摘要：利用济南地铁线废旧试块生产再生粗骨料，使用机械研磨法及加热法进行再生骨料的优化；参照《混凝土外加剂》GB8076及《普通混 凝土配合比设计规程》JGJ55，进行配比设计，配制再生混凝土，研究再生粗骨料吸水率、坍落度、水胶比对再生混凝土强度的影响。
关键词：再生粗骨料 有效水胶比 水胶比 再生混凝土 抗压强度
1 引言
再生粗骨料来自于废弃混凝土破碎、分离、筛分，其主要应用于基层、底基层。再生粗骨料部分或全部取代天然骨料制成的混凝土称为再生 混凝土[1]，再生混凝土的制备及其性能的研究进展，拓宽了再生粗骨料的回收利用空间，使其更具有循环型经济价值。再生混凝土的开发 利用一方面可以解决建筑垃圾问题，一方面节约天然砂石料资源，具有显著的可循环经济效益。符合习近平总书记“绿水青山就是金山银山 ”的重要思想，符合十九大精神，符合发展循环经济、建设资源节约型和环境友好型社会的理念。
自2015年以来，受济南地铁轻轨线委托，铁正检测中心承担其部分试验检测工作，期间产生大量的废弃混凝土试块，一方面构成周边环境压 力，一方面增加试验室垃圾处理成本。本试验以经过抗压后的济南地铁线混凝土试块为原材，制备再生粗骨料，并对其进行优化处理。
由于再生粗骨料加工工艺都不能完全去除其表面的旧砂浆，因此造成再生混凝土与普通混凝土配制上及性能上的差异。目前国内外的研究， 针对再生混凝土配合比设计尚未有统一实用的方法，对再生混凝土配合比设计更多的是在普通配比基础上进行修正[1-2]。混凝土是按一定 比例混合的材料整体，减少材料差异，有利于试验结论的准确性。GB8076-2008《混凝土外加剂》对进行外加剂检测用的水泥、砂、碎石、 水均有明 确的标准要求，本试验以GB8076-2008基准混凝土为设计理念，制备符合GB8076-2008要求的再生粗骨料，进行再生基准混 凝土配制，研究水胶比、坍落度、再生粗骨料吸水率，对再生混凝土强度的影响。
2再生粗骨料的制备
2.1来源
济南地铁R1、R2线C20-C45强度级别150mm×150mm×150mm、100mm×100mm×100mm立方体抗压试块。
2.2机械制备
将经过抗压试验后的试块，先用铁锤对其进行破碎，分离出其他杂物，再用小锤对其进行二次破碎。过4.75mm筛，筛除小于4.75mm筛的碎石 屑、石粉。
2.3采用机械研磨进行再生粗骨料的物理强化
将2.2制备的再生骨料放入强制式混凝土搅拌机中搅拌8min，通过摩擦去除再生粗骨料表面包裹的旧水泥砂浆和小石屑，搅拌结束后过筛[3] 。试验过 程中粉尘污染较大，选择加少量水搅拌。
2.4加热法对再生粗骨料进行改性强化
将2.3中制备的骨料，过37.5mm筛并洗净，使其最大粒径不超过40mm[3]，将其烘箱加热到300℃、恒温60min[4]，再放入强制式混凝土搅拌 机中搅拌30min，水洗过筛得到单级配5-10mm，10-20mm。
文献表明加热法、机械研磨强化法均对再生粗骨料的力学性能有提高[3,4]，本试验采用加热法与机械性能相结合的方法进行再生粗骨料强 化。所制备再生粗骨料（见图1、图2），与外加剂专用基准碎石相比较，经过机械结合高温强化后的再生骨料，颗粒更加圆润，棱角较少针 片状颗粒含量较基准碎石低。
图1 优化后5-10mm再生粗骨料
图2 优化后10-20mm再生粗骨料
2.5再生粗骨料性能指标
依据GB8076-2008将所购置骨料及再生骨料分别进行掺配，其中5mm-10mm占40%，10mm-20mm占60%，组成连续级配粒径5-20mm，根据 GB/T14685-2011《建设用砂石、卵石》及GB/T25177-2010《混凝土用再生粗骨料》分别测试骨料物理基本性能，见表1。
表1 粗骨料物理指标
参照GB/T25177-2010《混凝土用再生粗骨料》，由表1数据所示，所制备再生粗骨料符合Ⅰ类标准。
3原材料
（1）外加剂专用基准水泥P.Ⅰ42.5型硅酸盐水泥、专用砂、专用碎石购自中国建筑材料科学研究总院水泥科学与新型建筑材料研究院。
（2）已制备的再生粗骨料。
4再生粗骨料吸水率的影响
再生粗骨料表面粗糙、孔隙大、吸水率高，已有诸多研究表明，进行再生粗骨料混凝土设计时，要充分考虑再生粗骨料吸水率的影响，且在 配比设计时建议将再生粗骨料进行预浸水，或是根据试验调整水胶比[5]。张学兵等[6]将再生混凝土的水灰比称为“有效水灰比”，指总用 水量除去再生骨料吸水后剩余的水与水泥的比值，对再生混凝土强度起影响作用的主要是这部分水。参照JGJ55及GB8076高性能外加剂检测 用基准配比设计，水泥360kg/m3，砂率45%，坍落度210±10mm，采用100%再生粗骨料取代率，其中5-10mm占40%，10-20mm占60%。
表2 再生粗骨料吸水率
4.1额外加水量条件下再生混凝土
表3 不同粗骨料吸水率下再生混凝土配合比
注：配比设计采用质量法，设计容重2400kg/m3
