雷 斌，徐原威，熊進剛

(南昌大學建筑工程學院，南昌 330031)

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道路面層用建筑垃圾再生混凝土配合比設計分析

雷 斌，徐原威，熊進剛

(南昌大學建筑工程學院，南昌 330031)

通過廢混凝土骨料和廢磚骨料按比例混合模擬建筑垃圾的組成，制成建筑垃圾再生混凝土，在分析廢磚骨料摻量、附加水用量和顆粒級配等對再生混凝土性能影響的基礎上，研究道路面層建筑垃圾再生混凝土配合比設計方法。結(jié)果表明：建筑垃圾再生混凝土抗折強度隨水灰比的增大而降低，隨附加水用量的增大而降低；當再生粗骨料中摻25%磚骨料時，建筑垃圾再生混凝土基本力學性能滿足新建水泥路面面層材料的要求，而當摻量達50%時，對再生混凝土抗折強度影響較大；顆粒級配的影響較小；用本文的計算公式得到的再生混凝土抗折強度計算值與實測值很接近。

建筑垃圾； 再生混凝土； 配合比設計； 附加用水量； 抗折強度

1 引 言

再生混凝土是指將建筑廢棄物經(jīng)過破碎、清洗與分級后，按一定的比例與級配混合形成再生骨料，部分或全部代替砂石等天然骨料配制而成新的混凝土。歐美地區(qū)及日本等發(fā)達國家對廢混凝土粗骨料制成的再生混凝土技術(shù)研究較早[1-2]，近年來國內(nèi)也開始了再生混凝土相關方面的研究[3-4]。國內(nèi)外對廢混凝土骨料制備的再生混凝土在路用性能方面的試驗研究結(jié)果表明[5-7]，廢混凝土再生粗骨料在水泥混凝土路面上的應用是安全可行的，可以作為新建水泥路面的建筑材料。文獻[8-9]對廢磚再生粗骨料混凝土進行了配合比及基本的力學性能試驗研究。但這些是針對建筑垃圾中的廢混凝土或者是廢磚單一成分進行的相關研究。王武祥[10]研究了建筑垃圾的組成與用量對再生混凝土性能的影響，結(jié)果表明廢磚骨料用量對再生混凝土強度的影響顯著，而廢混凝土骨料用量則對再生混凝土強度影響較小。張亞梅等[11]通過試驗研究探索了再生混凝土配合比設計的方法，提出了在普通混凝土配合比設計的基礎上進行廢混凝土骨料的預吸水法；史巍等[12]提出了基于自由水灰比之上的配合比設計方法。對于建筑垃圾再生粗骨料全部取代天然粗骨料時路面面層用再生混凝土的配合比設計方法未見文獻報道。因此有必要開展這方面的研究，進一步驗證建筑垃圾再生混凝土在路面面層中應用的可行性。

2 試 驗

2.1 試驗材料

本試驗膠凝材料采用“海螺”牌普通硅酸鹽水泥(P·O 42.5R)；細骨料采用天然河砂，細度模數(shù)為2.7；天然粗骨料為碎石，再生粗骨料為廢混凝土粗骨料和廢磚粗骨料，來源分別為某檢測中心的廢棄C30混凝土試塊和學生宿舍改造產(chǎn)生的廢棄磚塊，經(jīng)破碎篩分后所得；減水劑采用聚羧酸高效減水劑，減水率20%～40%，目的是改善混凝土的工作性能；水為自來水。本文采用的粗骨料性能見表1。

表1 再生粗骨料的性能

2.2 混凝土配合比

試驗考慮水灰比和廢磚粗骨料在再生混凝土中粗骨料的取代率影響，據(jù)文獻[13]統(tǒng)計資料顯示，建筑垃圾組成成分中廢混凝土、碎磚(砌塊)和廢砂漿約占建筑垃圾總量的80%，而碎磚在這其中所占的比例大約在20%～50%范圍內(nèi)，其它如木材、玻璃等約占20%。取廢磚粗骨料取代率為0%、25%和50%。根據(jù)文獻[14]可知再生粗骨料1 h吸水率為24 h吸水率的75%左右，所以本文附加水按廢磚粗骨料吸水率的75%計算。本文擬采用再生混凝土配合比設計方法為預吸水法，而為了考慮方便施工，拌和時兩部分用水實際上是同時加入的。同時為了驗證附加水對再生混凝土性能的影響，選用0.38水灰比設計了兩組配合比，附加水分別按廢磚粗骨料吸水率的50%和100%計算；再生混凝土配合比見表2(試件編號中NC代表天然混凝土；RC代表再生混凝土，不摻廢磚粗骨料；Q和H表示廢磚粗骨料在再生混凝土粗骨料中的取代率分別為25%和50%；下標50和00表示附加水分別按廢磚粗骨料吸水率的50%和100%計算，其他無下標表示附加水按廢磚粗骨料吸水率的75%計算)。另外為了驗證粗骨料顆粒級配對再生混凝土的影響，設計了試驗將粗骨料粒徑分為4.75～16 mm(A)和16～26.5 mm(B)兩個區(qū)間，根據(jù)粗骨料篩分試驗結(jié)果確定兩個區(qū)間粗骨料所占的百分比(A-55%，B-45%)，將天然粗骨料同樣分為兩個區(qū)間按比例加入到配合比中，配合比見表2。

