李 飛

（安徽省安慶市公路工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，安徽安慶246000）

0 前言

近20 a來，隨著我國國民經(jīng)濟和交通事業(yè)的發(fā)展，水泥混凝土路面發(fā)展很快（包括公路、城市道路及機場建設(shè)），不同類型以及不同等級的水泥混凝土路面相繼出現(xiàn)并逐漸增多。但由于其直接承受了過繁重的交通量、過大的輪載，以及氣候條件的作用，使得水泥混凝土路面的破壞現(xiàn)象日益嚴重。在舊水泥混凝土路面改建、擴建和養(yǎng)護維修時，會產(chǎn)生大量的破碎廢料，若將其拋棄不僅需要大量的堆放場地，而且會造成環(huán)境污染；同時由于普通修補混凝土的強度發(fā)展較慢，勢必大大降低道路的交通流量，造成相關(guān)的經(jīng)濟損失。因此，若將廢舊水泥混凝土塊破碎成再生骨料，用以部分或全部代替混凝土中的砂石，并配制成快修型或早強型的再生混凝土，不但能從根本上解決廢棄混凝土的處置問題，而且能盡快地恢復道路交通，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。

本文采用機械破碎法，將在某水泥混凝土路面修補時所收集的廢棄混凝土破碎成一定粒級的再生骨料，選用三種外加劑分別進行了普通型（天然骨料）、再生早強型（再生骨料）和再生快修型（再生骨料）三種路面修補混凝土的配制試驗，測試了三種混凝土在不同齡期的力學性能和耐久性。

1 試驗原材料

水泥：32.5級普通硅酸鹽水泥；細骨料：普通河砂，細度模數(shù)為2.6；粗骨料：5～20 mm的瓜子片，20～40 mm的石灰?guī)r碎石，以及20～40 mm的再生碎石，其性能見表1和表2所列；外加劑：高效減水劑（AT），早強型復合外加劑（ZQ），快修型復合外加劑（KX）；水：自來水。

表1 石灰石和再生碎石的基本物理性能匯總表

表2 粗骨料的累計篩余百分率匯總表（單位：%）

2 試驗設(shè)計及配合比

由于再生骨料在破碎中存在微裂縫，顆粒中包含水泥砂漿，因而與天然骨料相比，具有孔隙率高，吸水性大、強度等級低等缺點，易導致再生混凝土的強度低、收縮大、抗凍性差等不良性能[1-4]。對再生骨料的試驗分析表明，16 mm以上的顆粒中一般都含有石灰?guī)r石子，而16 mm以下的顆粒大多數(shù)為砂漿塊。為提高再生修補水泥混凝土的路用性能，該試驗篩除再生混凝土碎石中16 mm以下的顆粒，再摻入瓜子片以制得級配良好、質(zhì)量合格的再生粗骨料。試驗中，再生早強型和快修型混凝土的粗骨料由20%的瓜子片和80%的再生骨料摻配而成，而與之對比的普通型修補混凝土的粗骨料由20%的瓜子片和80%的石灰?guī)r碎石摻配而成。

對水泥混凝土路面的修補，不但要配制出滿足路用性能要求的高質(zhì)量混凝土，而且還要求有足夠的早期強度，以便及時開放交通。對大面積的修補要求7 d通車，而小面積的修補要求24 h通車。為此，該試驗選用了早強型復合外加劑（ZQ）和快修型復合外加劑（KX）并用高效減水劑（AT）作對比，通過配合比的優(yōu)化設(shè)計，來改善與提高再生混凝土的力學性能和耐久性能，特別是早期強度。試驗配合比參照相關(guān)設(shè)計規(guī)范進行，具體可見表3所列。

表3 路面修補混凝土的配合比匯總表（單位：kg/m3）

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 路面修補混凝土的物理力學性能

混凝土的物理性能試驗按《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T50080-2002）進行；力學性能試驗按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T50081-2002）進行，試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm的立方體和150 mm×150 mm×550 mm的長方體。試驗測試了新拌混凝土的坍落度和表觀密度，以及硬化混凝土的抗壓強度（如圖1所示）和抗折強度（如圖2所示），具體結(jié)果見表4所列。

