陈宾

（德阳国际铁路物流港服务中心，四川 德阳 618000）

0 引言

改革开放以来，我国道路工程建设发展迅猛，全国公路总里程达501.25万km，其中相当部分为水泥混凝土路面。随着城镇化建设进程的加快，许多若干年前已建成的道路已无法满足当前交通运营功能的需要，需进行改扩建，这类工程会产生大量的建筑废料。废料的运输、堆放不仅消耗大量财力，还会对生态环境造成危害[1]。同时，改扩建工程又需要新的砂石材料，目前自然界中易于开采应用的天然石料储量有限，短期而言属于不可再生资源。如果能将道路改扩建过程中产生的废料作为骨料再次应用在建设过程中，不仅节约大量成本，还可以减少对天然石料的开采，具有经济、环保的双重效益[2-3]。

将建筑废料经清洗、筛分后得到的碎石称为再生粗骨料，以此部分或全部替代天然骨料所制备的混凝土称为再生混凝土。经大量研究及实践应用证明，在骨料性能满足规范要求及配合比设计得当的情况下，再生混凝土拌合物工作性能及硬化后混凝土力学性能及长期耐久性能均能满足要求[4]。本文将工程改造过程中产生的废料作为再生粗骨料制备再生混凝土，通过室内试验研究该方法的可行性及再生混凝土的相关性能，从而达到工程废料再生利用和降低成本、保护环境的目的。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

粗、细骨料：再生粗骨料为某城市公路改造过程中产生的废料经清理、筛分后得到，表观密度为2238kg/m3，吸水率为4.34%，磨耗值为33.2%，压碎值为30.1%。天然粗骨料表观密度为2337kg/m3，吸水率为2.43%，磨耗值为13.79%，压碎值为14.02%。细骨料为天然砂，细度模数2.81，为中砂。

胶凝材料为P·O 42.5R普通硅酸盐水泥，拌和用水为市政饮用水。试验中强化处理再生粗骨料的浆液为自行配制，化学液体与水泥浆体的比例为1∶1，另添加30%的粉煤灰。

1.2 试验方法

本试验拟制备的再生混凝土强度等级为C30，采用再生粗骨料粒径为9～20mm，取代率为粗骨料总量的15%、25%、35%和45%，由于再生骨料的吸水性较大，在进行配合比设计时提高了水的掺量，具体配合比见表1所示。另外，对于拌合物流动性与再生混凝土强度均比较理想的取代率，再对不同水灰比、不同水泥用量情况下的性能进行研究。最后根据最佳方案进行骨料的强化，探讨化学强化对性能的提升效果。强度试验参照GB50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行。

表1 不同取代率再生混凝土配合比

2 试验结果分析

2.1 不同替代率下再生混凝土力学性能

再生混凝土力学性能主要用3d、7d、28d抗压强度及28d抗折强度进行表征，采用28d折压比表征柔韧性。试验结果见表2、图1所示。

图1 不同取代率下再生混凝土抗压强度变化情况

表2 不同取代率下再生混凝土力学性能

从表2可以看出，随着再生骨料取代率的增大，拌合物流动性逐渐降低，这是由于再生骨料在应用和破碎过程中会产生一些裂缝，提高了骨料孔隙率，从而导致拌合时吸水率提升，使拌合物坍落度降低。从柔韧性角度来看，取代率为15%、45%时折压比超过0.14，其中取代率为45%时柔韧性最好，折压比达到0.1432。

从图1可以看出，各取代率下再生混凝土在各时期抗压强度变化规律性不强，基本上和基准混凝土强度保持一致，且都能达到甚至超过设计目标强度，实测28d抗压强度在40.16～42.66MPa之间。这是因为再生骨料虽然棱角较多且在表面存在微裂纹，但同时粗糙的表面也增加了骨料与胶凝材料的摩擦力。另外，微裂纹的存在虽然降低了再生骨料本身的力学性能，但也在拌和时进入了水泥浆增强了整体性，从而提高了混凝土强度[5]。

综合拌合物流动性及硬化后再生混凝土强度来看，25%取代率为最佳。并以此取代率研究不同水灰比及不同水泥掺量下再生混凝土的性能变化情况。

2.2 水灰比对再生混凝土力学性能的影响

在水泥等其它材料用量不变的前提下调整用水量，取水灰比分别为0.4、0.45、0.50和0.55制备再生混凝土进行强度试验，试验结果见表3所示。

表3 不同水灰比对再生混凝土力学性能变化情况

从表3可以看出，随着水灰比的增大、水的用量增多，拌合物坍落度逐渐增大，但强度有所降低。虽然再生骨料具有比较强的吸水性，但随着用水量的增加也增强了拌合物流动性，坍落度最高可达36mm，强度降低了3.34MPa。但从设计的目标强度来看，依然高出了9.36MPa，完全满足应用的要求。综合再生混凝土强度及拌合物坍落度，水灰比为0.5时可达到最优。

2.3 水泥用量对再生混凝土力学性能的影响

在再生骨料取代率25%及0.5水灰比的条件下再生混凝土坍落度较好且有强度富余，从节约成本、降低造价的角度考虑，在取代率及水灰比不变的情况下将每方水泥用量370kg降低为350kg、330kg。通过强度试验研究不同水泥用量下再生混凝土拌合物流动性及强度性能。试验结果见表4所示。

表4 不同水灰比对再生混凝土力学性能变化情况

从表4可以看出，随着水泥用量的降低，拌合物流动性几乎没有变化，坍落度只相差1mm。可见，在此区间的水泥用量不会影响拌合物流动性。另外，水泥用量的减少显著地降低了再生混凝土的强度性能，28d抗压强度降低3.94MPa，抗折强度降低0.32MPa，但依然能满足规范要求。从经济性考虑，水泥用量为330kg时最佳。

2.4 化学强化对再生混凝土力学性能的影响

虽然以上研究成果表明将道路改造工程产生的废料作为再生混凝土的再生骨料从力学性能等角度考虑是可行的，但由于再生骨料离散性较大，质量控制上不容易做到统一性及均匀性。课题组将预先配制好的化学浆液均匀喷洒在再生骨料表面，放置晾干后制备再生混凝土。强度试验结果见表5所示。

表5 骨料化学强化后再生混凝土力学性能

从表5可以看出，再生骨料经过化学强化处理后，拌合物流动性有很大的提升，坍落度可达到85mm，较未强化坍落度提高了53mm，这是因为经过化学强化后的骨料表面粗糙程度降低，骨料棱角更为圆润，加大了流动性。另外，经过骨料强化后的再生混凝土强度进一步提升，说明化学强化还可提升骨料自身的强度。同时，可以预见的是，在封闭骨料表面裂缝后，混凝土耐久性能也能大幅度提升。

3 结束语

（1）在再生骨料15%、25%、35%和45%的取代率下，再生混凝土的强度性能满足设计要求，综合拌合物流动性及硬化后再生混凝土强度来看，25%取代率为最佳。

（2）在不同水灰比下，再生混凝土强度性能完全满足应用的要求，综合考量拌合物坍落度，水灰比为0.5时可达到最优；随着水泥用量的降低，拌合物流动性变化不大但再生混凝土强度有所降低，从经济性考虑，水泥用量为330kg时为最佳。

（3）对再生骨料进行化学强化后，再生混凝土强度及拌合物流动性都能得到大幅度提升，从理论上讲亦可提升再生混凝土的耐久性能。