建筑垃圾再生混凝土配合比設計初探

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【摘要】對建筑垃圾再生粗集料和細集料進行了集料性能試驗，并開展建筑垃圾再生混凝土配合比設計和強度測定。研究表明，粗集料的表觀密度偏小，針片狀顆粒含量偏高、吸水率偏大，壓碎值和含泥量滿足JTG/T3650—2020《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中Ⅱ類粗集料要求，細集料的含泥量和吸水率偏高；當再生集料取代率從0%增加至100%，混凝土抗壓強度下降7.1%、12.0%、18.2%、21.4%和22.9%，但仍表現(xiàn)出較好的和易性；當再生集料取代率相同時，與只采用再生細集料和采用粗、細混合再生料相比，只采用再生粗集料混凝土強度更高。通過對高取代率的低標號建筑垃圾再生混凝土進行施工配合比設計和應用，發(fā)現(xiàn)其強度基本能夠滿足現(xiàn)場施工需求。

【關(guān)鍵詞】再生混凝土；集料；建筑垃圾；配合比設計；取代率

1原材料及試驗方法

1.1原材料

1.1.1再生集料。選用浙江省杭州市余杭區(qū)4家公司生產(chǎn)的建筑垃圾再生集料，篩分為3種規(guī)格混凝土集料。該集料是對當?shù)禺a(chǎn)生的混凝土路面破除料、瀝青銑刨料、水穩(wěn)刨銑料、廢舊磚渣料回收后進行二次加工。1.1.2其他材料。水泥選用普通硅酸鹽水泥（P·O42.5），材料指標要求如表1所示。選用的石灰為I級石灰，有效氧化鈣和氧化鎂含量為82.38%。粉煤灰為F類I級，0.2%的含水量，燒失量為2.85%。水為自來水。對比試驗采用的粗集料為天然玄武巖集料，細集料為天然河砂。

1.2試驗方法

1.2.1集料性能試驗。依據(jù)JTGE42—2005《公路工程集料試驗規(guī)程》分別使用網(wǎng)籃法和容量瓶法測定建筑垃圾再生粗、細集料的表觀密度和吸水率，使用針片狀規(guī)準儀測定粗集料針片狀顆粒含量，使用含泥量及泥塊含量試驗來測定粗集料含泥量，使用篩洗法和亞甲藍測定細集料含泥量，使用壓碎值試驗測定粗集料壓碎值、壓碎指標試驗測定細集料壓碎值[1]。1.2.2混凝土性能試驗。采用全自動恒應力壓力試驗機開展混凝土抗壓強度試驗，并進行坍落度試驗?；炷猎噳K采用150mm×150mm×150mm規(guī)格。

2再生集料性能試驗結(jié)果

2.1再生粗集料

將再生粗集料與天然材料對比試驗，得到的結(jié)論有：（1）破碎后的混凝土再生集料表面有不規(guī)則的裹覆砂漿，其表觀密度略小于天然材料；（2）針片狀顆粒含量較高，吸水率較大，但壓碎值、含泥量指標能滿足JTG/T3650—202《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱《規(guī)范》）中Ⅱ類粗集料要求。

2.2再生細集料

將再生細集料與天然河砂對比試驗，得到的結(jié)論有：（1）再生細集料表觀密度偏小，含泥量和吸水率偏高，基本不滿足現(xiàn)行《規(guī)范》要求；（2）經(jīng)亞甲藍檢測，再生細集料含泥量指標合格；（3）從級配和細度模數(shù)分析，再生細集料屬于中砂和II區(qū)級配。

3配合比設計及混凝土性能試驗分析

3.1配合比設計

經(jīng)過上述再生集料性能試驗研究，選取部分再生集料與天然玄武巖集料摻和作為粗集料，再選取部分再生集料與天然河砂摻和作為細集料。通過調(diào)整，讓粗集料和細集料的再生摻量分別為0%、20%、40%、60%、80%和100%，從而研究不同摻量下混凝土的抗壓強度變化情況。

