再生骨料和再生混凝土配合比设计

　　伴随着城市化的进程，废弃混凝土作为城市这个综合生命体的“代谢产物”,其产生量也迅速增加，如何对废弃混凝土进行“再生资源化利用”,用再生骨料来替代天然骨料，并进行有效利用，既可以减少混凝土工程对天然砂、石的依赖，又保护了生态环境，是未来发展的趋势，也是城市发展的必然要求[1~5].然而再生骨料与天然骨料在性能上存在显著差异，所以在进行配合比设计时，除参考普通混凝土配合比设计的影响因素外，还需要考虑再生骨料的吸水性、表观密度和替代率等其它因素影响，为此课题组针对再生骨料和再生混凝土进行了相应研究。
　　
　　1再生粗骨料的特性

　　（1）再生骨料表观密度和堆积密度。再生骨料来源较复杂，同天然砂石相比，其表面还包裹着相当数量的水泥砂浆等，其表面粗糙、棱角较多，骨料表面粘附着不少水泥砂浆，其孔隙率大、吸水率也高，再加上混凝土块在加工、破碎、解体过程中，会形成一定损伤，因此再生骨料内部存在着大量的微裂纹，从而导致再生骨料的表观密度比普通骨料低，吸水率高和吸水迅速等特点，单纯的再生骨料其级配不如天然骨料，因此其堆积密度也较小。课题组在浦东随机抽取了天然骨料和再生骨料生产企业的粗骨料（编号为A、B、C、D、E、F、G、H,再生粗骨料取代率为60%）各八次经试验结果如表1所示。显示再生骨料的堆积密度为天然骨料的96%,堆积密度的89%.

　　（2）粗糙程度。再生骨料比天然骨料粗糙，在加工过程中，部分石子，因受力而沿着裂纹开裂，产生了新的粗燥面，棱角效应明显增加，同时通过破碎、筛分，原有骨料中的软质颗粒、不良砂浆面会被重新整形，增加了粗糙程度、增强了棱角效应，改善了粒形，并通过一系列的加工，再生骨料的性能得到了相应优化，使再生粗骨料可以满足配制混凝土的要求。

　　（3）压碎指标。再生粗骨料的压碎指标是衡量其在逐渐增加荷载情况下抵抗压碎的能力，压碎指标值越小，证明其坚固性能越好，而再生粗骨料的压碎指标值高于天然骨料，因而再生粗骨料的坚固性明显低于天然骨料，从实验数据看，再生粗骨料压碎指标值平均为13.88%,远大于天然骨料的2.46%,主要原因是再生粗骨料表面水泥砂浆含量较高，导致其容易破碎。《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》对的混凝土要求，C40~C60粗骨料的压碎指标，从实验数据看不能满足要求，因此对一般再生粗骨料的应用范围应予以限制，即C40.但可以满足C35混凝土对粗骨料的要求（压碎指标16%），因此再生粗骨料一般可用于C35混凝土中。

　　（4）含泥量。再从表1可以看出，经过加工，再生粗骨料的平均含泥量2.22%,和天然骨料的含泥量2.46%相当，《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》中对C55~C30中粗骨料的含泥量1%,因此再生粗骨料在用于混凝土中时，可进行适当清洗除泥。

　　（5）工作性能。在未考虑再生骨料吸水特性情况下拌制的再生混凝土，其流动性小，坍落度较普通混凝土小，粘聚性和保水性较普通混凝土好；如果对再生粗骨料的吸水特性予以考虑，增加附加用水，再生混凝土可以达到与普通混凝土相似的流动性和坍落度，其粘聚性和保水性较普通混凝土好。

　　2配合比设计设计的有关问题

　　2.1强度计算

　　混凝土强度等级不大于C60等级时，混凝土水胶比宜按下式计算[6]:

