,李爱卫,李长江,段绪胜*

1.山东农业大学 水利土木工程学院,山东 泰安271018 2.山东省泰安市水利局,山东 泰安 271000

3.山东合信项目管理有限公司,山东 泰安 271000

4.山东省成武县水务局,山东 成武 274200

全世界每年用于建筑工程的混凝土有将近10 亿t[1,2]，生产混凝土需要消耗大量的原材料，同时建筑物拆除后产生的废弃混凝土，没有得到有效利用，这更加剧了资源的消耗。二十世纪中叶以来，随着世界经济的飞速发展与现代科学技术的进步，建筑业也因乘坐经济高速发展的列车而愈加繁荣，一些达到使用寿命的陈旧建筑物破旧拆除，道路、桥梁等混凝土设施的老化和服务年限的到期，导致越来越多的建筑项目报废拆除，随之而来的大量废弃混凝土留存于环境中。废弃混凝土已成为城市建设中主要的建筑垃圾[3-5]，这些废弃混凝土的运输和放置不仅占据土地空间、污染环境，而且如此浪费资源，不满足我国可持续发展的战略要求及对生态环境的需求。将其回收处理符合我国的可持续发展战略，也减少了废弃混凝土对环境的破坏。

如今，我国绝大部分废弃混凝土未经任何专业处理，便被施工单位运往城区外、乡村或者大山里，进行露天堆放或填埋。这种简单的处置方式不仅占用大量土地资源，耗费许多的拆卸费、征用土地费、垃圾清运费等建设经费，而且给社会带来了巨大的经济损失，同时也给人们的正常生活和自然环境造成了很大的阻碍和威胁，这种露天堆放方式甚至会危及人们的健康，这一系列的行为会对国家的发展产生不利的影响。基于此本文提出研究强化再生粗骨料分级方法，主要对再生粗骨料和强化再生粗骨料的物理性能、工作性能和力学性能进行试验。本文的试验研究，不仅保护生态环境，还符合国家可持续发展战略[6]。本文是根据“十二五”国家科技支撑计划中的村镇规划和环境基础设施配置关键技术研究与示范，在低成本村镇基础设施与环境建设技术研究与示范的课题下进行的，目的是为强化再生粗骨料划分等级，解决废弃混凝土的污染问题，减少资源浪费，保护生态环境。随着全世界提倡节约型的社会理念以及我国对自然资源一直倡导的节约优先、保护优先、自然恢复为主的环境理念，再生混凝土已经成为现代社会重要的发展型资源，就再生混凝土而言，较为重要的组成部分就是再生骨料[7]，所以再生混凝土骨料的开发应用是必要的、迫切的、也是可行的，再生骨料和再生混凝土的开发应用，完全满足世界环境组织提出的“绿色”三大含义即节约资源和能源、不破坏环境、更有利于环境；可持续发展，既可满足当代人的需求，又不危害后代人满足其需要的能力[8]，这也满足当前我国所倡导的创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念，从可持续发展、环境保护及节约自然资源角度来说[9]，再生混凝土骨料的研究也是十分必要的。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 强化剂 采用3 种强化再生粗骨料的强化剂，分别为801 胶、土壤固化剂和水性环氧AB 胶。801 胶是外观呈无色透明的液体建筑胶水，由聚乙烯醇与甲醛在酸性介质中经缩聚反应，再经氨基化后而制得，其粘度为38，固体含量为6%，在室温25 ℃条件下PH 值为6.0±0.5，储存期为6 个月。

土壤固化剂是由多种有机和无机材料科学合成的新型节能环保工程材料[9]，对于需加固的土壤，根据土壤的物理和化学性质，只需掺入一定量的固化剂，经拌匀、压实处理，即可达到需要的性能指标。土壤固化剂外观呈乳白色液体，耐磨比为418%，在室温25 ℃条件下pH 值为12.0±0.5，其中固体含量为51.3%。

