鄭惠珍

（黎明職業(yè)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，福建 泉州362000）

0 引言

隨著土木工程的快速發(fā)展，全球每年產(chǎn)生巨量的建筑垃圾，其中廢棄混凝土就約占總建筑垃圾的30%～50%。據(jù)估計，我國目前每年產(chǎn)生的廢棄混凝土可達(dá)1億多t［1－2］。從環(huán)境保護和建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，有必要對這些廢棄混凝土加以高效回收利用，于是再生混凝土［3－4］應(yīng)運而生。

自密實混凝土［5－6］是一種具有低水膠比、高流動性，能不經(jīng)振搗靠自重流平就可充滿模型和包裹鋼筋的特種混凝土，再生骨料有著良好的環(huán)保效益，將再生骨料用于自密實混凝土，不僅其綠色度提高，還使再生混凝土的性能得到提升，必將帶來良好的經(jīng)濟效益和社會效益。目前國內(nèi)外針對普通再生混凝土基本力學(xué)性能的研究較多［1－7］，但針對自密實再生混凝土基本力學(xué)性能的研究尚少見［8］。本文針對再生粗骨料和自密實混凝土各自的特點，研究不同再生粗骨料取代率對自密實再生混凝土工作性能以及抗壓強度和彈性模量的影響，并與普通混凝土及普通自密實混凝土進(jìn)行對比分析。

1 試驗方案

1.1 試驗原材料

水泥為福建省順昌水泥廠生產(chǎn)的煉石牌42.5普通硅酸鹽水泥（OPC），表觀密度3 100kg／m3；粉煤灰為福建廈門嵩嶼電廠生產(chǎn)的Ⅰ級粉煤灰，比表面積2 600m2／kg，表觀密度2 200kg／m3；天然粗骨料為連續(xù)級配的碎石，最大粒徑為13mm；水為普通自來水，高效減水劑是福建省建筑科學(xué)研究院生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑，高效減水劑摻量主要由自密實混凝土的工作性決定。

再生粗骨料采用PE－150×250顎式破碎機和錘式破碎機復(fù)合破碎生產(chǎn)，原始混凝土強度為C30，其粒形呈橢圓形的米粒狀，粒形良好，試驗測得其針片狀含量為1.7%，5～10mm，10～16mm再生粗骨料的表觀密度分別為2 455kg／m3、2 563kg／m3，30min吸水率分別為6%、1.62%，具體見圖1～2。

1.2 自密實再生混凝土的配合比

現(xiàn)階段關(guān)于自密實再生混凝土的研究還較少見，本文所選用的配合比設(shè)計方法主要參照的是普通自密實混凝土的配合比設(shè)計方法［1，9－10］，而有別于普通再生混凝土基于抗壓強度的配合比設(shè)計方法，試驗所用的再生粗骨料尚不考慮預(yù)濕處理，而主要考慮通過摻加高效減水劑和調(diào)整其他配合比參數(shù)來滿足其工作性能。最終配合比詳見表1。共計5組，其中RA－SCC1、RA－SCC2、RA－SCC3分別為再生粗骨料取代率為50%、70%、100%的自密實再生混凝土，SCC、NC分別為普通自密實混凝土和普通混凝土。

圖1 5～10mm再生粗骨料

圖2 10～16mm再生粗骨料

表1 自密實再生混凝土配合比初步設(shè)計

從表1可以看出RA－SCC1和SCC的工作性能基本相同，但其配合比有所不同，除再生粗骨料取代率這個變量外，主要是外加劑用量的不同。其中普通自密實混凝土高效減水劑摻量為0.9%，采用復(fù)合顎式破碎機生產(chǎn)的再生粗骨料取代50%的天然粗骨料配制自密實再生混凝土RA－SCC1時，高效減水劑的摻量為1.0%。當(dāng)再生粗骨料取代率繼續(xù)增加到70%時，RA－SCC2配合比中高效減水劑的摻量增加到了1.2%，當(dāng)再生粗骨料全部取代天然粗骨料時，RA－SCC3配合比中不僅高效減水劑摻量增加到了1.3%，為了達(dá)到一定的工作性能，RA－SCC3配合比中的砂率調(diào)高到了0.5，水膠比微調(diào)到了0.32。

