范 炜， 陈 峰

(福建江夏学院 工程学院， 福建 福州 350108)

再生骨料的基本物理力学性能试验研究

范 炜， 陈 峰

(福建江夏学院 工程学院， 福建 福州 350108)

再生骨料的物理力学性质是影响其运用范围、再生混凝土性能的本质因素。通过对公路废弃混凝土所制成的再生骨料和天然骨料同时进行物理力学性能试验研究，获得了骨料的表观密度、吸水率、压碎值、磨耗损失和针片状颗粒含量值。通过对再生骨料和天然骨料的试验结果进行对比分析发现，再生骨料除了针片状颗粒含量值会略优于天然骨料，其他四种物理力学性质均比天然骨料差，但两者的差异性不大。

废弃混凝土；再生骨料；天然骨料；对比试验

近年来，随着全面开展大规模城乡建设和各种施工工艺及技术的进步，混凝土的运用领域变的越来越广，需求量也越来越大。由于骨料是生产混凝土所占比重最大的原材料，因此，多年来为了满足工程建设对混凝土的需求而对砂石等自然资源的开采，已经造成了砂石骨料资源的紧缺和生态环境的严重破坏。与此同时，随着旧村改造、房屋拆迁、道路和桥梁拆除重建等项目的实施，使得工程建设中产生了越来越多的废弃混凝土[1]。而目前对于废弃混凝土的处理方式，主要是通过焚烧、填埋、露天堆放等的常规手段，这样不仅会占用大量的国家土地资源，增加运输成本，而且还会严重破坏周边的环境和造成资源的浪费。

面对天然骨料资源的短缺和废弃混凝土资源的浪费问题，引发了国内外不同领域的专家学者对废弃混凝土制成的再生骨料进行研究。Nixon P J等[2]进行了再生骨料与天然骨料的对比研究；Ravindrarajah R S等[3]研究了再生骨料混凝土的强度性质；O'Mahony M M等[4]研究了再生混凝土的抗剪强度；Salem R M等[5]与Burdette E G等[6]研究了再生混凝土的抗冻融性能；Evangelista L等[7]研究了再生骨料取代率对混凝土的影响；谢玲君等[8-9]研究了再生骨料级配对混凝土力学性能的影响；季天剑等[10]研究了路面废弃混凝土的力学性能；李云霞等[11]研究得出再生骨料的吸水率对混凝土的影响；崔正龙等[12]研究了再生骨料取代率、水泥砂浆附着率对混凝土强度的影响。然而，由于再生骨料的物理力学性质是影响其运用范围、再生混凝土性能等的本质因素，因此，需要对再生骨料的物理力学性质进行试验研究，得出再生骨料的物理力学特性和与天然骨料的差异性，为工程实践提供参考。

1 试验材料及试验方法

1.1 试验方法

为了更加直观的体现再生骨料与天然骨料在物理力学性能方面的差异，分别对天然骨料和再生骨料按规程要求同时进行试验研究，通过对比分析获得再生骨料的基本力学指标及与天然骨料的差异性。

由于骨料的物理力学性能指标较多，本试验选择对骨料性能影响较大的指标按规程要求进行试验，获得骨料的重要物理试验指标值。试验种类包括：骨料表观密度及吸水率试验、骨料压碎值试验、骨料洛杉矶磨耗值试验和骨料针片状颗粒含量试验。

1.2 试验材料

本次试验所用再生骨料和天然骨料的来源及类别如表1所示。其中再生骨料是通将废弃混凝土块破碎后，经清洗、筛分等工序处理后得到的骨料。

表1 骨料来源及类别

2 试验结果与分析

2.1 骨料表观密度及吸水率试验

骨料的表观密度和含水率试验结果分别见表2、表3。根据表2和表3所示骨料表观密度和吸水率试验计算结果可以看出，再生骨料与天然骨料相比较，表观密度略小，而吸水率略大。再生骨料的形成大部分来自于经过破碎处理后的废弃混凝土，表面几乎都包裹或粘附着一定量的旧硬化水泥砂浆，这些硬化砂浆在水化反应过程中消耗了大量的水分而又没有补充，因此其内部出现了大量的孔隙，从而使得表观密度相较而言略小。水泥浆体经过硬化后，属于亲水性较好的材料，且因为孔隙多，存在大量的毛细作用，再加上再生骨料生产和运输过程中出现的疲劳损伤裂纹等，因此相比天然骨料而言，再生骨料的吸水率较高。从骨料表观密度和吸水率这两项指标，可以体现出孔隙率的大小，表观密度越小，孔隙率就越大；吸水率越大，孔隙率也就越大。因此在实际运用中，拌和成的再生骨料混合料就需要越多的胶凝混合料去填充这些空隙，从而将会提高再生骨料混合料的最佳含水率。

