预拌再生混凝土的试验研究

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(河北工业职业技术学院，河北 石家庄 050091)

引言

建筑垃圾作为再生骨料制备混凝土进行循环再利用被看作是发展绿色建材的主要措施之一。为了推动再生混凝土在建筑工程中的应用，促进建筑业的可持续发展，进行预拌再生混凝土的试验研究，选择合适的再生骨料，进行预拌再生混凝土配合比的优化设计，并深入分析预拌再生混凝土的应用性和经济性，促使再生混凝土向商品化、工业化生产的方向发展，已成为目前再生混凝土的研究热点。

1 预拌再生混凝土的概念

预拌混凝土(Ready-mixed Concrete)是将水泥、骨料、水以及根据需要掺入的外加剂、矿物掺合料等组分，按一定比例在搅拌站经计量、拌制后出售，并采用运输车在规定的时间内运至使用地点的混凝土拌合物。

再生混凝土(Recycled Concrete)是指在混凝土配制过程中掺用了再生骨料，并且再生骨料占骨料总量的质量百分比不低于30%的混凝土。

将再生骨料与水泥、其他骨料、水以及根据需要掺入的外加剂、矿物掺合料等组分，按一定比例在搅拌站经集中拌制后出售的混凝土拌合物称为预拌再生混凝土。

2 预拌再生混凝土的配合比设计

预拌再生混凝土配合比设计的任务，就是确定能获得预期性能而又经济的预拌再生混凝土各组成材料的用量。它与普通混凝土配合比设计的目的一样，即在保证结构安全的强度、耐久性的前提下，力求达到良好的工作性和经济性要求。考虑到再生骨料的特点，进行预拌再生混凝土配合比设计时应满足以下基本原则：

(1)保证预拌再生混凝土达到结构设计要求的强度等级。再生混凝土的抗压强度一般稍低于同配比的普通混凝土，为了达到设计强度等级，应调整其水胶比等关键技术指标。

(2)满足预拌再生混凝土达到结构变形和耐久性的使用要求。再生粗骨料的吸水率较高、弹性模量较低以及再生粗骨料中存在天然骨料与旧砂浆之间的界面等，均对再生混凝土的变形性能和耐久性能产生影响。在配合比设计时，必须充分考虑结构变形和耐久性的要求。

(3)满足预拌再生混凝土施工和易性和降低成本的要求。由于再生粗骨料的吸水率较高以及表面粗糙，要满足与普通混凝土同等和易性的要求，则单位体积混凝土中的水泥用量要比普通混凝土多。因此，在预拌再生混凝土配合比设计中，在满足工作性的基础上应尽可能节约水泥，以降低成本。

3 预拌再生混凝土配合比试验

3.1 试验设计

进行预拌再生混凝土配合比设计试验的基本思路是：首先对鲍罗米(Bolomey)公式进行改进，确定新的再生混凝土强度与水灰比之间的回归关系，然后根据全计算法的设计方法计算用水量和砂率等参数，根据试验确定最终的配合比。再生粗骨料考虑附加水或自由水。

试验中共考虑了3种再生骨料取代率，分别为r=100%，50%，0%，r=0%即为普通混凝土。其中100%和50%取代率的试验组考虑4种水灰比，分别为0.35、0.4、0.45和0.5，而0%取代率的试验组仅考虑水灰比为0.5。取代率为100%和50%的再生混凝土每个配合比分别制作了12个和5个试块，再生骨料取代率为0%的混凝土制作了12个试块。再生混凝土的配合比见表1。

表1 全计算法再生混凝土配合比

3.2 试验结果

28 d抗压强度试验结果见表2。

表2 抗压强度试验结果

3.3 试验结果分析

对于普通混凝土来讲，在一定的强度范围内，水灰比与普通混凝土抗压强度之间的关系近似为线性，描述该线性关系的是鲍罗米公式：

(1)

大量的文献显示，再生混凝土的水灰比与抗压强度之间呈线性关系，但线性回归系数A、B不同。将鲍罗米公式变形为：

(2)