1.3 試件的澆筑和養(yǎng)護

本文自密實再生混凝土基本力學(xué)試驗方法主要依據(jù)GB／T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，養(yǎng)護到相應(yīng)時間后進(jìn)行相關(guān)測定，測定內(nèi)容有按標(biāo)準(zhǔn)分別養(yǎng)護至3d、7d、14d、28d、60d齡期時的立方體抗壓強度，按標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護至7d、28d、60d齡期時的彈性模量。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 自密實再生混凝土的工作性能

自密實混凝土關(guān)鍵的特征之一就是混凝土拌合物必須具有良好的工作性能，對于新拌混凝土而言，必須具備良好的填充性、間隙通過性和抗離析性。根據(jù)CCES02—2004《自密實混凝土設(shè)計與施工指南》中的規(guī)定，自密實混凝土的工作性能指標(biāo)應(yīng)達(dá)到坍落度240～270mm，擴展度大于550mm。由表2可知，本文所配制的自密實再生混凝土具有良好的流動性，滿足要求。

表2 新拌自密實再生混凝土工作性能

從圖3中可以看出隨著再生粗骨料取代率的增加，自密實再生混凝土的流動性變差，原因在于再生粗骨料相比天然粗骨料吸水率大，在拌合過程中吸水了部分拌合水。另外從拌制現(xiàn)場觀測可以觀測出其保水性和黏聚性較用天然粗骨料配制出的自密實混凝土好，這主要是由于再生粗骨料表面粗糙，附著有一定量的水泥砂漿，會增加拌合物在拌合過程中的摩阻力。從圖4和圖5可以看出再生粗骨料取代率為100%時，通過微調(diào)配合比，可以得到坍落度和擴展度良好的自密實再生混凝土，其坍落度和擴展度均滿足《自密實混凝土設(shè)計與施工指南》規(guī)定的指標(biāo)。

圖3 不同再生粗骨料取代率下自密實再生混凝土的流動性

圖4 RA－SCC3坍落度試驗圖

圖5 RA－SCC3擴展度試驗圖

2.2 再生粗骨料取代率對自密實再生混凝土抗壓強度的影響

混凝土的立方體抗壓強度是混凝土各種力學(xué)性能指標(biāo)中最重要而基本的一項，因此目前關(guān)于再生混凝土的立方體抗壓強度研究得較多，雖結(jié)論有所差異，但大部分的研究結(jié)果都認(rèn)為再生混凝土的抗壓強度相比普通混凝土有一定程度的降低，降低的百分比各異，但基本在20%的范圍內(nèi)。本文試驗結(jié)果見表3所示。

表3 自密實再生混凝土不同齡期立方體抗壓強度值／MPa

根據(jù)《建筑工程施工試驗與檢測》中關(guān)于混凝土強度的非統(tǒng)計評定方法可知，表3中數(shù)據(jù)表明用原生混凝土強度為C30左右的再生粗骨料可配制C45強度等級的自密實再生混凝土。由此可以看出通過選用低水膠比，摻入礦物摻合料和高效減水劑并優(yōu)化配合比的途徑，可以成功實現(xiàn)用原生強度為C30左右的再生粗骨料進(jìn)行C45強度等級自密實再生混凝土的配制。原因在于：（1）再生粗骨料表面粗糙附著有水泥砂漿，雖相比天然粗骨料彈性模量有所下降，但卻易與水泥石形成較大的物理黏結(jié)強度，同時由于與新水泥石有相近的彈性模量，受力時將在界面處產(chǎn)生較小的應(yīng)力差。另外由于本試驗配合比設(shè)計時并未考慮附加用水量，而鑒于再生粗骨料吸水率高的特點，有效水膠比下降，對其強度有利。（2）合理的高效減水劑摻量能大大提高水泥拌合物的流動性和混凝土的坍落度，從而顯著改善混凝土的工作性能，同時合理的粉煤灰摻量也可以改善混凝土拌合物的流動性、黏聚性及抗離析性能，兩者雙摻不僅可以各自起到作用，還能產(chǎn)生疊加效應(yīng)，從而很好地改善因再生粗骨料的摻入導(dǎo)致的新拌混凝土較差的工作性能。