　　式中，αa、αb为回归系数；fb为胶凝材料（水泥与矿物掺合料按使用比例混合）28d胶砂强度，MPa;试验方法应按现行国家标准B/T17671《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》执行。

　　2.2配合比计算

　　再生混凝土应采用体积法进行配合比计算，不宜采用质量法，这主要基于不同等级、不同取代率的再生粗骨料配制的再生混凝土，其干表观密度可在较大范围内变动考虑的。

　　2.3附加用水问题

　　再生混凝土不能机械地套用普通混凝土配合比的设计方法，应考虑再生粗骨料吸水率比较大的问题[7],可对再生粗骨料进行预湿处理，保证再生混凝土良好的工作性能。预湿处理用水量ΔW,可按ΔW=5%mRCA,也可根据再生骨料的具体情况通过试验确定。（mRCA为再生骨料的质量，kg），从实验数据看粗骨料采用预湿处理的再生混凝土获得比较高的强度和良好的工作性能（采用预湿处理的F组粗骨料60分钟坍落度达到75mm,28d强度达到36.31MPa）。

　　2.4微粉含量

　　微粉含量是指再生骨料中粒径小于75的组分。

　　在再生骨料生产过程中不可避免的产生，是再生骨料生产的副产品。再生骨料的微粉含量的高低很大程度上影响再生骨料的堆积密度，含泥量，吸水率。随着微粉含量的增加，比表面积增加，吸水、蓄水作用增加，对混凝土的工作性能有很大影响，进而对混凝土的硬化性能产生影响。

　　2.4.1同等用水量情况下，微粉含量对再生混凝土性能的影响

　　（1）工作性能。同等用水量的实验可看出，微粉含量多对于混凝土工作性能是不利的，主要原因是微粉的比表面积大，吸水、蓄水能力强，使得拌合水量降低，而不能达到要求的工作性能，因此加入微粉的同时，要采取相应措施，如加入减水剂或增加用水量等来保证混凝土的流动性、粘聚性和保水性，见图1.

　　（2）强度。实验数据显示，用再生粗骨料配制的混凝土强度较基准混凝土高，在混凝土拌制过程中，增加微粉含量，再生混凝土的强度有小幅度增大。主要是因为由于微粉的蓄水效应，导致混凝土有效水灰比降低，在一定程度上增大了再生混凝土的强度。

　　2.4.2保持同等坍落度情况下，微粉含量对再生混凝土的影响

　　同等坍落度实验发现混凝土早期强度没有十分显著的变化趋势，后期强度明显下降见图2.因而对于后期强度，再生骨料中微粉的颗粒尺寸较大，不能够起到微集料效应，去填充混凝土中的孔隙。但在不能起到积极作用的同时，微粉影响了混凝土的流动性能，也就影响了混凝土的密实性。从数据看，少量微粉对强度没有不利影响，但随着微粉含量的增加，大量微粉吸附的水分会蒸发形成毛细孔洞，这些对强度都会产生不利影响，同时对工作性能产生严重不利影响，因此要对再生混凝土的微粉含量应进行控制，保证在合理范围内，以保证再生混凝土的质量。
　　
　　2.5粉煤灰的掺量

　　为找出粉煤灰掺量对再生混凝土的影响，课题组进行了相应实验，分别用10%~30%的粉煤灰取代等量水泥，采用相同的水胶比，再生粗骨料的取代率为60%,细集料采用河砂。

　　从图3看，当粉煤灰取代率为0时（1#试样），新拌混凝土的坍落度为67mm粘聚性和保水性较好，30%的水泥用粉煤灰取代（6#试样），流动性方面，新拌混凝土的坍落度达到89mm,粘聚性和保水性与粉煤灰取代率为0时（1#试样）相差不大，粉煤灰取代率与坍落度的提高基本呈线性关系。因此，在混凝土的配合比设计中，用等量的粉煤灰取代水泥，可明显改善再生混凝土的流动性，得到相似的坍落度值，而粘聚性和保水性不会受太大的影响。但同时必须注意，粉煤灰的取代量过高会使混凝土早期强度大幅下降，因此对粉煤灰的掺量必须要严格加以控制。