表2 再生混凝土配合比

續(xù)表

2.3 試塊制作

試塊的制作采用表2配合比，用機械攪拌，振動臺上振實成型，抗折試件尺寸：100 mm×100 mm×400 mm。第二天拆模后放入混凝土標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護，養(yǎng)護齡期為28 d?？拐蹚姸仍囼灠凑铡豆饭こ趟嗉八嗷炷猎囼炓?guī)程》規(guī)定執(zhí)行。

3 結(jié)果與討論

3.1 廢磚粗骨料摻量對再生混凝土抗折強度影響

圖1 再生混凝土抗折強度隨水灰比的變化Fig.1 Flexural strength of recycled concrete changed with the change of W/C

各水灰比下再生混凝土試塊抗折強度分別見圖1。由圖1可知，隨著水灰比的增大，再生混凝土抗折強度均降低。在相同水灰比下，摻25%廢磚粗骨料再生混凝土強度最高，最低的為摻50%廢磚粗骨料再生混凝土。建筑垃圾再生混凝土中摻25%廢磚粗骨料后強度高于不摻廢磚粗骨料，這是由于摻25%廢磚粗骨料后，加入的附加水并不能使廢磚粗骨料完全吸水飽和，廢磚粗骨料會繼續(xù)吸水，導致其有效水灰比降低。當廢磚粗骨料的摻量達到再生粗骨料的50%時，雖然其同樣會使再生混凝土的有效水灰比降低，但由于廢磚粗骨料摻量較高而其本身強度很低，最終使得再生混凝土強度降低，說明當廢磚粗骨料摻量較高時對再生混凝土的力學性能影響比較大。

3.2 附加水用量對再生混凝土抗折強度影響

不同附加水用量再生混凝土抗抗折強度見圖2。由圖2可知，抗折強度隨附加水量的增加而降低，這個跟水灰比的影響變化規(guī)律是一致的。加入的附加水為廢磚粗骨料吸水率的50%時，其與加入的附加水為廢磚粗骨料吸水率的75%時的抗折強度相差不大，相差約為4.0%。而當附加水用量為廢磚粗骨料吸水率的100%時，再生混凝土抗折強度較附加水為廢磚粗骨料吸水率的50%時降低14.5%，降幅較大。結(jié)果表明不同附加水用量的加入改變了再生混凝土有效水灰比從而影響再生混凝土的強度，當附加水量達到廢磚粗骨料的100%吸水率時，對再生混凝土的強度影響較大。

3.3 顆粒級配對再生混凝土抗折強度影響

考慮顆粒級配影響的再生混凝土抗折強度對比圖見圖3。由圖3可知，考慮用粒徑范圍為A、B區(qū)間天然粗骨料的按比例分別代替試件RC48H配合比中的再生粗骨料，試件的強度變化不大。RC48HA試件的抗折強度為4.38 MPa，而RC48HB試件的抗折強度為4.31 MPa，相差0.07 MPa，結(jié)果表明顆粒級配對再生混凝土的力學性能影響不大；但由于天然粗骨料的加入，所以其抗折強度均比RC48H要大。

圖2 再生混凝土抗折強度隨附加水用量的變化Fig.2 Flexural strength of recycled concrete changed with the change of supplementary water

圖3 考慮顆粒級配的再生混凝土抗折強度Fig.3 Flexural strengt of recycled concrete considered the grain composition