2.2 骨料压碎值试验

骨料压碎值指粗骨料抵抗渐增荷载压碎的性能指标，以此衡量骨料自身的强度性能，是骨料众多物理、力学性质的重要指标之一。骨料的压碎值试验计算结果见表4。

表2 表观密度试验计算结果

注：m0为骨料的烘干质量；m1为水、瓶及玻璃片的总质量；m2为骨料试样、水、瓶及玻璃片的质量；ρa为表观密度。

表3 吸水率试验计算结果

注：m0为骨料的烘干质量；m3为骨料的表干质量；Wx为骨料的吸水率。

表4 骨料压碎值试验计算结果

根据表4所示骨料压碎值试验计算结果可知，再生骨料的压碎值大于天然骨料，约达到了2.3倍。再生骨料中大部分的组成形态是骨料与砂浆结合体，少部分是原天然骨料和旧硬化水泥砂浆，旧硬化水泥砂浆的强度低于天然骨料，原天然骨料以及骨料与砂浆结合体在再生骨料的生产与运输过程中产生各种累积损伤，最终发展成裂纹，从而降低了再生骨料中原天然骨料以及骨料与砂浆结合体的强度，综合以上两点影响因素，再生骨料的强度将会低于天然骨料，在骨料力学性能指标上则通过压碎值来反映，因此，再生骨料的压碎值低于天然骨料。

2.3 骨料洛杉矶磨耗值试验

骨料的磨耗损失是评价骨料抵抗摩擦、撞击能力的力学指标，其试验结果见表5。

表5 骨料洛杉矶磨耗值试验计算结果

注：m1为磨耗前质量；m2为磨耗后质量；Q为磨耗损失。

由表5可以看出，再生骨料的磨耗损失明显要高于天然骨料。再生骨料中骨料与砂浆结合体界面间的粘结力较弱，硬化水泥砂浆空隙率大，使得再生骨料结构疏松；而生产、运输过程中产生的累积损伤裂纹使得再生骨料内部构造力低；除此之外，再生骨料的表面粘附着大量旧硬化水泥砂浆，使得再生骨料表面变得更粗糙，棱角也更多。综合以上三点影响因素，再生骨料经过磨耗试验机的二次撞击和摩擦等损伤，更易被肢解成粒径更小的骨料，更易被摩擦损伤成细小颗粒，这就造成了再生骨料磨耗损失值远大于天然骨料。从再生骨料磨耗试验后的骨料颗粒看，硬化水泥砂浆占了很大一部分，从而说明硬化水泥浆体含量越大，再生骨料磨耗损失也将越大。

2.4 骨料针片状颗粒含量试验

骨料的针片状颗粒是指骨料颗粒最大长度与最小厚度尺寸之比大于3的颗粒，骨料针片状颗粒含量试验结果见表6。

表6 骨料针片状颗粒含量试验计算结果

注：m0为试验用骨料质量；m1为针片状颗粒质量；Qe为针片状颗粒含量。

由表6骨料针片状颗粒含量试验计算结果可以看出，再生骨料的针片状颗粒含量略小于天然骨料。废弃混凝土是骨料和硬化水泥砂浆粘合在一起的混合体，经破碎后其中一些针片状的天然骨料表面包裹着硬化水泥砂浆，使得这一部分骨料变得棱角分明，进而降低了骨料的针片状颗粒含量，因此，废弃混凝土生产的再生骨料针片状颗粒含量会略低于天然骨料。针片状颗粒在外部作用力下更容易被折断，因此，当针片状颗粒含量超出一定范围时，会影响水泥稳定集料基层材料的力学性能。

