再生混凝土配合比设计中用水量试验研究

（东莞理工学院城市学院，广东 东莞 523419）

一、前言

再生混凝土技术[1-2]是将废弃混凝土经过破碎、清洗、分级后，按一定的比例混合形成再生骨料，部分或全部代替天然骨料配制新混凝土的技术。全世界由于对再生骨料混凝土研究时间不是很长，中国由于特殊国情，对废旧混凝土的研究起步相对较晚，但近年来我国政府对建筑垃圾的循环再利用高度重视。

东莞每年产生建筑垃圾300万吨[3]。2012年调查统计数据显示，东莞地区部分拆迁公司年拆除量约150万平方米，制造建筑垃圾超过100万吨，每年产生建筑垃圾约300万吨，给东莞的城市生态环境、市容卫生管理以及交通运输带来了较大的压力。同时，东莞又是一个建筑原材料资源匮乏的城市，建材生产行业所需的沙石以及工业废渣等资源性产品日趋紧张并经常发生短缺现象。

天然骨料混凝土的性能已经十分明确，由于再生混凝土研究起步相对较晚[4-7]，因此对再生骨料进行研究对推动再生混凝土的工程应用具有实用价值。本研究通过结合东莞建筑垃圾现状，选取东莞建筑垃圾采用正交试验在再生骨料取代率及附加用水量变化情况下开展再生混凝土与天然混凝土室内对比试验研究[8]，通过测定再生混凝土工作性能坍落度和力学性能（抗压强度和劈拉强度），探索再生混凝土配合比的最优骨料取代率及附加用水量，为实际工程中利用再生混凝土提供实践参考和依据。

二、室内试验

（一）试验方案设计

再生骨料是通过简单破碎和筛分工艺制备的。再生骨料颗粒棱角多、表面粗糙、组分中还含有硬化水泥砂浆，再加上混凝土块在破碎过程中因损伤累积在内部造成大量微裂纹，导致再生骨料自身的孔隙率大、吸水率大、堆积密度小、空隙率大，因此再生骨料混凝土的用水量比普通的用水量多。配合比中，用水量过少，混凝土的和易性、流动性低、不利于搅拌和施工。用水量过多则混凝土的强度不足，易产生裂缝和破坏。

1.为了确定用水量，经过初步试验确定了以水灰比为0.43的C35混凝土为基准，在此基础上用水量增加15%、20%、25%、30%的试验对照组。

2.为寻求最适合的骨料组合充分发挥再生混凝土的力学性能，采用正交试验组合形式设置了四组骨料组合：天然粗骨料+天然砂（采用代号A表示）；天然粗骨料+再生细骨料（采用代号B表示）；再生粗骨料+天然砂（采用代号C表示）；再生粗骨料+再生细骨料（采用代号D表示）。

依照《普通混凝土力学性能试验方法》（GB/T50081—2002）规定，试验制作150mm×150mm×150mm标准立方体试件，设计坍落度是10～30mm，严格按照试验方法操作规程步骤制作好试件，拆模后在标准条件下养护28天，待测力学性能。

（二）试验材料

1.水泥：试验采用东莞市伟业水泥有限公司鸿马牌复合硅酸盐水泥，水泥技术性能指标如表1所示。

表1 水泥技术性能指标

2.水：采用一般的洁净饮用水。

3.天然骨料：普通天然粗骨料用粒径为10～30mm，细骨料用粒径为0.15～4.75mm。

4.再生骨料：采用深圳市绿发鹏程环保科技有限公司提供的由废弃建筑混凝土经过简单破碎处理和清洗粒径为10～30mm的粗骨料、粒径为0.15～4.75mm的细骨料。再生骨料颗粒均匀、品种齐全、自身透水性好、遇水不冻涨、不收缩、水稳定性好。

（三）再生骨料特性

再生骨料是由废弃混凝土制备的骨料，通过简单破碎和筛分工艺制备的再生骨料颗粒棱角多、表面粗糙、组分中还含有硬化水泥砂浆，再加上混凝土块在破碎过程中因损伤累积在内部造成大量微裂纹，导致再生骨料自身的孔隙率大、吸水率大、堆积密度小、空隙率大、压碎指标高[9]。对简单破碎获得的低品质再生骨料进行强化处理，即通过改善骨料粒形和除去再生骨料表面所附着的硬化水泥石，提高骨料的性能：强化后的再生骨料不仅性能显著提高，而且不同强度等级废混凝土制备的再生骨料性能差异也较小，有利于再生骨料的质量控制。

（四）再生骨料种类和粒径选择

再生骨料又分为卵石再生骨料和普通碎石再生骨料，在本实验中选用的是普通碎石再生骨料，其中粗骨料是建筑废弃混凝土通过简单的破碎、筛选、清洗和强化处理的粒径为10～30mm的再生粗骨料，细骨料的粒径为0.15～4.75mm的再生细骨料。