圖4 試件破壞界面(a)RC48HA;(b)RC48HBFig.4 Damage interface of specimen

試驗后觀察到再生混凝土試件斷裂界面見圖4。由圖4可知，用顆粒粒徑在A區(qū)間(粒徑4.75～16 mm)的天然粗骨料代替再生粗骨料(見圖4a)發(fā)現(xiàn)，廢磚粗骨料在整個界面的分布比較均勻；而用顆粒粒徑在B區(qū)間(粒徑16～26.5 mm)的天然粗骨料代替再生粗骨料(見圖4b)發(fā)現(xiàn)，廢磚粗骨料在界面的分布集中在混凝土的中上部。這由于廢磚粗骨料本身較輕，在振動臺上振動時較輕的骨料會往上部方向運動，但是當廢磚粗骨料的顆粒粒徑較大時，其向上運動的阻力較大，所以分布較均勻；而當廢磚粗骨料的顆粒粒徑較小時，其向上運動的阻力較小，更容易向上運動，所以會集中在試件的上部。

4 配合比中水灰比設計方法分析

《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細則》(JTG/T F30-2014)給出了碎石混凝土的水灰比計算的經(jīng)驗公式，見式(1)。

(1)

式中：W/C-水灰比；fs-水泥實測28 d抗折強度；fc-混凝土配置28 d抗折強度。

若用式(1)推算建筑垃圾再生混凝土28 d抗折強度，發(fā)現(xiàn)計算值與實測的抗折強度相差較大，見圖5。由圖5可知，式(1)不適合于道路用建筑垃圾再生混凝土的配合比設計。

為了得出適用于再生混凝土水灰比計算的經(jīng)驗公式，對不摻廢磚粗骨料再生混凝土和摻25%廢磚粗骨料再生混凝土實際抗折強度(見表3)進行擬合；而摻50%廢磚粗骨料對再生混凝土抗折強度影響較大，并未給予考慮。擬合試驗結(jié)果得式(2)。

(2)

將計算得出的再生混凝土抗折強度與實際抗折強度進行對比，見圖6。由圖6可知，用本文擬合得出的計算公式計算得出的再生混凝土抗折強度與實際抗折強度相差不大。

圖5 抗折強度推算值與實測值對比Fig.5 Compared between calculated with actual flexural strength

圖6 抗折強度擬合值與實測值對比Fig.6 Compared between fitted with actual flexural strength

5 結(jié) 論

(1)建筑垃圾再生混凝土在摻25%廢磚粗骨料時，其基本的力學性能滿足路用時對混凝土材料的要求，可以在公路面層中使用；通過合理的配合比設計及改性可用于等級較高公路面層中。而當廢磚粗骨料摻量為50%時，由于建筑垃圾再生混凝土的力學性能下降較大，所以建議要控制廢磚粗骨料的摻量;

(2)建筑垃圾再生混凝土抗折強度隨水灰比的增大而降低，隨附加水用量的增大而降低。建議附加水用量按廢磚粗骨料吸水率的75%進行計算;

(3)顆粒級配對再生混凝土抗折強度影響不大。由于廢磚粗骨料較輕，振動時更容易上浮，建議在實際工程中盡量選用粒徑較大的廢磚粗骨料;

(4)用本文計算公式得出的再生混凝土抗折強度計算值與實測值很接近。

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Analysis on Mix Proportion Design of Construction Waste Recycled Concrete Used in Road Surface

LEIBin，XUYuan-wei，XIONGJin-gang

(School of Civil Engineering and Architecture,Nanchang University,Nanchang 330031,China)

Construction waste recycled concrete is made by mixing recycled brick aggregate and recycled concrete aggregate in proportion. Based on the analysis of the impact the mixing amount of waste brick aggregate, the amount of supplementary water and grain composition on the performance of recycled concrete, the method of mix proportion design on construction waste recycled concrete used in road surface is studied. It shows that the flexural strength of construction waste recycled concrete decreases with the increase of water-cement ratio and supplementary water. While the content of brick aggregate in recycled coarse aggregate is 25%, the basic mechanical performance of construction waste recycled concrete can satisfy the requirements of material to new cement pavement surface. While the content is 50%, the flexural strength of recycled concrete is greatly influenced by the brick aggregate. The influence of grain composition is very limited. The prediction of flexural strength of recycled concrete obtained by the calculating formula derived from this paper is very close to the actual flexural strength.

construction waste;recycled concrete;mix proportion design;additional water;flexural strength

國家自然科學基金(51562024)；江西省自然科學基金(20151BAB206057)；江西省重點研發(fā)計劃(20161BBG70056)；江西省研究生創(chuàng)新資金資助(YC2015-S063)

雷 斌(1980-)，男，博士，副教授.主要從事再生混凝土材料與結(jié)構(gòu)研究.

熊進剛，博士，教授.

TU525

A

1001-1625(2016)12-3931-05