由表4可知，再生混凝土的表觀密度要小于普通混凝土，這是由再生骨料的表觀密度小于天然骨料（石灰?guī)r）所致。由圖1可知，配制的再生快修型混凝土的抗壓強度明顯高于再生早強型混凝土，而后者又明顯高于普通型混凝土。再生快修型混凝土的1 d抗壓強度達到37.7 MPa，其3 d抗壓強度比普通型混凝土和早強型混凝土分別提高207.9%和91.8%；其28 d抗壓強度達到了64.3 MPa，屬于高強混凝土。由圖2可知，再生混凝土的抗折強度顯示了與抗壓強度類似的變化關(guān)系。再生快修型混凝土的1 d抗折強度達到了4.73 MPa，其3 d抗折強度比普通型的和早強型的混凝土分別提高170%和63.4%。按照《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》（JTGD40-2002）的要求，重交通等級路面的混凝土的抗折強度應大于5.0 MPa，由圖2可知該試驗所配制的兩類再生混凝土可用于重交通等級的路面，且其力學性能大大超過了所配制的普通型混凝土。

該試驗結(jié)果表明，再生快修型混凝土路面24 h即可通車，再生早強型混凝土路面7 d即可通車，而普通型混凝土路面一般要28 d才能開放交通。

3.2 路面修補混凝土的干縮性能

在低濕度的環(huán)境中，飽和水泥漿體中的水化硅酸鈣（C-S-H）凝膠體因毛細孔和凝膠孔中水分蒸發(fā)而引起的體積縮小的變形，稱為干燥收縮。路面混凝土的干縮變形是其裂縫產(chǎn)生的主要原因之一，直接關(guān)系到路面混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性、行車速度和舒適程度。通常，由于再生骨料的孔隙率和吸水率較大，當其失水后將產(chǎn)生較大的干縮和徐變[5]，嚴重危害再生混凝土路面的性能。為了減小混凝土的干燥收縮，該試驗選用的早強型和快修型復合外加劑中含有膨脹組分，要求混凝土成型后水養(yǎng)或保濕養(yǎng)護7 d。試驗中首先測試了3種修補混凝土在水中養(yǎng)護3 d和7 d時的自由膨脹率，然后測試了其在恒溫恒濕室（溫度20±3℃，相對濕度 60%±5%）中養(yǎng)護 3 d、7 d、14 d、28 d、120 d和180 d時的干燥收縮，具體結(jié)果見圖3所示（橫坐標中的“3”和“7”分別表示在水中養(yǎng)護3 d和7 d）。

由圖3可知，在該試驗所用原材料和配合比下，快修型和早強型再生混凝土的膨脹率明顯大于普通型混凝土，而后期的干燥收縮率小于普通型混凝土，但是它們180 d后的收縮變形有接近的趨勢。再生混凝土和普通混凝土一樣，其收縮變形隨時間的增長而增加，并且早期變化幅度較大，后期逐漸減小。因而在有限制條件的修補混凝土中，摻入膨脹型的復合外加劑，可利用混凝土早期的膨脹來補償后期的收縮，從而提高混凝土路面的抗裂性。

再生混凝土的干縮，其根本是由于水泥混凝土內(nèi)部水分的遷移和逸失而引起，機理應相同于普通混凝土，即有毛細管張力學說、拆開應力學說和凝膠顆粒表面自由能變化學說。為提高再生混凝土的抗干縮性能，可采用三類改善措施：一是選擇適當?shù)脑牧?，?yōu)化混凝土配合比。二是采用限制收縮和補償收縮的方法，前者是通過摻用纖維（鋼纖維、聚丙烯纖維或混雜纖維）來實現(xiàn)，即利用纖維“二次增強筋”的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分散或內(nèi)耗收縮應力，減少應力集中；后者是通過摻用膨脹劑來實現(xiàn)，其膨脹驅(qū)動力源于體積擴張的化學反應。三是采用摻加減縮劑（Shrinkage Reducing Agent，SRA）的方法，即通過摻用減縮劑，降低孔溶液的表面張力，從而降低毛細管收縮應力。

