再生粗骨料混凝土性能分析

邱茂生，周汉章

（1. 广州临海混凝土有限公司，广东 广州 511466；2. 长沙益友建筑科技有限公司，湖南 长沙 523820）

0 前言

随着我国城乡经济的高速发展，每天我们在城市的每一个角落都可以随处看到一些旧房旧楼在拆除重建，建筑在更新换代拆除中必定会产生大量的建筑垃圾。在中国每年就会产生超过 4 亿吨的废弃混凝土，如此庞大数量的建筑垃圾往往被运输到郊区、山区堆放或者填埋，这样一来就占用了大量的宝贵土地，堆放或填埋也没有有效地解决建筑垃圾问题，而且还会堵塞河道污染土壤和地下水。如果能将建筑物拆除过程中产生的废弃混凝土块就地回收，经过破碎、除杂、分级、清洗后作为混凝土再生骨料，生产再生混凝土用到新建筑物上，这样不仅可以省掉废混凝土块的清理和运输费用[1]，并且可以保护环境和土地。目前建筑垃圾与日俱增，很多地方都出现了“垃圾围城”的状况，再生混凝土技术可以将废旧混凝土变为粗骨料来代替天然骨料，变废为宝，具有节约资源、不破坏环境、可持续发展等优点，既节约环境又具有很好的经济效益和环保效益。[2]

1 再生骨料的定义

再生骨料英文为 Recycled Aggregate 简称为 RA，顾名思义是指利用废弃混凝土破碎加工而成的再生骨料，一般将固体废弃混凝土经过破碎、清洗和筛分分级且按一定比例相互配合后到的骨料称为“再生骨料”，再生骨料按破碎粒径的大小分为“再生粗骨料”（尺寸大于4.75mm）和“再生细骨料”（尺寸 0.16～4.75mm）。而把利用再生骨料作为部分或全部骨料配制的混凝土叫“再生骨料混凝土”，也可简称为“再生混凝土”。[3]

再生骨料中的天然骨料表面附着了硬化水泥砂浆，导致再生骨料的吸水率高、密度小、耐磨性差、压碎值大，加上再生骨料在破碎的过程中出现裂纹是不可避免的，因此再生骨料的性质往往弱于天然骨料。再生混凝土的强度和耐久性受到再生骨料替代率、再生混凝土水胶比、再生骨料品质等因素的影响。

2 再生粗骨料混凝土试验原材料数据

（1）水泥，光大 P·O42.5R 水泥，水泥化学成分与矿物组成见表 1，物理性能见表 2。

（2）河砂，北江Ⅱ区中砂，细度模数 2.6，含泥量为 0（水洗处理）。

（3）天然石，清远石厂，5～25mm 连续级配，压碎指标 12%，含泥量为 0（水洗处理）。

（4）再生骨料，瑞龙矿山破碎， 5～25mm 级配，表观密度 2420kg/m3，堆积密度 1.023kg/m3，压碎指标16%，空隙率 42%。

（5）粉煤灰，河源电厂Ⅱ级粉煤灰，细度 24%，需水量比 103%，烧失量 7%，三氧化硫 2.1%。

（6）矿渣粉，莲花山 S95，密度 2.8g/cm3，比表面积 395m2/kg，活性指数 7天 85%，28 天 105%，玻璃体含量 74%，放射性合格。

表1 水泥熟料化学成分与矿物组成 %

表2 水泥物理学性能

（7）外加剂，东莞洛美建材 LM-S2 聚羧酸高效减水剂，减水率大于 25%，含固量 20%

（8）水，自来水，符合饮用水标准。

天然骨料与再生骨料吸水试验数据见表 3。

表3 天然骨料与再生粗骨料吸水试验数据

3 再生粗骨料混凝土试验

（1）C30 再生骨料混凝土配合比设计见表 4。

（2）C30 再生粗骨料混凝土性能见表 5。

4 试验数据分析

从表 3 天然骨料与再生骨料吸水试验可以看出，再生粗骨料 1min 的吸水率比天然骨料高 5.6 倍，15min后天然骨料吸水缓慢而再生骨料 15min 后吸水又翻了两倍，半小时到 24h 区间天然骨料的吸水率趋于缓和没有太大变化，而再生骨料半小时到 12h 吸水率增加了2.195%，12h 过后吸水率达到饱和状态。从天然骨料和再生粗骨料吸水率试验可以直观发现两者在不同时间段的吸水率区别，为配制再生骨料混凝土提供了用水量和坍损指导依据。