图1给出了100%和50%取代率下再生混凝土的28 d抗压强度与水灰比之间的线性关系。

图1 再生混凝土28 d抗压强度与水灰比的线性关系

图1中，100%取代率再生混凝土的28 d抗压强度与水灰比之间的线性回归方程为：

(3)

已知：fce=45.3 MPa。100%取代率再生混凝土的回归系数为：A=0.195，B=-1.789。

采用同样的方法，求得其中50%取代率再生混凝土的水灰比和28 d抗压强度的回归方程为：

(4)

50%取代率再生混凝土的回归系数为：A=0.374，B=0.116。

由图1可以看出，100%和50%取代率再生混凝土的水灰比与28 d抗压强度之间的线性关系十分明显。所不同的是，100%取代率再生混凝土的回归系数A=0.195，要小于50%取代率的A=0.374，并且二者均小于普通混凝土配合比设计规程所建议的0.46。当然，本试验实测强度集中在30～45 MPa范围内，因此试验得出的抗压强度与水灰比的线性关系回归系数是有适用范围的。混凝土设计强度等级在C25～C40范围内可以使用该回归系数；当设计强度超出范围时，其回归系数需进一步研究。

4 预拌再生混凝土经济性对比

在配制的混凝土强度相同的前提下，将全计算法再生混凝土与传统的吸附水法再生混凝土以及普通混凝土进行价格比较。以混凝土强度等级为C30为例，其相应的配合比如表3所示。

表3 C30再生混凝土配合比对比 kg/m3

根据目前市场上的原材料价格，可近似计算得到全计算法和传统方法下C30再生混凝土造价分别为246元/m3和263元/m3，C30普通混凝土造价约为230元/m3。在相同配制强度的情况下，全计算法再生混凝土较传统方法再生混凝土更为经济，但与普通混凝土相比，其价格仍然稍高。但是，如果考虑扣除建筑垃圾清运、填埋所需费用，再生骨料的价格会比天然骨料低廉。并且随着天然骨料资源的短缺，天然骨料的价格将持续上涨，再生混凝土的经济性会越来越明显。

5 结论

通过对预拌再生混凝土的配合比设计方法进行试验研究与分析，得出以下结论：

5.1 全计算法适用于预拌再生混凝土配合比设计。预拌再生混凝土的抗压强度变异性较大，但试验所得强度标准差和变异系数均在可以接受的范围内。计算再生混凝土配制强度时，标准差取值可参照普通混凝土配合比设计规范。

5.2 在全计算法下，再生混凝土与普通混凝土类似，其28 d抗压强度随着水灰比的增加而有规律地降低，并且呈线性变化，但系数相对较低。与传统方法相比，全计算法在预拌再生混凝土强度等级为C20～C40时具有良好的经济性。

5.3 再生骨料混凝土的开发和应用，是节约能源与资源、保护人类生存环境、走可持续发展道路的重要课题。同时，再生混凝土作为一种新型的生态混凝土，为混凝土产业的发展提出了新的思路，具有广阔的应用前景。对预拌再生混凝土的试验研究，为再生混凝土的市场化和工业化生产提供合理的技术参数和依据，将促进再生混凝土的应用与发展。

参考文献：

[1] DG/T J08-2018—2007，再生混凝土应用技术规程[S].上海：上海市建设和交通委员会，2007.

[2] 张亚梅,秦鸿根,孙伟，等.再生混凝土配合比设计初探索[J].混凝土与水泥制品，2002(1)：7-9.

[3] GB/T 14902—2003，预拌混凝土[S].北京：中国标准出版社，2003.

Abstract：It is a hot point that construction waste is used to produce premixed recycled concrete in concrete application and study at present.The present paper studies the concept，mix design，test method and performance of it.It is suggested that it should be enhanced from aspects of research and application to make recycled concrete develop toward commercialization and industrial production and to bring its maximal engineering value into play.

Key words：recycled concrete；premixed concrete；all calculation method