3.2抗壓強度

圖1為再生集料取代率的混凝土試件28d無側(cè)限抗壓強度。通過分析可知：1）相同條件下再生混凝土抗壓強度普遍低于天然混凝土。2）隨著再生集料摻量從20%增加至100%，再生混凝土相對天然混凝土強度下降7.1%、12.0%、18.2%、21.4%和22.9%，下降趨勢逐漸變緩。其中，當再生集料取代率從20%提高到100%時，再生混凝土相對天然混凝土強度下降3.0%、6.6%、10.1%、11.5%和12.8%；當再生細集料替換時，再生混凝土相對天然混凝土強度下降10.1%、15.0%、22.1%、23.2%和24.6%，與混合再生集料替換對強度的影響相似?？芍?，粗集料替換效果強于細集料和粗細集料混合替換類別，相同取代率強度約能提高10%。

3.3坍落度

圖2為再生集料不同取代率混凝土坍落度。參考圖2可得出以下3點：1）坍落度受再生集料取代比例影響；2）天然集料配制混凝土坍落度為180mm；而隨著再生集料取代率提高，再生混凝土坍落度輕微變小，當100%使用再生集料時，其坍落度降低5.6%，為170mm，仍表現(xiàn)較好和易性；3）改變再生集料類別對坍落度幾乎不產(chǎn)生影響。

4依托工程實踐強度結(jié)果

4.1施工配合比設計

根據(jù)上文研究結(jié)果，結(jié)合工程開展C20和C30建筑垃圾再生集料混凝土的設計與應用，再生集料混凝土施工配合比見表2。C20建筑垃圾再生集料混凝土經(jīng)過現(xiàn)場試配后，確定粗、細集料全部采用建筑垃圾再生集料；C30混凝土現(xiàn)場試配結(jié)果表明粗、細集料全部取代后強度無法達到施工要求，故采用天然材料和建筑垃圾再生集料進行混合配置。根據(jù)工程需要，對拌和站、鋼筋場、預制場和項目駐地進行建筑垃圾再生集料混凝土應用，具體再生集料混凝土應用量見表3。

4.2建筑垃圾再生集料混凝土抗壓強度

建筑垃圾再生集料混凝土澆筑完成后外表美觀，表面平整。對應用再生集料混凝土結(jié)構(gòu)物進行強度檢測，結(jié)果見圖3。由圖3可知：（1）建筑垃圾再生集料混凝土早期強度增加較快，C30和C20在7d抗壓強度已達到了設計強度73.1%和60.6%；（2）后期建筑垃圾再生集料混凝土強度增長放緩，14d抗壓強度分別達到設計強度的90.1%和87.6%；（3）28d建筑垃圾再生集料混凝土抗壓強度基本達到設計強度，分別為99.2%和98.4%。通過現(xiàn)場施工及成品監(jiān)測，建筑垃圾再生集料混凝土基本能夠滿足現(xiàn)場施工需求。

5結(jié)語

基于上述實驗，可得出以下結(jié)論：1）建筑垃圾再生集料表觀密度小于天然材料，其中，粗集料針片狀顆粒含量較高、吸水率較大，壓碎值和含泥量滿足規(guī)范中Ⅱ類粗集料要求，細集料含泥量和吸水率偏高。2）再生集料摻量對混凝土28d無側(cè)限抗壓強度和坍落度均產(chǎn)生影響，且會隨著摻量提高抗壓強度和坍落度均降低，但仍表現(xiàn)出較好的和易性；同時，抗壓強度還受集料替換類型影響，相同摻量條件下，只采用再生粗集料的混凝土強度較優(yōu)。3）通過對高摻量的低標號建筑垃圾再生集料混凝土進行施工配合比設計和應用，發(fā)現(xiàn)其強度基本能夠滿足現(xiàn)場施工需求。

【參考文獻】

[1]交通部公路科學研究所.公路工程集料試驗規(guī)程：JTGE42—2005[S].北京：人民交通出版社，2005.

作者:谷雷雷 楊貝貝 單位:中交一公局海威工程建設有限公司