再生细骨料取代率对混凝土工作性的影响

再生细骨料取代率对混凝土工作性的影响

彭春元1，余斌2，陈访国3，黄冲1，张小鹏1，区淑燕2，毛山红3

(1．广州大学土木工程学院，广州 510006；2.广州穗业混凝土有限公司，广州 511483；

3.广东省预拌混凝土行业协会，广州 510180)

摘要：以不同流动性的混凝土再生细骨料取代率为变化因素，对混凝土初始坍落度、1 h坍落度、快速工作度以及28 d抗压强度进行了测试。研究表明，不同流动性的再生混凝土再生细骨料总比例在30%～40%左右变化时，对混凝土工作性影响不大，再生混凝土的强度甚至高于基准混凝土；在保持再生混凝土配合比其他掺量不变条件下，再生细骨料对坍落度要求较高的混凝土适应性较好，最高取代率为30%。通过快速工作度测定方法建立了混凝土快速工作度与坍落度之间的关系，为快速推算混凝土坍落度并实时监控混凝土施工状态提供参考。

关键词：再生细骨料；取代率；坍落度；快速工作度

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.04.002

Abstract:The initial concrete slump, 1 h slump , fast workability and 28 day compressive strength were tested, respectively on the substitution rate of the recycled fine aggregate with the different mobility of concrete. The research showed that the influence on the workability of concrete was little, recycled concrete strength even higher than that of the reference concrete,at the recycled aggregate proportion in the change of 30%~40%. In the condition of the constant concrete mixture proportion keeping other content of the recycled concrete, it was more suitable for the fine aggregate to the concrete with higher slump，the highest substitution rate of 30%. Through the method of fast workability determination, the relationship between the concrete fast workability and slump was established .It was provided for the rapid calculation of concrete slump and monitoring the concrete construction in real-time.

收稿日期：2015-06-02.

基金项目：广州市2014年科技慧民专项(2014Y2-00190).

作者简介：彭春元(1966-)，副研究员，硕士.E-mail:pcy2@163.com

Effects on Substitution Rate of Recycled Fine

Aggregate to Concrete Workability

PENGChun-yuan1,YUBin2,CHENFang-guo3,HUANGChong1,ZHANGXiao-peng1,

OUShu-yan2,MAOShan-hong3

(1.School of Civil Engineering,Guangzhou University,Guangzhou 510006,China;

2.Guangzhou Suiye Concrete Limited,Guangzhou 511483,China;3. Guangdong

Province Prestir concrete Association,Guangzhou 510180,China)

Key words:recycled fine aggregate;substitution rate;slump;fast workability

天然砂石是一种短时间内不可再生的资源，随着基本建设的日益发展、环保和可持续性发展政策的逐步落实，我国不少地区出现天然砂资源日渐短缺的情况，尤其是经济发达地区可供开采的砂石资源十分有限，在用砂高峰时砂的价格偏高，甚至没有天然砂提供[1]。另外城镇化建设的迅猛发展，许多大型工程在进行建设的过程中，伴随着许多混凝土废弃物的产生。与此同时，预拌混凝土在生产和使用中产生大量的混凝土废弃物也已成为当前绿色混凝土生产亟待解决的问题。面对砂、石紧缺及日益严重的废弃混凝土堆积问题，许多专家学者认为将废弃混凝土回收利用，制作成再生骨料既解决了环境污染问题, 又节省了天然骨料, 而且还可以减少废旧混凝土对环境的污染。国内研究混凝土中单掺再生粗骨料从而生产再生混凝土的技术较多，而对再生细骨料的研究多偏重于砂浆,应用于混凝土的研究则较少,该文旨在探讨混凝土中再生细骨料的最佳配比，并利用快速工作度测定仪评估再生混凝土工作性,对及时掌握新拌混凝土的当前状态，有效解决混凝土工作性的现场快速检测技术难题具有参考价值。

1试验

1.1　原材料

1)水泥：PⅡ42.5R

2)矿物掺合料：S95级矿渣粉与Ⅱ级粉煤灰

3)减水剂：聚羧酸减水剂。

4)骨料。

由于该项目是以高效细碎机为主机设备的废弃混凝土处置利用生产线作为技术支撑，该设备系统生产流程的终端产品主要为10～20 mm再生粗骨料、5～10 mm再生粗骨料和0～5 mm再生细骨料，其中0～5 mm再生细骨料产出率接近75%。为了最大限度的使用再生骨料，文中在混凝土配合比设计中以50%的再生粗骨料替代率为前提，重点研究0～5 mm再生细骨料替代率对基准混凝土的影响。

