，并将底板放置在坚固的水平表面上，同时在底板的中心位置放置坍落度筒，继而踩住踏板两侧，在装料时把筒保持在稳定的位置。根据规定，所获得的砼试块由铲子分成三层，均匀地放入圆筒内，使捣实后的各层砼的高度是筒高的1/3。用捣棒插捣每层二十五次。沿螺旋方向由外向中间插捣，在截面上均匀插捣。插捣最底层时，捣棒连接全部深度，插捣次层以及最上层时，捣棒穿透本层至下一层的表面；浇灌最顶层时，浇灌砼至高出筒口。插捣过程之中，砼降至低于坍落度筒口时，随时增添砼。顶层插捣完后，用抹刀刮去多余砼并抹平。清理完筒边底板上砼后，垂直且平稳将筒提离；提起坍落度筒之后，测量筒的高度和坍落后砼试块最高处高度之间的差（坍落度值），测得值符合坍落度要求，因此混凝土拌合物和易性良好。

制作试块时一次性将砼拌合物装入150*150*150的标准试模中。在装载时，将抹刀沿着每个试模壁插入捣动，并使砼拌合物超出试模口，然后将模具固定在振动台上，持续振动直到表面有浆渗出停止。

在砼进行养护时，试块固化后立刻用防水膜遮蔽试块表面，选取标准养护试块，在温度15～25℃环境之中静置1～2昼夜，继而进行编号、拆模。脱模后立刻将试块放入温度是18～22℃，相对湿度是百分之95以上的养护池当中进行养护。试块放在养护池支撑架上，相互之间距离为10～20mm，试块外表面维持湿润。脱模后，试块仍然保持相同的维护养护，养护龄期为28d。[4]

3 试验加载

养护28d之后，从养护池当中取出试块，擦净试块表面和上下承压板面。在试验机下压板上放置试块，使试块成型时的顶面与承压面相垂直。对准试块和试验机下压板的中心，开启试验机，当上压板和试块相接近时，调节卡座，使它们相互均衡接触。

由于砼强度等级小于或等于砼C30，因此加荷速度取0.3～0.5MPa/秒，并且在試验期间连续均匀地加荷载。当试块开始严重变形并接近损坏时，停止调整试验机油门，直到破坏，在试块被破坏后记录破坏荷载，[5]具体数据见表3。

4 数据及结论

4.1 数据分析

按照《土木工程材料》[4]对混凝土试块的试验强度处理方法，进行了相应试验组的抗压强度计算，具体如下：用三个试块测值的算术平均值作为该组试块的抗压强度值（精确至0.1Mpa）。若是三个测定值当中的最小值或最大值中有一个与中间值的差异超出中间值的15%时，则舍掉最大及最小值，取中间值为此组试件抗压强度值；如最大和最小值与中间值相差均超过15%，则该组试件试验效果无效。计算得到每一组试块的抗压强度均大于20Mpa，见表3。由表3可以得到以下结论：

（1）通过对粉煤灰替代水泥用量分别为20%和30%的再生混凝土的对比得到，在碱性激发含量与粉煤灰比例一定时，粉煤灰含量为20%的再生混凝土的抗压强度明显大于粉煤灰含量为30%的再生混凝土。

（2）在粉煤灰的替代量一定时，碱性激发剂含量分别为粉煤灰的1.0%，2.5%，5.0%，随着碱性激发剂含量的增加强度逐渐增大，碱性激发剂可对混凝土试块抗压强度起有利作用，当碱性激发剂含量为5.0%时强度最大。

（3）在试验过程中采用20%的再生粗骨料和20%粉煤灰，不添加碱性激发剂混凝土的强度未达到C20级别，因加入粉煤灰和再生粗骨料导致抗压强度降低。

4.2 结论与展望

根据试验可知，在混凝土中掺加20%再生粗骨料，20%～30%粉煤灰可以达到C20混凝土抗压强度。粉煤灰替代量接近20%时再生混凝土的强度更大，建议在工程推广中粉煤灰的替代量不超过30%最好在20%～25%之间，碱性激发剂为5.0%最佳，在工程中可以推广使用此配合比的再生混凝土。

鉴于试验经费，只做了C20强度的试验，可以对C25混凝土及C25以上混凝土进行试验；碱性激发剂也可以选用其他碱性激发剂进行试验。

参考文献

[1] 刘数华，冷发光.再生混凝土技术[M].北京：中国建材工业出版社，2007：13-18.

[2] 张晓华，孟云芳，任杰.浅析国内外再生骨料混凝土现状及发展趋势[J].混凝土，2013（7）：80-83.

[3] 甘福，周脉席，濮琦.再生粗骨料及再生混凝土性能研究进展[J].2018（9）：102.

[4] 湖南大学，天津大学，同济大学，东南大学.土木工程材料（第二版）[M].北京：中国建材工业出版社，2011：133-140.

[5] 施卫星.建筑结构试验[M].武汉：武汉大学出版社，2016：78.