三、试验结果及分析

（一）试验结果

基准混凝土坍落度10～30mm，制作边长为150mm×150mm×150mm立方体试块，通过测定其力学性能，基准混凝土与再生混凝土试验数据见表2。

表2 基准混凝土与再生混凝土试验数据

（二）试验分析

1.通过整理表2试验数据，主要从“骨料取代率”“附加含水量”对混凝土“工作性能”“力学性能”的影响进行分析。

（1）骨料取代率对工作性能的影响

图1 骨料取代率对工作性能的影响

从图1可以看出，随着用水量的增加，各比例再生骨料取代率的混凝土的工作性能随之增大；骨料取代率为70%时再生混凝土在各附加用水量中比其余两种再生混凝土工作性能度好，但当附加用水量达到30%时混凝土和易性差，出现离析。

（2）骨料取代率对抗压强度的影响

图2 骨料取代率对抗压强度的影响

从图2可看出，在附加用水量相同情况下，骨料取代率为70%再生混凝土抗压强度比其余再生混凝土抗压强度值均大；骨料取代率30%时，再生混凝土的抗压强度呈现先降低，到附加用水量25%后抗压强度开始提高，骨料取代率30%更大含水量的抗压强度情况仍待进一步试验研究；骨料取代率为70%再生混凝土强度在附加用水量15%～20%降低，在附加用水量20%后抗压强度增大，25%后基本保持不变；骨料取代率为100%的再生混凝土抗压强度随着附加用水量的增加而增大到25%后抗压强度降低。

（3）骨料取代率对劈拉强度的影响

图3 骨料取代率对劈拉强度的影响

从图3可以看出，骨料取代率为70%的再生混凝土比其余两种取代率的再混凝土的劈裂强度都要大，并且是在附加用水量为25%时其劈裂强度出现最大值。

（4）附加含水量对工作性能的影响

图4 附加含水量对工作性能的影响

从图4可以看出，随着用水量的增加，各再生骨料取代率的混凝土的工作性能随之增大，且各附加含水量情况都在组合C骨料取代率70%的再生粗骨料中出现最大值。

（5）附加含水量对抗压强度的影响

图5 附加含水量对抗压强度的影响

从图5中可以看出，附加用水量对抗压强度的影响效果各不相同，组合A抗压强度随着用水量的增加而降低，骨料组合B、C、D的抗压强度最大值分别对应的附加用水量为30%、15%、25%。

（6）附加含水量对劈拉强度的影响

图6 附加含水量对劈拉强度的影响

从图6中可以看出，附加用水量对劈拉强度的混凝土的影响效果各不相同，A、B组附加用水量为15%时劈拉强度大，C、D组附加用水量为25%时劈拉强度大。

2.将表2试验数据，针对再生骨料取代试验方案B、C、D与无再生骨料取代试验方案A进行比较，分析数据如表3。

表3 再生骨料取代与无再生骨料取代试验方案下数据比较分析

整理表3分析数据，将有骨料取代与无骨料取代情况进行对比比较，分析其工作性能、强度方面变化的情况。

（1）有骨料取代对工作性能的影响

图7 有再生骨料取代对工作性能的影响

从图7中可以看出，与天然骨料配合比混凝土相比较，取代率为70%的再生混凝土的工作从性能更好，取代率为30%的再生混凝土在附加用水量20%～25%间某一点与天然骨料坍落度差值出现正值，取代率100%的坍落度差值均为负值表明再生混凝土工作性能都较差。

（2）有骨料取代对抗压强度的影响

图8 有骨料取代对抗压强度的影响

从图8中可以看出，骨料取代率为70%的再生混凝土在各附加用水量的情况下比天然骨料配合比的混凝土抗压强度都大，骨料取代率30%和100%的再生混凝土在达到附加用水量为25%～30%间的附加用水量后比天然骨料配合比混凝土抗压强度大。

（3）有骨料取代对劈拉强度的影响

图9 有骨料取代对劈拉强度的影响

从图9中可以看出，骨料取代率70%的再生混凝土劈拉强度高于其余两种，且在附加用水量25%～30%间出现比无天然骨料配合比混凝土的劈拉强度高。

四、结束语

通过选取东莞建筑垃圾采用正交试验在再生骨料取代率及附加用水量变化情况下开展对比试验研究，通过整理测定的数据从骨料取代率、附加含水量对混凝土工作性能、力学性能的影响进行分析，结果表明：再生骨料的组合方式对再生混凝土的强度有着决定性的影响；粗骨料取代率为70%时再生混凝土的抗压强度与天然骨料普通混凝土最接近，且在附加用水量在25%工作性能最优；对于骨料取代率为30%和100%的再生混凝土工作性能分别在附加用水量增加到25%和30%时才具有较好的流动性，而骨料取代率为70%的再生混凝土工作性能在附加用水量增加到15%就呈现较好的流动性。

研究成果可为再生混凝土相关标准的制定提供参考建议，今后可对增加配合比数量进行更深入探究，获取更加精确的数据，建立严谨的数学模型，以更准确地确定影响再生混凝土的特性的因素。再生混凝土目前较多考虑在道路铺装等承担次要作用的结构或构造物中应用，希望进一步提高理论研究水平，逐步将再生混凝土广泛应用于绿色建筑，尤其是装配式建筑上。