圖6為再生粗骨料取代率對自密實再生混凝土立方體抗壓強度的影響曲線圖，從圖中可以看出隨著再生粗骨料取代率的增加，自密實再生混凝土的立方體抗壓強度明顯降低。其中RA－SCC1，RASCC2，RA－SCC3的28d立方體抗壓強度較普通自密實混凝土降低程度分別為1.9%，6.2%，13.1%，養(yǎng)護到60d時相比普通自密實混凝土分別降低了2.6%，6.8%，11%。說明隨著養(yǎng)護齡期的增長，自密實再生混凝土立方體抗壓強度相比普通自密實混凝土的降低幅度有所減小，從圖中還可以看出自密實再生粗骨料取代率為50%時，自密實再生混凝土的立方體抗壓強度降低最少。造成自密實再生混凝土的立方體抗壓強度低于普通自密實混凝土，主要原因在于所使用的再生粗骨料自身的特點，即再生粗骨料表面包裹水泥砂漿，導(dǎo)致承受壓力荷載時，水泥砂漿層因強度較粗骨料低而最先破碎導(dǎo)致混凝土喪失承載力，在自密實再生混凝土的抗壓強度試驗過程中發(fā)現(xiàn)試件破壞時主要是通過界面過渡區(qū)，即和普通混凝土類似，但由于再生粗骨料在機械制備過程中在老界面處可能產(chǎn)生的微裂紋或初始損傷及高孔隙率，易使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而使自密實再生混凝土的強度降低。

以往不同研究者所得出的研究結(jié)論是相比普通混凝土，再生混凝土的立方體抗壓強度可降低20%左右，本試驗與普通混凝土相比，50%、70%、100%再生粗骨料取代率的自密實再生混凝土28d立方體抗壓強度分別降低5.2%、9.4%、14.6%，60d時分別降低6.8%、10.8%、14.7%，即自密實再生混凝土的立方體抗壓強度相比普通混凝土降低幅度在15%的范圍內(nèi)，且隨著齡期的增長該幅度稍有增加，但相差不大。相比普通混凝土，自密實再生混凝土的立方體抗壓強度降低幅度低于普通再生混凝土，原因在于相比普通混凝土，自密實混凝土對粗骨料粒形、粒徑及級配要求較高，本試驗所選的天然粗骨料和再生粗骨料為連續(xù)級配，最大粒徑為16mm，針片狀含量最多為2.0%，滿足CCES 02—2004《自密實混凝土設(shè)計與施工指南》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定自密實混凝土所用粗骨料宜采用連續(xù)級配，最大粒徑宜小于20mm，針片狀顆粒含量宜小于10%的規(guī)定。即本試驗所用的天然粗骨料和再生粗骨料是經(jīng)過嚴(yán)格選用的，連續(xù)級配和較小的針片狀含量可保證混凝土拌合物具有良好的工作性能，不易產(chǎn)生離析；較小的顆粒粒徑，可減小顆粒內(nèi)部缺陷，并且由于比表面積大可增強與水泥漿的黏結(jié)，且合適的顆粒粒徑在拌合過程中不會下沉太多，從而保證混凝土內(nèi)部顆粒分布的均勻。

圖6 自密實再生混凝土立方體抗壓強度曲線圖

2.3 再生粗骨料取代率對自密實再生混凝土彈性模量的影響

再生粗骨料的表觀密度等基本性能相比天然粗骨料有所降低，這必將導(dǎo)致用其拌制的自密實再生混凝土的彈性模量的降低。本文測定的自密實再生混凝土的彈性模量見表4所示。

