机场道面再生混凝土研究应用展望

时间：2024-05-20

胡栓科

摘要：在对国内外再生混凝土研究应用现状详细分析的基础上，提出了在机场道面工程中应用再生混凝土的可行性。针对再生骨料的特点，提出了配制机场道面再生混凝土的技术路线、机理与研究方向，为在机场道面工程中研究、配制并铺筑高性能再生混凝土道面提供参考。

关键词：机场道面；再生混凝土；研究现状；展望

Abstract： on the basis of detailed analysis of the application status of recycled concrete research at home and abroad， the feasibility of the application of recycled concrete airport pavement engineering. Recycled aggregate characteristics of the preparation of recycled concrete airport pavement technology roadmap， mechanism and research directions， provide a reference for the airport pavement engineering research， preparation and paving of high-performance recycled concrete pavement.

Key words： airport pavement； recycled concrete； research status； Outlook

再生混凝土是将废弃混凝土块经破碎、清洗、分级后得到的“再生骨料”作为部分或全部骨料代替天然骨料配制的混凝土（也称再生骨料混凝土，Recycled Aggregate Concrete， RAC）[1]。再生混凝土完全满足联合国提出的“绿色”的三大含义。因此，它是一种可持续发展的绿色环保混凝土[2]。水泥混凝土是机场道面的主要建筑材料，在军用机场翻修、改（扩）建工程和战时抢修中，如果将废弃混凝土道面板就地充分利用，经破碎、清洗、分级后成为再生骨料，配制道面再生混凝土铺筑道面，则可以节约资源、节省能源，实现可持续发展，具有重大的军事、经济和社会环保效益。

1.再生混凝土研究应用现状

第二次世界大战后，苏联、美国、德国、荷兰、日本等国开始对废弃混凝土进行开发研究和再生利用，并且已经多次召开有关废弃混凝土的再生利用的专题国际会议。我国关于废弃混凝土回收利用的研究起步较晚，但再生混凝土现在也已经成为国内混凝土研究领域中的一个热点。目前，国内外研究者已经取得了一些理论与成果[1][3]。

1.1 研究应用现状

美国自1982年起，在ASTM-33-82“混凝土骨料标准”中将破碎的水硬性水泥混凝土包含在了粗骨料中。大约在同一时期，美国军队工程师协会（Society of American Military Engineers，SAME）也在相关规范和指南中鼓励使用再生混凝土骨料[1]。美国政府还制定了《超基金法》[4]规定：“任何生产有工业废弃物的企业，必须自行妥善处理，不得擅自随意倾倒。”给再生混凝土的发展提供了法律保障。

日本由于国土面积小，资源相对匮乏，十分重视废弃混凝土的重新开发利用。早在1977年日本政府就制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》，并相继在各地建立了以处理混凝土废弃物为主的再生加工厂，并制定了多项法规来保证再生混凝土的发展[1][3]。

我国政府制定的中长期科教兴国战略和社会可持续发展战略，鼓励废弃物再生技术的研究和应用，建设部将“建筑废渣综合利用”列入1997年科技成果重点推广项目，還先后颁布了《固体废料污染环境保护法》、《城市固体垃圾处理法》，提高了其重视度[3]。我国再生混凝土的研究尚处于试验室阶段，目前，国内有数十家科研院所开展了再生混凝土的研究，武汉理工大学等都开展了再生混凝土研究[4]，研究工作逐渐深入。

关于再生混凝土的应用，目前国内外主要用于道路基础和非承重结构，较少用于承重混凝土结构，机场道面中再生混凝土的研究应用更少[3]。

1.2 目前已取得的理论与成果

国外，Fouad M.Khalaf和Alan S.DeVenny对建筑垃圾作为混凝土粗骨料再生利用进行了回顾，对再生混凝土的配合比和强度等性能进行了研究[5]。Mostafa Tavakoli和Parviz Soroushian对再生混凝土的干缩行为进行了研究[6]，Nobuaki Otsuki等对再生骨料对混凝土的界面过渡区、强度、氯离子抗渗性能和碳化的影响进行了研究[1]。Salem R.M.和Oliveira M.B.对再生混凝土的抗冻融性能进行了研究[1]。Dhir R.K.和Limbachiya M.C.等人研究了再生混凝土的耐磨性能[1]。国内，张亚梅、史巍等对再生混凝土配合比设计进行了初步研究[7-8]。武汉理工大学等对再生混凝土的配合比、力学性能和耐久性能进行了研究[4]。但是可能由于采用的再生骨料、再生混凝土的配合比、试验条件以及试验方法存在较大的差异，国内外研究者取得的结论不尽一致，归纳起来，主要如下。

（1）再生混凝土的工作性

水灰比相同情况下，再生混凝土工作性要比天然骨料混凝土差，但粘聚性和保水性较天然骨料混凝土好，同时由于再生骨料在30min内吸水率达到其总吸水率的90%左右，再生混凝土30min工作性经时损失较大。