表4 路面修補混凝土的物理力學性能匯總表

3.3 路面修補混凝土的抗凍性能

抗凍性能是混凝土耐久性能的一個重要指標。特別是在寒冷地區(qū)，凍融循環(huán)作用往往是導致路面混凝土劣化的主要因素。該抗凍性試驗參照《普通混凝土長期性能和耐久性試驗方法》（GBJ82-85）進行，采用慢凍法，測試了三種混凝土在凍融100次和200次前后的質(zhì)量損失和強度損失，具體結(jié)果見表5所列。

表5 路面修補混凝土的凍融試驗結(jié)果匯總表

從表5可以看出，在凍融100次時，快修型再生混凝土的質(zhì)量和強度損失小于普通型混凝土，早強型再生混凝土的質(zhì)量和強度損失與普通型混凝土相近，但是在經(jīng)受200次凍融循環(huán)后，再生混凝土的強度損失率較普通混凝土大。不過，在未摻引氣劑的情況下，兩類再生混凝土都能滿足200次凍融循環(huán)的要求。按照美國學者T.C.Powers提出的膨脹壓和滲透壓理論[6]，吸水飽和混凝土在凍融過程中遭受的破壞力主要由兩部分組成：一是膨脹壓力，二是滲透壓力。當混凝土受凍時，這兩種壓力會損傷混凝土內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，在經(jīng)過多次凍融循環(huán)后，損傷逐步積累不斷擴大，發(fā)展成互相連通的大裂縫，使混凝土強度逐漸降低，直到完全喪失。

A.Gokce[7]等人的研究指出，相對于普通混凝土，再生混凝土的抗凍性主要取決于再生骨料表面附著的水泥砂漿的抗凍性。再生混凝土在經(jīng)受凍融循環(huán)作用時，由于受到冰晶壓力以及滲透壓力等的作用，首先易導致再生骨料表面附著的砂漿層的開裂破壞，并從這些破壞面逐步擴展而使混凝土劣化。由于該試驗再生混凝土所用的外加劑含有膨脹性組分，因而在很大程度上提高了其密實度，改善了孔結(jié)構(gòu)，有利于提高再生混凝土的抗凍性能。

4 結(jié)論

在該試驗的研究條件下，通過普通型、再生早強型和再生快修型路用混凝土的配制試驗和性能研究，得到以下幾點主要結(jié)論：

（1）依據(jù)試驗結(jié)果，再生快修型混凝土路面24 h即可通車，再生早強型混凝土路面7 d即可通車，而普通型混凝土路面一般要28 d才能開放交通。

（2）將部分天然骨料和再生骨料相摻配，采用膨脹型高效外加劑，所配制的再生早強型和快修型混凝土可用于重交通等級的路面，兩者28 d抗折強度均在6.0 MPa以上。

（3）通過配合比的合理設(shè)計以及采用補償收縮技術(shù)，可提高再生混凝土的抗收縮性能，并能滿足200次凍融循環(huán)的要求。

（4）該試驗研究已應用于實際工程，效果良好，有助于推進和拓展再生混凝土的開發(fā)利用。

[1]史巍，侯景鵬.再生混凝土技術(shù)及其配合比設(shè)計方法[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2001，28(8):18-20.

[2]陳宏俊，周婷婷.再生水泥混凝土的研究進展[J].國外建材科技，2004,25(3):43-45.

[3]Nik.D.Oikonomou.Recycled concrete aggregates[J].Cement&Concrete Composites,2005,27:315-318.

[4]Limbachiya M.C,Leelawat T,Dhir R.K.Use of recycled concrete aggregate in high-strength concrete[J].Materials and Structures,2000,33:574-580.

[5]肖建莊，李佳彬，蘭陽.再生混凝土技術(shù)研究最新進展與評述[J].混凝土，2003，(10):17-20.

[6]馬強，朋改非，劉葉鋒.復合外加劑對混凝土抗凍性能的影響[J].混凝土，2005，(1):55-58.

[7]A.Gokce,S.Nagataki,T.Saeki,et al.Freezing and thawing resistance of air-entrained concrete incorporating recycled coarse aggregate:The role of air content in demolished concrete [J].Cement and Concrete Research,2004,34:799-806.