AB 胶是两液混合硬化胶的别称，A 液是本胶，B 液是硬化剂，两液相混才能硬化，是不须靠温度来硬应熟成的，所以是常温硬化胶的一种，因其操作简便，常温下可快速聚合固化，粘结强度高、韧性大、性能优良等优点，因而具有极为广泛的应用，如应用与建筑、机械等领域。A 胶的外观呈乳白色液体，pH 值为7.0±0.5，粘度为100～900 mPa·s，环氧当量纯树脂为200～220 g/mol；B 胶外观呈乳淡黄色黏稠液体，使用温度均为室温25 ℃，粘度为5000～15000 mPa·s，胺值为180～190 mg KOH/g，树脂含量63±2%。

1.1.2 再生粗骨料 试验中用来制备再生粗骨料的混凝土主要有两种：一种是在实验室生产、养护28 d 后的C20、C30 混凝土废弃试块，另一种则是泰安市某公路混凝土面层拆卸后的废弃混凝土（C20）。将不同来源的混凝土样经人工初步破碎，再利用实验室里的颚式破碎机进行机械破碎，得到再生粒径30 cm 以下的再生骨料，然后用不同孔径的方孔筛网进行筛分，选取满足试验的再生粗骨料。

1.1.3 强化再生粗骨料 将满足试验的再生粗骨料分为两部分以控制变量的方法进行对比试验，选取其中一部分，用增强剂801 胶、土壤固化剂和水性环氧AB 胶进行强化，按照材料使用说明书将胶体按一定比例用水稀释，把再生粗骨料放入稀释后的溶液中浸泡1 h，然后将粗骨料捞出，在自然条件下进行风干，同时对各类粗骨料进行编号，编号见表1。

表1 粗骨料样本试验编号Table1 Test number of coarse aggregate sample

1.2 试验方法

由于目前尚无专门针对强化再生粗骨料基本性能测试的规程，本文参照《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》（JGJ53-92）[10]和《混凝土结构工程施工规范》（GB50666-2011）[11]对不同来源再生粗骨料和不同强化方式的再生粗骨料进行基本物理性能测试并对制备的再生混凝土的坍落度、保水性、粘聚性等工作性能进行试验，同时测试以抗压强度为主的力学性能。

2 结果及分析

2.1 再生粗骨料物理指标

粗骨料和强化再生粗骨料的物理指标见表2～5。

表2 粗骨料的吸水率Table 2 Water absorption of coarse aggregate

表3 强化再生粗骨料的吸水率Table 3 Water absorption of Strengthening regenerated coarse aggregate

表4 强化再生粗骨料的表观密度Table 4 Apparent density of Strengthening regenerated coarse aggregate

表5 粗骨料的压碎指标Table 5 Crushing index of coarse aggregate

2.2 颗粒级配

强化再生粗骨料在人工破碎与机械破碎时，由于不可避免的误差影响导致没有控制好粒径大小，以致于得到的强化再生粗骨料的粒径偏小。从图1 中可以看出，本文所采用的强化再生粗骨料13 mm～19 mm 粒径不满足相关规范要求，其余粒径均在国家标准对粗骨料要求的范围内。

2.3 强化再生粗骨料对混凝土工作性能的影响

本实验进行配合比试验时参照《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000）[13]，在水灰比0.54时，不同取代率的强化再生粗骨料对再生混凝土工作性能的影响试验结果见表6 和图2。

图1 粗骨料的颗粒级配Fig.1 Particle size distribution of coarse aggregate

图2 强化再生粗骨料取代率对混凝土坍落度的影响Fig.2 Effect of strengthening regenerated coarse aggregate on slump of concrete

表6 强化再生粗骨料对混凝土粘聚性和保水性的影响Table 6 Effects of strengthening regenerated coarse aggregate on the cohesiveness and water retention of concrete

强化再生粗骨料SA1-1、SA1-2 和SA1-3 在取代率为40%下的塌落度，如表7 所示：

表7 不同强化方式对混凝土的塌落度的影响Table 7 Effects of different intensification methods on slump of concrete

