援外工程再生骨料混凝土的配置与应用

文｜西安四方建设监理有限责任公司 刘伟；中国启源工程设计研究院有限公司 杜建平

0 引言

将拆除房屋废弃的混凝土采取破碎、清洗、按粒径分级后，以一定比例与原生骨料混合后形成的再生骨料，用以部分或全部取代粗骨料而配制形成的新混凝土。再生骨料混凝土技术不仅可以对废弃混凝土有效再利用，而且能够降低造价，对于经济不发达亚非拉国家的基础设施建设，提供了一条低成本的建设之路。本文结合我国援几内亚比绍太阳能路灯项目为例说明再生骨料混凝土技术结合当地环境及自然资源条件下的制备与应用。

1 工程概况及设计要求

1.1 援建项目概况

工程名称：援几内亚比绍太阳能路灯项目。

建设单位：商务部国际经济合作事务局。

建设地点：比绍市。

项目管理单位：中国新时代国际工程公司和西安四方建设监理有限责任公司。

EPC总承包单位：特变电工股份有限公司。

设计单位：机械工业第六设计研究院有限公司。

建设规模：160盏太阳能路灯及100盏太阳能庭院灯。

工程工期：2016年6月20日至2016年9月30日。

投资规模：1170万元人民币。

1.2 配合比设计指导方针和指标要求

根据当地环境和再生混凝土以往使用经验，影响其使用性能主要来自三个方面，分别是强度、抗渗性和耐久性，依据当地再生骨料和原材料的品质，项目管理单位、设计单位和EPC总承包单位反复沟通，决定采用国内混凝土标准28天龄期的性能来试配、评定和验收成品混凝土，同时确定再生骨料混凝土的技术指标：强度等级C25，塌落度130～150mm，抗渗等级S6，耐久性试验失重百分比≤4%；施工和易性良好，无离析、泌水现象。

表1 比绍市42.5R水泥性能指标

表2 再生粗骨料物理性能指标

表3 天然砂性能指标

表4 再生混凝土的配合比设计

2 原材料

2.1 水泥

本试验采用当地42.5R级普通硅酸盐水泥，其主要物理力学性能见表1。

2.2 粗骨料

采用当地5～25mm连续级配碎石，针片状含量4%，含泥量0.4%，无潜在碱--骨料反映。

2.3 再生粗骨料

表5 RAC基本力学性能试验结果

根据比绍市存在大量因战乱待拆除危房的现状，我们选择了三种不同来源的再生骨料，第一种来源于比绍大学实验室的废弃混凝土粗骨料，将其记为RA1 ；第二种来源于使用近15年的道路毁坏后的粗骨料，记为RA2；第三种来源于使用近30年的房屋拆除后的粗骨料，记为RA3。再生粗骨料物理性能指标见表2。

2.4 砂子

采用当地天然河砂，性能指标如表3所示。

3 混凝土配合比设计

再生骨料混凝土配合比设计参照普通混凝土配合比设计步骤，即根据需配混凝土强度和水泥实际强度确定水灰比，由塌落度确定混凝土单位用水量，以水灰比和骨料粒径选择砂率，最后根据体积法或质量法确定砂石用量，并根据试拌性能调整混凝土配合比。

通过计算、试配再生混凝土配合比见表4所示。

表中NC表示不掺入再生骨料的普通混凝土，其中RA1-30表示采用取代率为30%的RA1型再生骨料的混凝土，其余均雷同。

图1 RAC与NC立方体抗压强度比

图2 取代率与立方体抗压强度关系

图3 RAC与NC轴心抗压强度比

图4 取代率与轴心抗压强度关系

4 抗压性能测试

抗压强度是混凝土质量评价的代表性指标。国内外学者对再生骨料混凝土的抗压性能进行了广泛的研究，由于不同试验中再生骨料来源的差异、品质不同等原因，使得研究结果差异性很大，不具有借鉴使用价值。本性能试验通过近30组试块的立方体抗压强度和轴心抗压强度研究，优选出满足强度等级要求的混凝土类型。