表4 C30 再生粗骨料混凝土配合比 kg/m3

表5 为 C30 再生粗骨料不同取代率试配，第一组为基准试配外加剂掺量 2.0%，混凝土出机和易性、流动性好，初始坍落度/扩展度 225mm/550mm，2h 经时坍损小，保坍效果好，7d 抗压强度达到 84%，28d 抗压强度达到 123%。第二组为再生粗骨料取代率 20%，初始外加剂掺量 2.2% 搅拌后料比较粘稠，掺量掺到 2.4% 后和易性、流动性好，初始坍落度/扩展度为210mm/530mm，容重 2360kg/m3，保坍效果良好，7d强度 83%、28d 强度 121%，与第一组综合性能差别不大。

第三组为再生粗骨料取代率为 30%，初始外加剂掺量为 2.4%，搅拌 1min 后水和外加剂被完全吸附掉，外加 5kg 水和外加剂掺量掺到 2.8% 后，料出机状态好，初始坍落度/扩展度 225mm/530mm，容重2355kg/m3，保坍效果良好，7d 和 28d 强度达到 75%和 116%，强度略低于第二组。第四组再生粗骨料取代率为 40%，外加剂掺量 2.6%，混凝土状态打不出来，外加剂掺到 3.2%，外加 8kg 水后混凝土出机状态良好，初始坍落度/扩展度为 230mm/550mm，半小时后为180mm/420mm，坍损比较明显，2h 后坍落度/扩展度为150mm/310mm，坍损大，容重也只有 2325 kg/m3，7d和 28d 强度达到 64% 和 103%，强度下降明显。

表5 再生粗骨料混凝土性能

第五组再生粗骨料取代率为 50%，外加剂掺量3.8%，外加 10kg 水才能打出工作状态，初始坍落度扩展为 225mm/540mm，容重 2310 kg/m3，半小时坍损明显，坍落度/扩展度为 140mm/310mm，已经没有工作性能，7d 和 28d 强度 44% 和 81%，强度明显下降。第六、七、八组再生粗骨料取代率分别为 60%、70%、80%，外加剂掺量分别是 4.8%、5.8%、6.8%，并且需要分别外加 10kg 以上的水才能打出施工性能，但是半小时后水和外加剂会被完全吸附掉，导致半小时后坍损很大，达不到基本施工要求，因为加了过量的水和外加剂都导致容重变轻，7d 和 28d 强度也异常低。

九、十组再生粗骨料取代率为 90%、100%，外加剂掺量 7.2%、8.0%，外加 35kg 和 40kg 水才能打出状态，初始坍落度/扩展度为 170mm/390mm、180mm/390mm，且半小时不到坍损大，失去工作性能，7d、28d 强度异常低。

5 SEM 电子显微镜结构分析

图1～4 分别为掺再生骨料 0%、30%、50% 和 70%的混凝土电子显微镜结构图像。

图1 全天然砂

图 2 30% 再生骨料

图3 50% 再生骨料

图 4 70% 再生骨料

再生混凝土是一种公认的多相复合体，包括：骨料、砂浆基体、界面过渡区。经 SEM 观察，图 1 基准配方和图 2 掺 30% 再生粗骨料配方骨料与砂浆基体均有较好的微观形貌，骨料中晶体呈层状紧密排列，没有裂缝和孔洞的存在，而远离界面的砂浆基体中水化产物种类丰富较为紧密。

而图 3 和图 4 掺 50%、70% 再生粗骨料配方，骨料和浆体界面结合比浆体和浆体界面结合处存在更多的微细裂缝，界面连接主要以片状水化产物垂直连接，界面结合处水化产物较为疏松，界面连接密实程度比浆体和浆体界面连接要弱。再生骨料与胶凝材料之间的界面粘接强度不高，水化产物较少，在骨料表面生成大量的水化产物。[4]

微裂缝极易从骨料与水泥砂浆界面产生，并向水泥基体生长和扩展，离子迁移和溶液渗透也最容易将该区域作为快速通道，同时界面处的裂缝不断延伸和扩展最后导致再生混凝土的破坏，故相对于再生骨料和水泥砂浆基体本身来说，这些界面和界面过渡区被认为是再生混凝土最薄弱的环节。[4]

6 总结

再生粗骨料取代率不超过 30% 的再生骨料混凝土工作性能与天然骨料基准混凝土差别不大，当再生骨料取代率超过 30% 时，再生混凝土外加剂掺量和用水量大幅度提高而且坍损大、强度低，故再生骨料的最佳取代率约为 30%。尽最大能力合理科学使用再生骨料不仅起到了节约资源和保护环境的作用，而且对于社会经济发展的可持续性提供了帮助。