基于不同结构形式混凝土再生混合料强度分析

李庆伟 刘海涛 李丽霞

（1 河南省城乡规划设计研究总院股份有限公司；2 华北水利水电大学；3 郑州一建集团有限公司）

0 引言

废弃混凝土是城市建筑废弃物的主要成分之一。城市建设中将建筑废弃物随意丢弃的现象普遍存在，垃圾围城成为我国城市快速发展的通病，废弃混凝土的再生利用和资源化处理迫在眉睫。

国内学者对混凝土再生骨料的研究主要集中在如下几个方面[1-5]：混凝土作为再生骨料的分类、再生骨料分离破碎工艺、生产工艺流程；混凝土再生骨料基本性能，原始混凝土对再生骨料性能的影响，添加其他材料使再生骨料性能增强；再生骨料配合比方法、损伤原理及破坏特征；研究制定相关法律法规、配套经济政策制度等鼓励再生骨料应用。

与天然骨料相比，混凝土再生骨料具有表面孔隙多、密度小，吸水率高、强度低、压碎值大等特点。受场地、设备、工艺及混凝土强度等级等因素影响，混凝土再生料难以有效地控制出料的粒径，针片状颗粒含量偏高，工程实际应用难度增加。

1 市政道路基层混合料结构分析

当基层材料的粗骨料压密后的空隙体积小于细骨料和结合料的压密体积时，粗骨料分散或者悬浮在连续、压密后的细骨料和结合料之中，形成悬浮密实结构；当基层材料的粗骨料压密后的空隙体积远远大于细骨料和结合料的压密体积时，粗骨料骨架间的空隙部分不能完全被细骨料所填充，留有空隙，形成骨架空隙结构；当基层材料的粗骨料压密后的空隙体积等于细骨料和结合料的压密体积时，形成骨架密实结构。

从物理概念上讲，悬浮密实、骨架空隙、骨架密实三种结构的形成取决于粗骨料的空隙体积与细骨料的压密体积的相对关系（图1）。

2 混凝土再生料实验

目前，基于混合料骨料颗粒级配来定义路基混合料的结构形式并不明确[4-8]，本文借鉴《公路沥青路面设计规范》（JTGD40－2006）中骨架密实型水泥稳定碎石的级配范围（表1）近似估计悬浮密实、骨架空隙、骨架密实三种结构形式混合料的颗粒级配。基于混凝土再生料的基本特征和市场状况，结合相关规范[6]要求来设计再生料级配（表2）。

混凝土再生料直接从郑州西郊某料场取样（图2），再生料无侧限抗压试块颗粒级配按骨架空隙、骨架密实、悬浮密实三种结构类型制作试块（表2）。

表1 骨架密实型骨料颗粒级配范围

表2 颗粒通过筛孔百分率

图2 混凝土再生料（一元硬币）

根据河南省工程建设标准《城镇道路建筑垃圾再生骨料路面基层施工技术规范》（DBJ41/T166－2016），试验所有试件为42.5 级普通硅酸盐水泥含量按6%配制三组试件（9 个/组）。按照规范[6]中T0843－2009 规定利用静压法成型1：1 圆柱试件，试模标准尺寸：直径*高=φ100mm×100mm，并按照T0845－2009 养生方法使试件在标准养护条件下湿养6d，在水中养护24h 后进行试验（图3）。

图3 再生混合料试件

3 实验结果分析

图4、图5、图6 为不同结构形式混凝土再生混合料七天无侧限抗压强度柱状图（图中S1～S9 为试块编号1～9）。图4 数值变化范围从4.3～7.0MPa，强度离散性较大；图5 数值变化范围从6.0～7.3MPa，强度较高且离散性较小；图6 数值变化范围从4.1～7.2MPa，除S1试件强度偏高外，其他试件强度偏低且离散性较小。

图4 骨架空隙结构七天无侧限强度

图5 骨架密实结构七天无侧限强度

图6 悬浮密实结构七天无侧限强度

混凝土再生料三种结构形式都能满足道路基层强度要求：骨架密实结构抗压强度值最大，悬浮密实结构强度最低，骨架空隙结构介于二者之间。进一步可以说明混凝土再生料的骨架结构镶嵌、咬合作用相对较为明显，骨料压碎值的影响相对较小。

4 结语

基于混凝土再生料的基本特征结合相关规范，设计悬浮密实、骨架空隙、骨架密实三种结构形式再生料的颗粒级配，采用6%重量的42.5 级水泥进行强度试验。三种结构形式混合料七天强度均能满足道路基层要求，其中以骨架密实结构抗压强度最高，悬浮密实结构强度最低，骨架空隙结构介于二者之间。建议选用合适设备

加工混凝土废弃物以生成骨架密实结构再生料。