表4 自密實再生混凝土不同齡期的彈性模量

各配合比彈性模量隨齡期發(fā)展的曲線如圖7所示，從圖7中可以看出自密實再生混凝土的彈性模量明顯低于普通自密實混凝土。再生粗骨料取代率為50%，70%，100%時，其28d彈性模量相比普通自密實混凝土分別降低了16.4%，22.2%，26.8%，養(yǎng)護到60d時其彈性模量相對普通自密實混凝土分別降低了15%、19%、24%，可見隨著再生粗骨料取代率的增加其彈性模量降低，且隨著齡期的增加其下降幅度緩慢縮小。與立方體抗壓強度相比，自密實再生混凝土的彈性模量相比普通自密實混凝土降低更多。原因在于再生粗骨料的孔隙率高、表面附著有水泥砂漿且骨料內(nèi)部可能存在的先天微裂紋，將降低再生粗骨料的彈性模量，從而降低了自密實再生混凝土的彈性模量。

圖7 彈性模量曲線圖

以往研究表明再生混凝土的彈性模量比普通混凝土低20%～30%［11－12］，本文再生粗骨料取代率為50%，70%，100%時，其28d彈性模量相比普通混凝土分別降低了4.8%，11.5%，16.7%，養(yǎng)護到60d時其彈性模量相比普通混凝土分別降低了2.1%、6.7%、13.4%，表明本試驗自密實再生混凝土的彈性模量比普通混凝土低約15%左右，且隨著齡期的增長該幅度稍有降低。相比普通混凝土，自密實再生混凝土的彈性模量降低幅度低于普通再生混凝土，原因在于相比普通再生混凝土，自密實混凝土對粗骨料粒形、粒徑及級配要求較高。

3 結(jié)語

（1）隨著再生粗骨料取代率的增加，自密實再生混凝土的流動性變差，而黏聚性和保水性較好。在達(dá)到相同工作性能的情況下，50%、70%、100%再生粗骨料取代率的自密實再生混凝土分別比普通自密實混凝土的外加劑摻量增多0.1%、0.3%和0.4%。

（2）隨著再生粗骨料取代率的增加，自密實再生混凝土的抗壓強度和彈性模量明顯降低，且隨著齡期的增長，降低幅度有所減小。相比普通自密實混凝土，50%、70%、100%再生粗骨料取代率的自密實再生混凝土，其28d立方體抗壓強度分別降低了1.9%，6.2%，13.1%，其28d彈性模量分別降低了16.4%，22.2%，26.8%。相比普通混凝土，自密實再生混凝土的立方體抗壓強度和彈性模量降低幅度分別在15%和20%左右。

［1］肖建莊.再生混凝土［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008：3－6.

［2］Oikonomou N D.Recycled concrete aggregates［J］.Cement ＆ Concrete Composites，2005，27（2）：315－318.

［3］Evangelista L，Brito J de.Mechanical behavior of concrete made with fine recycled concrete aggregates［J］.Cement ＆ Concrete Composites，2007，29（5）：397－401.

［4］Etxeberria M，Vazquez E，Mati A，etc.Influence of amount of recycled coarse aggregates and production process on properties of recycled aggregate concrete［J］.Cement and Concrete Research ，2007，37（5）：735－742.

［5］羅素蓉，鄭建嵐，王國杰.自密實高性能混凝土力學(xué)性能的研究與應(yīng)用［J］.工程力學(xué)，2005，22（1）：164－169.

［6］羅素蓉，鄭建嵐.自密實高性能混凝土在工程中的應(yīng)用［J］.建筑施工，2006，28（1）：54－57.

［7］劉亞萍，陳忠范.再生混凝土的基本力學(xué)性能和應(yīng)用研究［J］.混凝土，2009（12）：43－45.

［8］Grdic Z J，Toplicic－Curcic Gordana A，Despotovic lva M，etc.Properties of self－compacting concrete prepared with coarse recycled concrete aggregate［J］.Construction and Building Materials，2010，24（7）：1129－1133.

［9］吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土［M］.北京：中國鐵道出版社，1999：122－147.

［10］CCES02－2004自密實混凝土設(shè)計與施工指南［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005：6－8.

［11］徐蔚，金世偉.再生混凝土基本性能的影響研究［J］.浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報，2009（9）：68－71.

［12］鄭遠(yuǎn)，鄭會杰.再生混凝土的強度研究［J］.低溫建筑技術(shù)，2010（11）：8－9.