用于混凝土中的再生粗骨料优化试验

丁丽芳，周亮

（河北建设集团股份有限公司，河北 保定 071051）

0 引言

混凝土行业传统的发展模式很大程度上是以能源、资源的过度消耗和环境污染为代价的。资源和能源的消耗量巨大，环境问题日益突出，混凝土行业的可持续发展以及混凝土的清洁生产、废弃混凝土的资源化再利用，越来越受到各级政府和行业有识之士的高度关注。本文再生粗骨料来源于硬化的废弃混凝土，包括试验室废弃试块、破碎路面以及工地废弃桩头，经过制砂机破碎、清洗、分离出的再生粗骨料。通过对再生原材料的优化和试验研究，确定出再生原材料的最佳取代率，从而从根本上解决废弃混凝土再利用的问题，最大程度上实现废弃混凝土的循环利用。

1 原材料

（1）水泥：曲阳金隅 P·O42.5 水泥。

（2）粉煤灰：石家庄上安Ⅱ级粉煤灰。

（3）矿粉：保定乾华 S95 级矿粉。

（4）粗骨料：天然粗骨料选用保定满城 5～25mm连续级配碎石，再生粗骨料为 5～10mm 和 10～20mm两种粒径，其各项性能指标如表 1 所示。

（5）细骨料：满城Ⅱ区中砂，细度模数 2.7。

（6）外加剂：保定慕湖恒源新型建材公司生产的MZY-A5 型聚羧酸高效减水剂。

2 试验结果及分析

2.1 再生粗骨料强化处理

与天然粗骨料相比再生粗骨料具有表面粗糙、棱角多、空隙率高、吸水率大等缺点，为了改善其性能缺点，用密度为 1120g/L、含固量 5.2% 的废料浆水浸泡24 小时，随即将其平铺筛分，待骨料表面干燥后进行后续试验。具体处理后的再生粗骨料的各项性能如表 2所示。

表2 混合后的再生粗骨料性能对比

表1 粗骨料的性能指标

从表 2 可明显看出，浸泡后再生粗骨料各项指标均有所改善。分析原因是因为废料浆水中的微颗粒和未水化的水泥颗粒填充并粘结微裂纹，增大了骨料的密实性。

2.2 再生粗骨料双优化处理

（1）确定两种粒级再生粗骨料的最佳堆积密度

所谓最佳堆积密度就是粒级小的骨料填充到粒级大的骨料的空隙内使其形成最紧密的整体。本次试验是将两种再生粗骨料充分混合，通过堆积密度试验确定出混合骨料中 5～10mm 再生粗骨料的掺加比例，其掺加比例用 α 表示，试验结果表 3 所示。

为了更直观分析最佳堆积密度的变化趋势，利用表3 数据制成折线图 1。

表3 最佳堆积密度试验结果

图1 最佳堆积密度试验结果

结合表 3 和图 1 可知：随着 5～10mm 再生粗骨料取代率的逐渐增加，混合骨料的堆积密度出现了先增长再降低的趋势，当取代率达为 40% 时，堆积密度达到最大值 1360kg/m3。因此 5～10mm 再生粗骨料的掺入比例为 40% 时，即 5～10mm 再生粗骨料与 10～20mm再生粗骨料以 4:6 的比例混合后，混合再生粗骨料的最佳堆积密度最大。

（2）等体积取代天然骨料

再生粗骨料的密度小于天然粗骨料，等质量取代天然粗骨料后混合粗骨料的总体积会增大，这样会严重降低混凝土的可泵性，因此本次试验采用再生粗骨料等体积取代天然粗骨料，经过反复试验得出等体积时天然粗骨料和再生粗骨料的换算公式。通过试验可得体积相同时天然粗骨料和再生粗骨料的质量对应值，具体数据如表 4 所示。

表4 体积相同时质量对应值数据

根据表 4 绘制体积相同时天然粗骨料和再生粗骨料质量对应曲线，如图 2 所示。

由图可清晰看出，体积相同时，天然骨料与再生骨料质量对应值基本呈线性趋势，由此可生成质量线性公式：

图2 相同体积时质量对应曲线

式中：Y——天然粗骨料质量，kg；

X——体积相同时再生粗骨料质量，kg。

（3）混合骨料的性能试验

首先通过体积取代法按不同取代率将再生粗骨料掺入到天然粗骨料中，综合分析其吸水率、压碎值、空隙率等物理性能，并通过质量筛分试验，根据各筛的累计筛余量，评定该混合粗骨料是否符合 5～25mm 连续级配。具体筛分结果如表 5 所示（详见第 5 页）。

