重庆地区再生粗集料的路用性能研究

郑建华，彭 瀑，胡 明

［1.林同棪国际工程咨询（中国）有限公司，重庆 400000；2.重庆机电职业技术大学，重庆 400000］

0 引言

国内外学者分别对不同来源的再生集料的基本性能进行了大量试验研究。由于再生粗集料因废弃混凝土来源不同而具有较大的随机性和变异性，主要由独立成块的和表面附着老水泥砂浆的天然粗集料组成。因其表面粗糙，棱角较多，导致再生粗集料与天然粗集料存在一定的差异。再生混凝土的性能与再生集料的性能密切相关[1]。在混凝土中，粗集料起骨架作用，应具备一定的强度、抗磨耗和抗冲击性能要求。本文主要研究再生粗集料的物理力学性能，包括物理特性（密度、吸水率、针片状颗粒含量）和力学特性（压碎值、磨耗值、冲击值），通过试验研究再生粗集料在道路工程中应用的可行性。

1 重庆地区废弃混凝土来源调查

全球混凝土产业每年需消耗数十亿吨天然集料，与此同时，每年由于建筑物拆除、路面返修、混凝土生产、工程施工等原因又产生巨量的废弃混凝土。根据对重庆地区的废弃混凝土的调查，废弃混凝土的来源如下。

1.1 可回收的废弃混凝土

可回收的废弃混凝土指性能较好、杂质含量较低的废弃混凝土。

（1）达到使用年限或已老化的建筑物以及因市政工程动迁被拆除而产生的废弃混凝土，这类废弃混凝土的数量巨大。如我国20 世纪80—90 年代兴建的水泥混凝土路面，现已到达使用年限，出现不同程度的病害，如断板、唧泥、错台等，或者其他原因需要重建或改建时产生了大量的废弃混凝土。比如，重庆市南岸区某段已损坏的水泥混凝土路面，经调查、检验，此路用混凝土不含钢筋[2]。

随着我国城市化进程快速发展，市政工程建设产生的废弃混凝土数量越来越大。比如，重庆市巴南区某居民区因改建拆除产生的废弃混凝土中含有钢筋、木材等少量杂质。

（2）高等院校、科研单位、施工单位等实验室里产生的废弃混凝土试件。比如，重庆某高校建材实验室试验后产生的废弃混凝土无杂质。

（3）混凝土生产单位产生不合格的混凝土。

1.2 不宜回收的废弃混凝土

不宜回收的废弃混凝土，指部分性能较差的、有害杂质含量较高、可能影响到新拌再生混凝土使用性能的废弃混凝土。这类混凝土，根据使用环境和碳化程度等因素确定，不宜回收的废弃混凝土主要来自于受重金属或有机物污染的混凝土、轻集料混凝土或加气混凝土、含有大量不易分离的沥青等杂质的混凝土、医院放射间等有特殊使用要求的混凝土等[3]。

1.3 废弃混凝土分类

经过对重庆地区废弃混凝土的来源调查，根据废弃混凝土中所含杂质情况，对于不同使用环境的混凝土，大致可以分为4 类：不含杂质、不含钢筋但含有其他杂质、含有钢筋及其他杂质、含有大量不易分离的杂质。

2再生粗集料的物理特性研究

2.1 吸水率

本试验依据《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）中关于粗集料吸水率的测试方法，选择网篮法，测试再生粗集料和普通粗集料的24h 吸水率，并研究吸水率随时间的变化，分别测试再生粗集料10min、30min、4h、24h 的吸水率，测试结果如表1 所示。分析得知：再生粗集料的吸水率高于天然粗集料，相差10 倍。再生粗集料30min 吸水率达到饱和时的82%，4h 吸水率已经达到饱和。再生粗集料中水泥砂浆含量较高，机械破碎造成损伤积累使再生集料内部存在大量微裂纹，再生粗集料孔隙率高，吸水率大，吸水速度快。再生粗集料的吸水率与废弃混凝土的强度、组成及气候条件、集料的粒径等因素有关。再生混凝土配合比设计时，必须考虑再生粗集料吸水率大的特性[4]。

表1 再生粗集料吸水率试验结果

2.2 密度

本试验依据《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）中关于粗集料密度的测试方法，测试再生粗集料和普通粗集料的表观密度、自然堆积密度、振实密度、空隙率等指标。测试结果分析得知：再生集料的堆积密度和表观密度比天然集料的低，这是由于再生集料表面附着一定数量的水泥砂浆，且与废弃混凝土的强度等级、配合比、使用时间、使用环境及地域等因素有关[5]。再生粗集料的密度降低，导致由其配制的再生混凝土的密度和弹性模量降低。