通过表6、表7 和图2 本文可得出如下结论：（1）由于强化再生粗骨料取代率的增加从而导致再生混凝土的坍落度降低并且取代率不同坍落度也不同。（2）天然粗骨料的普通混凝土坍落度为20.2 mm；三种不同强化粗骨料取代率为100%时的混凝土坍落度分别为4.8 mm、9.7 mm 和9.2；普通混凝土的塌落度是再生混凝土塌落度的4.2 倍。（3）在相同取代率下，塌落度值为FSA1＜FSA3＜FSA2。（4）在取代率、废弃混凝土相同的条件下，801 胶、土壤固化剂和水性环氧AB 胶强化的再生粗骨料对混凝土塌落度的影响差别不大，塌落度最大相差0.6 mm。主要原因是再生粗骨料强化后吸水性仍较大，随着强化再生粗骨料取代率的增加，在水泥凝结前从其界面周围的水泥砂浆中吸收水分，减少了参与到混凝土拌合和改善流动性工作的水，导致坍落度和流动性降低。

3 再生混凝土立方体的抗压性能

再生混凝土立方体抗压强度的试验结果见表8 及图3。

表8 再生混凝土的试验结果Table 8 Test results of recycled aggregate concrete

图3 再生混凝土的抗压强度Fig.3 Compressive strength of recycled concrete

从表8 可以看出，在任意取代率下，经化学溶液强化后的再生粗骨料制备的28 d 再生混凝土立方体抗压强度较再生粗骨料未强化的再生混凝土有所提高，其中R-FSA1 粗骨料在取代率为100%时，强化粗骨料混凝土的抗压强度较未强化的再生混凝土提高了1.73 MPa，在取代率为40%时，提高了0.17 MPa，其它强化类型的粗骨料的再生混凝土相应提升在0.17～1.73 MPa 之间。强度提升是因为胶体溶液在强化再生粗骨料时，修复部分裂纹，降低了再生粗骨料的吸水率，同时提高了再生粗骨料的强度。使其在生产混凝土时，减少了粗骨料对水分得吸收，提升了粗骨料的力学性能。从图3 可以看出，随着强化再生粗骨料取代率的增加，再生混凝土的强度呈现一种斜直线的下降方式，最大相差10.21 MPa。取代率越高，再生混凝土强度越低，编号R-FSA2 和编号R-FCA2 再生混凝土的立方体抗压强度大于其他编号的再生混凝土的立方体抗压强度，且抗压强度R-FSA2＞R-FCA2。对照表3、表5 粗骨料的相关指标，标号FSA2 和FCA2 的再生粗骨料的吸水率和压碎指标较低，因此再生混凝土的抗压强度主要取决于废弃混凝土的物理性能。同时，较未强化的再生粗骨料的再生混凝土，强化的再生混凝土的吸水率与压碎指标更小，以其作为粗骨料的再生混凝土抗压强度有所提高。

3 结论

本文通过分析强化再生粗骨料与粗骨料的筛分、吸水率、表观密度和压碎指标等基本物理性能参数，以及强化粗骨料对再生混凝土工作性能和抗压强度的影响，得出以下结论：

（1）通过强化再生粗骨料基本性能、工作性能和力学性能试验可以得出：不同种类的化学溶液强化的再生粗骨料与未强化的再生粗骨料相比，性能有所提升。强化再生粗骨料混凝土的坍落度和流动性随着强化再生粗骨料取代率的增加而降低，降低速率与未强化再生粗骨料混凝土的坍落度和流动性降低速率相近。当养护龄期为28 d 时，再生粗骨料混凝土的抗压强度总体上随着强化再生粗骨料混凝土取代率的增加而降低，同取代率下，较未强化粗骨料混凝土的抗压强度略微增强。

（2）强化再生粗骨料对混凝土性能的影响与原始材料强度有关。原材料强度越高，强化再生粗骨料混凝土的工作性能越好，其抗压强度越高。

（3）再生粗骨料强化溶剂、强化时间、强化方法需要进一步研究，找到最优的强化方案，提高建筑固体废弃物的资源化转化率。