立方体及棱柱体抗压强度试验结果见表5。

以NC试件作为对比，在取代率分别为30%、50%、70%和100%时，其RA与NC立方体抗压强度比及取代率与立方体抗压强度关系如图1和图2所示。

从图1、图2可知，对于再生骨料试件RA1、RA2、RA3，在30%～100%的取代率下，ƒcu均超过NC的强度。RA1-50相比NC，ƒcu略微增长1.0%，而在30%、70%和100%的取代率下，分别高于NC试块ƒcu强度的4.4%、13.1%和13.05%；RA2的取代率的提高，立方体抗压强度出现下降，其强度略高于NC相应强度，其中30%、50%、100%取代率相比NC，立方体抗压强度增加了9.49%、1.21%和3.09%，而70%取代率达到NC相应强度的99.4%，基本与NC强度持平；RA3试件，取代率增加的同时其fcu也在增加，对应增幅分别为0.51%、6.09%、12.28%和13.69%。

混凝土轴心抗压强度试验结果如图3和图4所示。

以NC作为对比试件，从图3、图4可得出：RA1、RA2、RA3在取代率30%、50%和70%时，ƒc分别比NC增加1.87%、2.53%和4.1%，而完全取代时（100%），三种再生试件强度均超过NC，对应强度分别为NC轴心强度的9.51%、1.44%和8.90%。对于RA1、RA2、RA3其他取代率的试件均低于NC试件ƒc的强度。对于RA1-50和RA1-50试件，为NC轴心抗压强度的86.3%和92.1%；对于RA2-30和RA2-70，为NC轴心抗压强度的93.1%和91.4%；对于RA3-30和RA3-50，达到NC轴心抗压强度的88.8%和92.6%。

以三种再生骨料中较高的ƒcu为主，ƒc为辅的思路筛选试验结果，从而优选出RA1-70、RA1-100、RA2-30和RA3-100四种类型的混凝土进行抗渗性和耐久性的测试。

5 抗渗性能测试

为了评价RA1-70、RA1-100、RA2-30和RA3-100四种类型混凝土的抗渗性，采用公路工程水泥及水泥混凝土试验规程规定的抗渗试验方法，测得再生混凝土与天然混凝土抗渗等级见表6。

从表6中可看出，普通混凝土的抗渗性等级明显高于其他再生混凝土，随着再生骨料年限的增长，其混凝土抗渗性能有所下降，其抗渗性随混凝土强度等级的提高而增加。上述四种再生混凝土只有RII—30达不到S6抗渗等级，其余均满足灯塔基础混凝土的抗渗要求。

图5 基础混凝土浇筑

图6 基础垫层成型检查

图7 基础外形成型检查

图8 回弹仪强度检测

6 耐久性能测试

为了评价RI-70、RI-100和RIII-100三种类型混凝土耐久性，采用硫酸盐和硫酸侵蚀计算失重率的试验方法，以普通混凝土NC作为对比，对每一类型混凝土制作6块/组100mm×100mm×500mm的试块，养护28天后将其浸入测试液之中，测试液中MgSO4含量7.5%、NaSO4含量7.5%、H2SO4为2PH，试验结果见表7。

从表7分析得出，RA1-70、RA1-100和RA3-100在硫酸盐、酸性环境中，其耐久性与NC耐久性比较差异较小。且随着再生骨料龄期增长，侵蚀失重率有增大的趋势。三种再生混凝土满足耐久性失重百分比在4%内的要求。

7 现场应用

RA1-70、RA1-100和RA3-100三种再生混凝土经过强度、抗渗和耐久性测试，证明其性能均满足混凝土设计时的指标要求，可以应用于太阳能路灯基础项目，根据材料来源的便捷程度，可对不同地点的灯塔基础使用不同再生骨料混凝土。

2016年7月27日，灯塔基础混凝土从蒂蒂娜希拉广场开始浇筑，从现场应用效果看，本文所提供的三种再生混凝土能较好的应用于现场施工，混凝土和易性好，易于浇筑成型，入模性能好，见图5；由于当地气温高，为防止混凝土水分丧失，初凝后尽早湿养护，养护28 天成型时基础没有出现收缩裂缝、断裂等质量问题，见图6、图7；回弹仪对每个灯塔基础现场实测强度均达到25MPa以上，满足设计要求，见图8。

表6 混凝土抗渗等级

表7 混凝土侵蚀失重率