1)粗骨料： 5～10 mm、5～20 mm连续粒级天然碎石和该项目所研制的5～10 mm、10～20 mm再生粗骨料，技术指标见表1。

表1　粗骨料技术指标

由表1可知，5～10 mm再生粗骨料针片状含量和微粉含量均比天然河砂低。因此配制再生混凝土时，5～10 mm天然粗骨料将全部由5～10 mm再生粗骨料替代。

2)细骨料：天然河砂和该项目所研制再生细骨料粗细程度均为中等细度，颗粒级配均属2级级配区。其它技术指标见表2。

表2　天然黄砂、再生细骨料相关性能指标

简单破碎的再生细骨料颗粒棱角多，表面粗糙，且含有较多的微裂缝，导致再生细骨料的吸水率大、堆积密度和密实密度小[2]。由表2可知，该项目研制的再生细骨料与天然河砂相比虽然符合上述情况，但对比《混凝土和砂浆用再生细骨料》GB/T 25176—2011标准可知，再生细骨料表观密度、堆积密度，空隙率、需水量比、胶砂强度比均符合Ⅰ类或Ⅱ类再生细骨料的要求。因此可以尝试使用该项目所研制的再生细骨料替代部分河砂配制混凝土。

1.2　方法

混凝土的初始坍落度、1 h坍落度、28 d抗压强度的测试方法参考国家标准：《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T 50080—2002)和《普通混凝土力学性能试验方法》(GB/T 50081—2002)。快速工作度是利用HGK260混凝土工作度快速测定仪进行混凝土粘稠度(文中统称为快速工作度)的测定。其方法是通过分析混凝土的粘稠度实现对新拌混凝土工作性能指标的快速测定，即将扭矩传感器探头转动时受到不同粘稠度的混凝土的阻力，经过一定程序的转换而得到混凝土的坍落度。因此，该仪器所使用的测量方法与混凝土坍落度相关性良好，它们在本质上的原理都是一样的。图1为快速工作度测试照片。图2为配制混凝土及工作性试验流程。

2再生细骨料取代率对混凝土工作性的影响

根据《混凝土结构工程施工质量与验收规范》(GB 50204—2002)关于选用坍落度的规定，干施工坍落度要求为70～100 mm，水下灌注坍落度要求为160～220 mm[3]。因此流动性混凝土的坍落度一般在100～150 mm之间，而搅拌站生产的混凝土坍落度多数在150 mm左右；大流动性混凝土坍落度一般大于160 mm；水下灌注桩等用的流态混凝土坍落度一般在200～220 mm。按《混凝土质量控制标准》(GB 50164—2011)要求，混凝土拌合物应在满足施工要求的前提下，尽可能采用较小的坍落度；泵送混凝土拌合物坍落度设计值不宜大于180 mm。混凝土拌合物的坍落度经时损失不应影响混凝土的正常施工，泵送混凝土拌合物的坍落度经时损失不宜大于30 mm/h[4]。因此该文设计了三种坍落度(150 mm、180 mm和210 mm±30 mm)的C30强度等级的混凝土配合比，以满足不同工程的施工要求。其中再生细骨料取代率是指再生细骨料占细骨料总量的百分率；再生骨料占比是指再生碎石和再生砂占所有骨料总量的百分比。

2.1　再生细骨料取代率对流动性混凝土的影响

由图3可以看出，对于流动性混凝土，以5%的再生细骨料取代天然黄砂后，混凝土各方面基本性能都能满足设计要求，当再生细骨料取代率超过5%以后，混凝土的初始坍落度、1 h坍落度、快速工作度都存在随再生细骨料取代率增大而逐渐减小的趋势，这与前述分析的再生细骨料的需水量比相对较高有关。因此在混凝土配合比中当其他掺量因素保持不变，不断提高再生细骨料的掺量会使得混凝土流动性明显下降，坍落度、快速工作度随之而减小。

2.2　再生细骨料取代率对大流动性混凝土的影响

由图4中可以看出，针对大流动性混凝土，随再生细砂取代率增大，混凝土的初始坍落度、1 h坍落度、快速工作度的变化趋势类似流动性混凝土，但再生细砂的最佳取代率比流动性混凝土高出10个百分点，即取代率超过15%以后，混凝土的工作性呈下降趋势。