表3所示配比，出锅后均出现泌水现象，坍落度均＞200mm，其中X-1号，和易性最好。放置1h后，X-1号、X-2号坍损最小。由表3所示配比 ，混凝土泌水均源自过量用水。其中X-1、X-2号配比加水量较少，和易性要好于其它配比。X-3、X-4、X-5泌水严重。试验结果说明，单纯 利用再生粗骨料吸水率，计算再生混凝土所用水量，不具备科学意义。应该通过微观试验，进一步考察再生粗骨料吸水率与再生混凝土配 比设计用水量之间的数据关系，提出相应的数学公式。
4.2自由水灰比条件下配制再生混凝土
以外加剂专用基准混凝土为对比，通过自由调节用水量，制备相同坍落度条件下的再生混凝土，所用到的配比如表4表5所示，混凝土拌合 物坍落度测定方法采用GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法》；混凝土力学性能测定采用GB/T50081-2002《普通混凝土力学 性能试验方法》，抗压试验采用100mm×100mm×100mm立方体试块，试块在标准条件下养护1d、3d、7d、28d，测其抗压强度，结果如图3至 7所示。
表4 外加剂检测用基准混凝土配合比设计
注：配比设计采用质量法，设计容重2400kg/m3
表5 再生混凝土配合比设计
注：配比设计采用质量法，设计容重2400kg/m3
由表4、表5所示，基准混凝土与再生混凝土设计，主要区别在于用水量上，保证两者坍落度相同的情况下，再生混凝土用水量要高于基准 混凝土。相同坍落度的试块，经标准养护后，所得抗压强度曲线如图3至图5所示。除坍落度180mm情况下，再生混凝土试块强度明显低于基 准混凝土试块强度外，其余坍落度下，两者强度差不明显。
这与已有的研究[7,8]有出入，研究普遍认为再生混凝土强度均低于普通混凝土强度。张学兵的博士论文[9]指出，在水胶比控制在 0.45±0.05时为最适应水胶比，此时混凝土工作性能最好，高于此水胶比则混凝土强度急剧下降。由于对于再生混凝土配制，尚无明确统一 的规范，故每一试验结论的应用都有条件限制，不能将其结果应用到各类试验中去。本试验里所有水胶比均已超过0.65，且当坍落度＞ 200mm后，并无确切数据证明再生混凝土强度低于基准。由于试验条件限制，并未进行耐久性试验，且所制备混凝土试件组数偏少，故也不 能确定试验结果具有普遍代表性。
图6图7显示结果，与已有研究结果相同[1,7,8,9]，随水胶比的增大，再生混凝土抗压强度呈现递减趋势，水胶比对再生混凝土的影响与基 准混凝土类似，均是水胶比增大，混凝土试块抗压强度降低。
5结论
图3 坍落度180mm下基准与再生混凝土试块抗压强度比较
图4 坍落度200mm下基准与再生混凝土试块抗压强度比较
图5 坍落度220mm下基准与再生混凝土试块抗压强度比较
图6 不同水胶比下基准混凝土抗压强度变化趋势
图7 不同水胶比下再生混凝土抗压强度变化趋势
⑴再生粗骨料经机械研磨-加热-再机械研磨的强化处理后，制备的再生粗骨料可以达到GB/T25177-2010《混凝土用再生粗骨料》Ⅰ类标准。 由于加工过程中粉尘污染较重，本试验采用加水搅拌后筛除超粒径颗粒，再进行高温试验。
⑵再生粗骨料的高吸水率特性，使得“有效水胶比”概念在再生混凝土配合比设计中显得尤为关键。现有的试验仅仅证明，单纯采用再生粗 骨料吸水率计算额外加水量，并不能制备和易性较好的混凝土，而对再生粗骨料吸水率、有效水胶比、混凝土强度等之间的数学关系，缺少 试验过程设计，未能提出有效的数学关系公式。
⑶随养护龄期的增加，再生混凝土强度增大，相比较同等坍落度条件下，再生混凝土强度并未表现出明显降低。考虑试验组数偏少，不能确 定试验结果具有普遍代表性。
6展望
⑴配合比是综合体系，影响因素由内至外，本文仅考虑了用水量对再生混凝土的影响，且是再生粗骨料100%掺量的情况，而且试验采用的水 泥为外加剂专用基准水泥P.I42.5型水泥，基于P.I型水泥组分仅有熟料及石膏的特性，虽然使所得配比没有高炉矿渣、粉煤灰、石灰等因素 影响，但也使得结论不具有广泛应用性。下一步试验可以选择不同种类的配比原材料，选用不同再生粗骨料取代率，进行再生混凝土性能研 究。
⑵再生粗骨料制备再生混凝土，目前尚未有统一的规范化文件指导混凝土设计，但是再生骨料的循环利用，再生混凝土的制备是不可忽略的 课题，对于再生混凝土配合比的设计进行试验研究和探索，都将为日后建成的规范化再生混凝土配合比设计体系，提供数据支持。
参考文献
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[9]张学兵.再生混凝土改性及配合比设计研究.湖南大学博士论文.2015年5月
作者简介
耿靖玮（1985—），工程师，材料。
论文作者:耿靖玮
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/9/10
标签：骨料论文; 混凝土论文; 吸水率论文; 基准论文; 抗压强度论文; 强度论文; 坍落度论文; 《基层建设》2018年第20期论文;