　　3再生混凝土的特性

　　（1）再生混凝土施工过程中的泵送与浇捣性能良好，施工工艺与普通混凝土基本相同。

　　（2）再生混凝土28d强度可达设计要求，但稳定性稍差。需在生产和施工环节注意。课题组经实验，显示用再生粗骨料30%,70%和100%取代天然骨料，再生混凝土的强度均低于普通混凝土。即使对再生粗骨料附加吸水特性进行考虑，其强度仍低于普通混凝土，且随着再生粗骨料取代率的提高，其配制的再生混凝土强度降低越多，变异越大。通过多组实验显示，未考虑再生粗骨料吸水特性时，再生混凝土比普通混凝土强度降低约10%~15%;考虑再生粗骨料的附加吸水特性时，再生混凝土的强度降低20%~25%,但其降低程度随水灰比的增大而减小。

　　3）再生混凝土收缩较大，徐变增大。再生粗骨料表面较普通骨料粗糙、棱角也多，再生粗骨料的组成中，包含着不少已经硬化的水泥浆体，浆体的孔隙率较其它部分要大，因此浆体本身的吸水率大，且在加工过程中，不可避免受到冲击，而形成不规则的裂纹，因此与天然骨料相比，再生粗骨料的吸水速度要快、吸水率大。空隙率大、吸水多的骨料，必然在干燥失水后，其干缩性增大，会增加混凝土的徐变。

　　（4）耐久性及抗渗性能：再生混凝土的耐久性能如表2所示。从表2可以看出，随着取代率的增加，再生混凝土的抗碳化能力较普通混凝土大。目前实验室的数据初步显示再生混凝土的耐久性能较普通混凝土差，但是从工程实践角度尚需要进一步证实。

　　4结语

　　（1）再生粗骨料来源的多样性，决定了再生粗骨料性能的不稳定性。实验结果也显示，再生骨料性能呈现比天然骨料较大的变异性和离散性，因此在配制再生混凝土的过程中，必须再生粗骨料的质量予以严格控制，以减少质量的离散型，保证再生粗骨料的质量，从而确保再生混凝土的质量的稳定性。

　　（2）从总体来看，再生粗骨料完全可以用于C35及以下强度等级的混凝土，其制备的混凝土可完全满足要求。用部分再生粗骨料和部分天然粗骨料混合的方法，来配制混凝土，混凝土的工作性能和强度等，完全可以达到天然骨料所配制的混凝土。

　　（3）用再生粗骨料配制混凝土，其配合比设计，与普通混凝土配合比设计的方法类似。因再生粗骨料具有较大的吸水率，表面水泥砂浆含量较高，在配制时，可用附加用水的方法加以解决，同时再生混凝土生产中可加入适量微粉、粉煤灰等，并采取相应措施，严格控制，可使再生混凝土的流动性、粘聚性、保水性满足施工要求，其强度同时满足设计文件要求。

　　参考文献：
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　　[2]杜婷。建筑垃圾再生骨料混凝土性能及强化试验研究[D].武汉：华中科技大学，2001.
　　[3]李惠强，杜婷，吴贤国。建筑垃圾资源化循环再生骨料混凝土研究[J].华中科技大学学报，2001,29（6）：83-84.
　　[4]马嵘，姚民乐，詹锋。论再生混凝土在生态建筑中的意义[J].嘉兴学院学报，2003,15（6）：20-22.
　　[5]柯国军，张育霖，贺涛，等。再生混凝土的实用性研究[J].混凝土，2002,150（4）：47-48.
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　　[7]水中和，邱晨，赵正齐，等。再生混凝土骨料含水状态与新拌混凝土的性能[J].国外建设科技，2003,160（2）：29-31.