由表 5 可清晰看出：不同取代率混合粗骨料的累计筛余结果均满足标准要求。随着取代率的增加，公称粒级中 26.5mm 和 20.0mm 两个大粒级的石子所占比例都呈现出明显减小的现象，16.0mm 粒级的石子所占比例前后变化不大，而 9.5mm 和 4.75mm 两个小粒级的石子所占比例出现了明显增大的现象。

3 结论

（1）混合再生粗骨料经废料浆水浸泡后其密度、压碎值和吸水率等性能较浸泡前都有一定的提升。

（2）再生粗骨料双优化配置：通过最佳堆积密度试验，将 5～10mm 和 10～20mm 两种粒级的再生粗骨料以 4:6 的比例混合后等体积取代天然粗骨料，通过试验得出相同体积时天然粗骨料和再生粗骨料的质量线性公式：X=0.9229Y-0.1348 。

（3）随着再生粗骨料取代率的逐渐增加，混合粗骨料中 20.0mm 以上的大粒级石子比例逐渐降低，10mm 以下小粒级石子逐渐增加，但其累计筛余量均满足标准要求的 5～25mm 连续粒级。

表5 试验结果

宁夏（建筑材料工业技术情报研究所，高工）

目前我国建筑废弃物产量巨大，同时天然砂石资源紧缺，再生骨料是实现建筑废弃物资源化利用的有效途径，也是对天然骨料的一个有效补充。

由于受取材及生产工艺影响，再生粗骨料表面往往附着老旧砂浆，与天然粗骨料相比，再生骨料的表观密度及堆积密度较小，吸水率较大。除因再生骨料表面附着老旧砂浆导致其强度降低外，在生产过程中，由于受到机械切割破碎和震荡作用，骨料表面微裂纹增多，也会降低其强度，因此再生骨料品质低于天然骨料。

目前解决的方式，一种是通过机械研磨或加热研磨等物理方法对破碎后的骨料进行处理，去除表面砂浆，达到强化骨料的目的。该种方法能耗高，且会对骨料基体结构造成破坏。另一种是使用化学浆液对再生骨料进行浸渍、淋洗、干燥等处理，填充再生骨料表面微裂纹，达到骨料强化的目的。该方法工艺复杂、操作繁琐，而且也只是提高了骨料基体强度或降低了再生骨料的吸水率，并没有解决其它问题。就国内目前的生产工艺水平来说，对再生骨料强化处理，会增加能耗或成本，使得再生骨料的价格高于天然砂石，更不利于其应用。

再生骨料可作为路基填充料；可制成建筑用砖和砌块；还可制成再生混凝土，用于路面或建筑中。将再生骨料作为无机混合材用于路基填充料，对再生骨料的品质要求不高，属于再生骨料的低等级应用，该应用技术在我国已成熟，并且是再生骨料应用量最大的一种方式。将再生骨料制成建筑用砖和砖块，对再生骨料的技术要求较低，属于其中级应用。将再生骨料用于生产再生骨料混凝土，用于建筑结构构件，属于再生骨料的高级应用，对再生骨料的品质要求较高。

国外先进国家，如日本，再生骨料生产工艺先进，能够实现原骨料与浆体基本分离，使得再生骨料（H 等级）的性能接近天然骨料。我国地大物博、资源丰富，虽然现在天然砂石资源紧缺，从客观上讲目前还不会有厂家会消耗大量的能源同时增加成本将再生骨料做到与日本相近的处理水平。就目前来看将再生骨料应用于道路等非结构性部位，是最经济的方法，而且就目前我国的建设量来看，其应用量也十分巨大，能够有效消纳建筑废弃物，同时节省天然砂石。

但是长期来看，天然资源会慢慢枯竭，总有一天天然砂石匮乏到不能再满足混凝土的生产，需要替代产品。因此我国的再生骨料生产应用技术水平仍需提高。提高方法可以是改进生产处理设备，提高再生骨料本身品质，降低生产能耗；也可以是在现有技术条件下，通过配合比设计或施工方法弥补再生骨料混凝土在性能方面的不足，使其得到更好地应用。再生骨料技术的提高对更广泛地应用和降低再生骨料成本都有益处。