2.3 针片状颗粒含量

本试验依据《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）中关于针片状颗粒含量的测试方法，选择规准仪法，将再生粗集料与普通粗集料进行对比，测试结果如表2 所示。分析得知：再生粗集料中的针片状颗粒含量比普通粗集料中的含量多，这与再生集料生产的破碎工艺以及再生粗集料的特性密切相关。

表2 再生粗集料针片状颗粒含量试验结果

3 再生粗集料的力学特性研究

3.1 压碎值

压碎值是指按规定的方法测得集料抵抗压碎的能力，亦集料强度的相对指标，用以评价再生粗集料在道路工程中的适用性。一般认为，再生粗集料的压碎指标还与基体混凝土的强度和加工破碎方法有关，并且基体混凝土的强度越高，再生集料的压碎指标也越高；加工过程中水泥浆体和砂浆脱落越多，压碎指标越小[6]。本试验依据《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）中关于压碎值的测试方法，将再生粗集料与普通粗集料按不同比例混合，测试结果如表3 所示。

表3 再生粗集料压碎值试验结果

由测试结果分析得知，再生粗集料的压碎值明显大于普通粗集料的压碎值，这是因为再生粗集料表面附着老砂浆，且破碎过程中其内部产生较多的微裂缝，与普通粗集料相比，抵抗试验机压碎的能力大为降低。再生粗集料与普通粗集料混合后，再生粗集料所占粗集料总质量的比例越低，压碎值越低，则抵抗压碎的能力越强，反之亦然[7]。

3.2 磨耗值

洛杉矶磨耗值是指按规定的方法测得粗集料抵抗磨耗、撞击的能力，以磨耗损失（%）表示，适用于评定路面抗滑表层所用集料抵抗车轮撞击及磨耗的能力。本试验依据《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）中关于洛杉矶磨耗值的测试方法，将再生粗集料与普通粗集料按不同比例混合，测试结果如表4 所示。分析得知：与普通粗集料相比，再生粗集料的洛杉矶磨耗损失较大，其抵抗车轮磨耗的能力较低[8]。这是因为再生粗集料表面附着老砂浆，且与其原生混凝土强度密切相关。再生粗集料与普通粗集料混合后，再生粗集料所占粗集料总质量的比例越低，洛杉矶磨耗损失越低，则抵抗磨耗的能力越强，反之亦然。

表4 再生粗集料洛杉矶磨耗值试验结果

3.3 冲击值

冲击值是指按规定的方法测得粗集料抗冲击的能力，以击碎后小于2.36mm 部分的质量百分率表示，用以评定路面用粗集料抵抗车轮荷载的冲击作用。本试验依据《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）中关于洛杉矶磨耗值的测试方法，将再生粗集料与普通粗集料按不同比例混合，测试结果如表5 所示。分析得知：与普通粗集料相比，再生粗集料的冲击值较大，抵抗车轮荷载冲击的能力较低[9]。再生粗集料与普通粗集料混合后，再生粗集料所占粗集料总质量的比例越低，冲击值越低，则抵抗冲击的能力越强，反之亦然。

表5 再生粗集料冲击试验结果

4 结论

本文研究了再生粗集料的路用性能，包括物理特性和力学特性，探讨了再生粗集料在道路工程中应用的可行性。对于再生粗集料的物理特性，设计了与普通粗集料的对比试验，分析了再生粗集料和普通粗集料在密度、吸水率、针片状颗粒含量等方面的差异。对于再生粗集料的力学特性，将再生粗集料与普通粗集料按不同比例（前者：后者=10:0、7.5:2.5、5:5、2.5:7.5、0:10）混合，分别测试压碎值、磨耗值、冲击值等粗集料路用性能指标，并与现行规范的规定值比较，分析了这些组合在道路工程中的适用性，得到的主要结论如下。

（1）与普通粗集料相比，再生粗集料的吸水率较大，表观密度较小，再生混凝土配合比设计时必须考虑再生粗集料的吸水特性和密度特性。吸水率和表观密度往往以再生粗集料最重要的特性，作为对再生粗集料分级的重要指标。

（2）针对再生粗集料力学性能不如普通粗集料的特性，水泥混凝土路面工程中应用再生粗集料时，应合理控制磨耗值和冲击值。

（3）当再生粗集料应用于道路工程中，建议对再生粗集料进行分级，分级指标包括表观密度、吸水率、针片状颗粒含量、压碎值、磨耗值、冲击值等。

注释：

①公路规范：《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30—2003）、《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）。

②上海规范：上海工程建设规范《再生混凝土应用技术规程》（DG/TJ08-2018-2007）。