2.3　再生细骨料取代率对流态混凝土的影响

由图5分析可知，流态混凝土的再生细骨料的最佳取代率较前述两类混凝土都有所提高。即取代率超过30%以后，混凝土的工作性才开始呈下降趋势。说明再生细骨料对坍落度要求较高的混凝土适应性较好，掺量可以适当提高。

3混凝土坍落度与快速工作度的关系研究

表3　基准混凝土与再生混凝土配合比及性能试验结果

注:1)每组基准混凝土配比需额外加入5～10 mm天然粗骨料300 kg。2)配制再生混凝土时，5～10 mm天然粗骨料将全部由5～10 mm再生粗骨料替代，同时以再生粗骨料总替代率50%为前提，额外加入10～20 mm再生粗骨料。

表3是满足混凝土工作性和强度要求的基准混凝土与再生混凝土配和比，从中可以看出，三种不同流动性的混凝土配合比中，水胶比、砂率、胶凝材料总量变化并不大，但随着流动性的增大，外加剂掺量有所增加，水泥用量逐渐减少，而掺合料总量和再生骨料占比逐步提高，尤其是再生细骨料的最佳取代率提高幅度较大，由5%提高到30%。由于对三种不同流动性再生混凝土中掺量最多的粗骨料均采取了5～10 mm再生粗骨料全部替代5～10 mm天然粗骨料，并掺入10～20 mm再生粗骨料，使再生粗骨料总替代率为50%的配制措施，导致尽管再生细骨料最佳取代率变化幅度较大，但再生骨料占比变化范围并不大，约在30%～40%之间，此数量范围已达到国家对企业资源综合利用的免除产品增值税的要求，因此对预拌混凝土生产企业具有一定的实用价值。

值得注意的是，针对同样水胶比的混凝土，上述再生混凝土的强度均高于基准混凝土。这是由于再生细骨料含有大量微粉(主要成分：水泥石、石粉和部分水化的胶凝材料)，其吸水率高于天然细骨料，使得高品质再生细骨料混凝土的有效水胶比有所降低，从而提高混凝土强度。另外，微粉中部分水化的胶凝材料还具有一定的水化活性，也有利于混凝土强度的发挥[5]

图6为表3所列出的各组混凝土快速工作度与初始坍落度之间的关系曲线。从中可以看出，混凝土快速工作度随着初始坍落度的增大而增大，它们之间呈线性关系。二者的线性关系式为

y=1.061 2x + 10.965

由于混凝土工作度快速测定仪测定混凝土快速工作度的方法是通过分析混凝土的粘稠度实现对新拌混凝土工作性能指标的测定，它把扭矩传感器探头转动时因受到不同粘稠度的混凝土的阻力，经过一定程序的转换而得到混凝土的坍落度。因此，该仪器所使用的测量方法与混凝土坍落度相关性良好，它们在本质上的原理都是一样的，但从实验结果看，对于坍落度为150～210 mm的混凝土，其快速工作度比坍落度普遍高出20 mm左右。

4结论

a.当混凝土配合比中其他掺量因素保持不变，不断提高再生细骨料的掺量对再生骨料占比影响不大，约在30%～40%之间。但针对同样水胶比的混凝土，再生混凝土的强度均高于基准混凝土。

b.针对流动性、大流动性和流态混凝土，随着坍落度的提高，再生细骨料最佳取代率可从5%增大到30%，再生细骨料对坍落度要求较高的混凝土适应性较好，掺量可以适当提高。

c.混凝土快速工作度随着初始坍落度的增大而增大，它们之间具有良好的线性关系。但对于坍落度为150～210 mm的混凝土，其快速工作度比坍落度普遍高出20 mm左右。

d.利用混凝土工作度快速测定仪测定快速工作度的方法，能够推算出当前混凝土的坍落度，为再生骨料混凝土的应用提供了有效工作性检测手段。

参考文献

[1]陈家珑,方源兴.我国混凝土骨料的现状与问题[J].建筑技术，2005, 36(1)：23-25.

[2]李秋义，李云霞，朱崇绩.颗粒整形对再生细骨料性能的影响[J].新型建筑材料，2006(1)：17-19.

[3]新版建筑工程质量验收规范汇编[M].北京:中国建筑工业出版社，2002.

[4]GB50164—2011，混凝土质量控制标准[S].

[5]李志刚， 张健， 李秋义，等.再生骨料和矿物掺合料对再生混凝土强度的影响[J].低温建筑技术，2009(11)：1-4.