（2）再生混凝土的抗折、抗压强度

Nixon等人发现，与天然骨料混凝土相比，再生混凝土的抗压强度降低5～30%。但是，Ridzuan、Yoda、朋改非和张亚梅等人发现再生混凝土的抗压强度较天然骨料混凝土高2～20%。对于抗折强度，Kawamura等人的试验表明再生混凝土的抗折强度与天然骨料混凝土几乎相同。而Ravindrarajah和Tam等的试验表明，再生混凝土的抗折强度较天然骨料混凝土降低10%左右。

（3）再生混凝土的收缩变形

再生骨料中含有旧水泥砂浆，导致再生混凝土干缩值增加。大量试验结果均表明再生混凝土的收缩比天然骨料混凝土大50%左右。

（4）再生混凝土的抗冻性能

Malhotra和Buck对不同水灰比的再生混凝土的抗冻融性进行了研究，结果表明再生混凝土的抗冻融性能并不低于甚至优于天然骨料混凝土。但是，Nishibayashi和Yamura的试验则发现再生混凝土抗冻融性较天然骨料混凝土差。原因可能在于生产再生骨料的基体混凝土的差异，特别是基体混凝土的含气量，对再生混凝土抗冻性能有较大影响。

（5）再生混凝土的抗渗性能

伍超进行的再生混凝土静水压力抗渗试验表明，再生混凝土的抗渗标号高于一般工程设计要求的混凝土抗渗标号S8，完全可以保证在一般环境条件下混凝土结构的抗渗要求。肖开涛、Otsuki等人对再生混凝土抗氯离子渗透能力进行研究表明，再生混凝土抗氯离子渗透能力稍低于天然骨料混凝土，主要原因是再生骨料孔隙率高。

（6）再生混凝土的耐磨性能

Dhir等人研究了水灰比相同而再生骨料取代率不同的混凝土的耐磨性。试验结果发现，再生骨料取代率低于50%时，再生混凝土的磨损深度与普通混凝土差别不大；再生骨料取代率超过50%时，再生混凝土的磨损深度随着再生骨料取代率的增加而增加。当再生骨料取代率为100%时，再生混凝土的磨损深度较普通混凝土增加34% 。

2.技术路线与研究方向

在机场道面工程中研究应用再生混凝土，关键是突破再生骨料表面粗糙、孔隙多、吸水率大等缺点，改善再生混凝土的内部结构，采用掺加优质矿物掺合料和高效外加剂的“双掺”技术路线，通过掺加高效减水剂，降低混凝土水灰比，减少孔隙率，提高密实度，掺加优质粉煤灰，其火山灰效应改善再生混凝土过渡区，提高强度和耐久性，科学合理地配制出工作性好，施工方便，强度、抗冻、抗渗、耐磨性能良好，满足机场道面工程要求的道面再生混凝土。

2.1 “双掺”技术路线机理

（1）掺优质粉煤灰。优质粉煤灰的滚珠效应、分散效应可以显著改善混凝土拌合物的工作性，使新拌混凝土具有良好的流动性、粘聚性和保水性。亲水性效应可以加速水泥的水化，提高再生混凝土的密实度和强度。火山灰效应可以改善再生骨料的过渡区，对再生骨料有强化作用，大大提高再生混凝土的综合性能[1][19～20]。

（2）掺高效外加剂。高效减水剂使水泥在搅拌和凝结硬化过程中产生的絮凝状结构分散解体，将其包裹的游离水释放出来，水泥—水体系处于相对稳定的悬浮状态，达到减水增强的目的。高效引气减水剂，则在减水增强的同时，在混凝土搅拌过程能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡，这些气泡能隔断混凝土中毛细管，阻止水分迁移，缓解水分渗透压力和结冰时的冻胀应力[9]。

2.2 主要研究方向

（1）再生骨料生产工艺及基本性能研究

研究再生骨料生产工艺，包括旧道面的破除、破碎、清洗、分级等；对用于机场道面混凝土的再生骨料，研究其颗粒级配、堆积密度、表观密度、吸水率、强度等指标，提出适合机场道面混凝土的再生骨料性能指标。

（2）道面再生混凝土的配合比设计研究

通過掺加优质矿物掺合料和高效外加剂，进行配合比设计优化，对水泥用量、水灰比、矿物外掺料掺量、砂率和外加剂掺量进行优选，配制出工作性能好，易施工，强度、变形和耐久性能满足机场道面工程要求的道面再生混凝土，提出适合机场道面工程的再生混凝土配合比设计方法。

（3）道面再生混凝土物理力学性能研究

①测定新拌道面再生混凝土的含气量，与同配比道面天然骨料混凝土的含气量进行比较，提出用于寒冷地区道面再生混凝土合适的含气量范围。

②对新拌道面再生混凝土的初始工作度及工作度经时损失进行试验研究，提出合适的机场道面再生混凝土施工技术。

③进行道面再生混凝土的抗折、抗压强度试验，研究道面再生混凝土与同配比天然骨料混凝土的强度、不同水胶比的道面再生混凝土的强度，分析水灰比对道面再生混凝土的影响规律。

（4）道面再生混凝土耐久性能研究

对道面再生混凝土的抗冻、抗渗和耐磨等耐久性能进行试验研究，提出改善措施，配制出满足机场道面工程要求的高耐久性道面再生混凝土。

（5）道面再生混凝土变形性能研究