3 结 论

本文通过对天然骨料和再生骨料的物理力学试验研究得到如下结论：

(1) 再生骨料的表观密度略小于天然骨料，两者之间大小相差2.6%，但再生骨料与天然骨料之间的吸水率相差较大，两者之间相差2.6倍左右，从而说明再生骨料的孔隙率较大。

(2) 再生骨料的压碎值和磨耗损失都大于天然骨料，约是天然骨料的2.3倍和1.5倍。

(3) 再生骨料的针片状颗粒含量略小于天然骨料，因此，在对针片状颗粒含量要求较高的工程中，再生骨料比天然骨料更加具有优势。

(4) 再生骨料表面粘结的旧硬化水泥砂浆和生产与运输过程中产生的各种累计损伤使得再生骨料的物理力学性质普遍比天然骨料差，但差异性并不太大。

[1] 梁 芮，于 江，秦拥军.建筑废弃混凝土再生骨料的研究综述[J].混凝土，2013(5)：93-96.[2] Nixon P J. Recycled concrete as an aggregate for concrete-A review[J]. Materials and Structures，1978，11(5)：371-378.[3] Ravindrarajah R S, Tam C T. Properties of concrete made with crushed concrete as coarse aggregate[J]. Magazine of Concrete Research, 1985,37(130):29-38.[4] O'Mahony M M. An analysis of the shear strength of recycled aggregates[J]. Materials & Structures, 1997,30(10):599-606.[5] Salem R M, Burdette E G. Role of chemical and mineral admixtures on physical properties and frost-resistance of recycled aggregate concrete[J]. Aci Materials Journal, 1998,95(5):558-563.

[6] Burdette E G, Salem R M. Resistance to freezing and thawing of recycled aggregate concrete[J]. Aci Materials Journal, 2003,100(3):216-221.

[7] Evangelista L, Brito J. Mechanical behaviour of concrete made with fine recycled concrete aggregates[J]. Cement & Concrete Composites, 2007,29(5):397-401.

[8] 谢玲君，翟爱良，王 晖，等．烧结砖瓦再生骨料级配对混凝土力学性能的影响[J].水利与建筑工程学报，2010，8(6)：52-55．

[9] 武玲玲，姚久星，高素坤，等.预置再生砖骨料灌浆混凝土物理力学性能影响因素研究[J].水利与建筑工程学报，2016，13(6)：214-220.

[10] 季天剑，王 辉，陈荣生.再生水泥混凝土疲劳性能[J].交通运输工程学报，2002，2(2)：16-18.

[11] 李云霞，李秋义，赵铁军.再生骨料与再生混凝土的研究进展[J].青岛理工大学学报，2005，26(5)：16-19.

[12] 崔正龙，陈 龙.再生骨料砂浆附着率及取代率对混凝土强度和干缩的影响[J].硅酸盐通报，2015,34(8)：2367-2370.

Physical and Mechanical Properties of Recycled Aggregate

FAN Wei, CHEN Feng

(CollegeofEngineering,FujianJiangxiaUniversity,Fuzhou,Fujian350108,China)

In this paper, the basic physical and mechanical properties of natural aggregate and recycled aggregate made of waste concrete were analyzed. The apparent density, water absorption, crushing value, wear loss and the content of needle-like particles of recycled aggregates and natural aggregates were obtained, by comparing the results of five physical mechanics tests of recycled aggregate and natural aggregate, in addition to the content of needle-like particles of recycled aggregate, it shows that the recycled aggregate is slightly better than the natural aggregate, while the other four physical and mechanical properties is relatively poor than the natural aggregate, but the difference is not great.

waste concrete; recycled aggregate; natural aggregate; comparison test

10.3969/j.issn.1672-1144.2017.02.023

2017-01-20

2017-02-17

福建省科技厅自然科学基金项目(2016J0101)；福建省教育厅科技项目(JAT160341)

范 炜(1971—)，女，河南焦作人，博士，讲师，主要从事高性能混凝土研究。E-mail:fw408@163.com

陈 峰(1981—)，男，福建福州人，博士，教授，主要从事高性能混凝土研究。E-mail:8303433@qq.com

TU528.041

A

1672—1144(2017)02—0121—03