Ⅱ类再生粗骨料在C60高强混凝土中的应用

陈强，李阳，田龙，刘昭

（沧州金岩建材集团有限公司，河北 沧州 061000）

0 引言

近年来，由于环保的影响，天然砂石限制开采，砂石紧缺，价格居高不下，由建筑垃圾破碎的再生骨料的利用受到国家和地方政府的大力支持。2020 年 5 月，住建部印发《关于推进建筑垃圾减量化的指导意见》和《施工现场建筑垃圾减量化指导手册（试行）》作为当前和今后指导建筑垃圾源头减量化工作的重要文件，使建筑垃圾再生骨料的应用成为了今后的大热项目。但是由于简单破碎的再生粗骨料表面粗糙、吸水率大、压碎值较高、表观密度小，所以目前再生骨料还无法规模化利用。

本文研究管桩厂破碎的混凝土再生粗骨料，这种粗骨料的吸水率、表观密度和微分含量都属于一级再生骨料范围，只有压碎值略大于 12%，因为绝大多数的再生骨料的压碎值都大于 12%，属于Ⅱ类再生粗骨料范围。按 JGJ/T 240—2011《再生骨料应用技术规程》中规定只能应用于 C40 及以下强度等级混凝土，不允许生产 C40 以上强度等级混凝土，更不用说生产 C60 高强混凝土了。本文通过调整配合比，用部分优质Ⅱ类再生骨料替代石灰石骨料做 C60 高强混凝土试验，对比不同掺量的再生粗骨料对 C60 高强混凝土强度和状态的影响。

1 再生粗骨料的技术指标

根据 GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》规定，按性能要求分为Ⅰ类、Ⅱ类和 Ⅲ 类，具体划分要求见表 1。

表1 再生粗骨料主要项目分类

2 原材料的选择

（1）水泥：唐山六九 P·O42.5 水泥，3d 水泥抗压强度为 30MPa，28d 水泥抗压强度为 56MPa，标稠用水量 27.6%。

（2）矿粉：沧州黄骅港中铁 S95 级矿粉，比表面积 407m2/kg，7d 活性 88%，28d 活性 101%。

（3）粉煤灰：黄骅港国华电厂 F 类Ⅱ级粉煤灰，烧失量 0.7%，细度 17%，需水量比 98%。

（4）细骨料：唐山迁西卵石破碎的机制砂中砂，性能指标见表 2。

表2 机制砂性能指标

（5）粗骨料：唐山 5～20mm 连续级配石灰石骨料和 5～20mm 连续级配混凝土破碎的再生粗骨料，性能指标见表 3 和表 4。

表3 石灰石骨料性能指标

表4 再生粗骨料性能指标

（6）外加剂：采用沧州金岩建材集团自产的高性能聚羧酸减水剂，减水率 31%，固含量 13%。

3 C60 高强混凝土配合比设计

根据 JGJ/T 281—2012《高强混凝土应用技术规程》选择混凝土水胶比 0.29，砂率 38%，单方混凝土胶材总量 550kg，粗骨料的最大粒径不大于 25mm，选择5～20mm 连续级配石子。综上考虑，经多次调整后初步确定配合比见表 5。

表5 C60 高强混凝土配合比 kg/m3

4 试验方法和试验结果

使用石灰石碎石掺不同比例的再生骨料碎石进行混凝土试验，对混凝土拌合物的出机坍落度、出机扩展度和状态，及 1h 后坍落度、1h 后扩展度和状态进行对比，同时对混凝土的 7d 和 28d 抗压强度进行了对比。根据再生骨料碎石不同的掺量对 C60 高强混凝土状态和强度的影响，再重新调整配合比，使混凝土达到最佳状态和强度。不同掺量的再生粗骨料对 C60 高强混凝土状态的影响见表 6。

表6 不同掺量再生粗骨料对 C60 高强混凝土性能的影响

试验表明，随着再生粗骨料掺量的提高，混凝土的出机坍落度和扩展度逐渐减小，同时 1h 的混凝土坍落度损失加大。因为再生骨料的吸水率较高，吸附大量的水和外加剂，所以随其掺量提高，坍落度损失加大，流动性变差。混凝土的强度逐渐降低，且 7d 到 28d 抗压强度增长变慢。因为再生骨料的压碎值较高，其强度低，7d 时高强混凝土试块压碎后从石子开始破碎，到28d 强度增长的只有胶凝材料，骨料同样是破碎的，所以强度增长缓慢，且逐渐降低。混凝土拌合物的状态逐渐显石子，砂率显小，因为再生粗骨料的表观密度比石灰石的小，相同质量的石子体积大，所以显石子多，同时容易漂浮在水泥砂浆的上面，更显得砂率较小。根据上述试配结果，为了提高掺再生骨料混凝土的和易性，降低坍落度损失和增加混凝土强度，因再生骨料吸水率高，适当提高用水量和外加剂掺量；随着再生骨料掺量的提高适当提高混凝土砂率；同时为了提高混凝土强度适当增加了水泥和总胶材用量；并根据实测调整了混凝土容重。调整后的混凝土配合比见表 7。调整后的配合比对混凝土性能影响见表 8。

表7 调整后掺再生粗骨料 C60 高强混凝土配合比 kg/m3

表8 调整后的配合比对 C60 混凝土性能的影响

试验表明通过调整后掺再生骨料的 C60 高强混凝土的状态都能满足要求，和易性良好，坍落度损失变小，但即使是提高了水泥用量，混凝土的 7d 抗压强度比原来有所增加，但随其掺量的提高，28d 抗压强度仍增速变缓，当再生骨料掺量超过 60%，由于再生骨料压碎值高，高强混凝土 7d 抗压强度破坏主要是骨料处破裂，说明再生骨料的强度是混凝土中的薄弱环节，那么后期龄期再延长，或增加水泥用量调整配合比，也只是胶凝材料强度的变化，对混凝土整体强度无太大贡献，所以 28d 抗压强度增长变少。再生粗骨料掺量20% 对 C60 高强混凝土的状态和强度影响最小，掺量40% 和 60% 能够均能满足设计要求，虽然再生骨料掺量 80% 和 100% 的 28d 抗压强度也达到 60MPa 以上，但均未达到混凝土的 28d 抗压强度设计强度的 1.15 倍（69MPa），所以通过调整不同掺量再生骨料的混凝土的配合比，Ⅱ类再生粗骨料可以部分替代石灰石骨料用于生产 C60 高强混凝土，最大掺量不宜超过粗骨料的60%。

5 生产中使用再生粗骨料注意事项

（1）注意再生粗骨料中的杂质含量，再生骨料中不得有砖头、钢筋、木棍等杂物。

（2）选择 C60 高强用再生粗骨料要选择吸水率较低的废弃混凝土，微粉含量小于 0.5%，表观密度大于2450kg/m3。由于再生骨料的压碎值普遍较高，真正小于 12% 压碎指标的一类再生粗骨料较少，或者压碎值不稳定，所以生产高强混凝土的再生骨料的最大压碎指标不宜大于 15%。

（3）再生粗骨料的吸水率比石灰石的要大，为了保证混凝土出机状态和坍落度损失，根据再生骨料的不同掺量应该适当增大水胶比和外加剂掺量。

（4）再生粗骨料的表观密度小，根据再生骨料的不同掺量应适当增加混凝土的砂率，满足和易性。

6 结论

（1）通过调整配合比使用Ⅱ类再生粗骨料可以部分替代石灰石骨料用于生产 C60 高强混凝土，但再生粗骨料掺量不宜超过 60%。

（2）再生骨料的吸水率较高，随着再生骨料掺量的提高，混凝土的出机坍落度逐渐变小、坍落度损失逐渐加大。

（3）再生粗骨料的表观密度较小，随着再生粗骨料掺量的提高，混凝土逐渐露石子，砂率逐渐显小。

（4）再生粗骨料的压碎值较高，随着再生粗骨料掺量的提高，混凝土的抗压强度逐渐降低，C60 高强混凝土 7d 到 28d 抗压强度增长率逐渐变小。

（5）再生混凝土粗骨料的价格较低，所以使用再生粗骨料替代石灰石骨料能大量减低混凝土的成本。

（6）保护环境。再生粗骨料是固体废弃物的一种，属于“建筑垃圾”回收利用，混凝土中掺部分再生骨料，缓解了环境的污染和建筑垃圾的排放。