再生粗骨料的生产与性能分析

赵云，于献青，袁静，赵羽习，沈林昌，陆建昶，王国祥（.浙江大学 建筑工程学院，浙江 杭州　008；.浙江省发展新型墙体材料办公室，浙江 杭州　0000；.浙江省建筑设计研究院，浙江 杭州　000；.桐乡同德墙体建材有限公司，浙江 桐乡　；.德清陆记新型建材有限公司，浙江 德清　9；.富阳市钜兴建材有限公司，浙江 富阳　00）

再生粗骨料的生产与性能分析

赵云1，于献青2，袁静3，赵羽习1，沈林昌4，陆建昶5，王国祥6
（1.浙江大学 建筑工程学院，浙江 杭州310058；2.浙江省发展新型墙体材料办公室，浙江 杭州310000；3.浙江省建筑设计研究院，浙江 杭州310006；4.桐乡同德墙体建材有限公司，浙江 桐乡314512；5.德清陆记新型建材有限公司，浙江 德清313219；6.富阳市钜兴建材有限公司，浙江 富阳311400）

选取3种由不同破碎生产线制备的再生骨料进行颗粒级配、表观密度、吸水率、压碎指标、含泥量性能试验，从骨料生产制备工艺线、堆积位置、与天然骨料对比等3方面分析再生粗骨料性能差异。结果表明：再生粗骨料性能符合GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》的要求；相比上部、下部，位于堆积位置中部的骨料性能更优；附有清洗装置的生产工艺更为完善，能得到性能良好的再生粗骨料。

再生粗骨料；堆积位置；颗粒级配；表观密度；吸水率；压碎指标；含泥量

全球每年有将近160亿t混凝土用于建筑工程，我国每年城市产出的建筑垃圾为24亿t左右［1］。生产混凝土消耗了大量砂石，造成了全球优质砂石短缺；拆除建筑物产生大批废弃混凝土。废弃混凝土中骨料体积占80%，骨料不仅是混凝土骨架的构成物，而且对于混凝土的强度、工作性能、耐久性等多项性能有很大影响，鉴于以上情况，国内一些专家对再生骨料性能方面做了很多试验研究，取得了一定成果。徐亦东、陈莹、朱缨等［2-5］讨论了再生骨料与天然砂石骨料的差异，认为再生骨料的表观密度和堆积密度比天然骨料低的主要原因是再生骨料表面包裹着相当数量的硬化水泥砂浆，并且得出再生骨料的表观密度和堆积密度达不到天然骨料的结论。水中和、肖开涛等［6-7］认为：再生骨料母体混凝土块在解体、破碎过程中的损伤累积，使再生骨料表面砂浆内部存在大量微裂纹，这层砂浆使得再生骨料表面比天然骨料表面更粗糙、棱角更多，导致再生骨料的吸水率远大于天然骨料。孙跃东和肖建庄［8］参考国内外文献就再生骨料的定义、分类、加工方法及再生粗骨料的性能进行研究，认为再生骨料经过适当的加工处理，可满足配制中低强度等级再生混凝土的要求。

大量研究表明［9-14］，再生骨料的表观密度、堆积密度、坚固性等性能指标均低于天然骨料，吸水率、针片状颗粒含量、压碎指标则高于天然骨料，但仍符合GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》标准要求，关键在于选用合理的破碎加工工艺。本文选取3条不同破碎工艺加工而成的再生骨料进行性能试验，并考虑骨料堆积位置的影响，分析多种再生骨料性能差异，为再生骨料制备工艺提供了参考，对再生骨料的实际生产应用具有重要意义。

1　试验

1.1再生骨料生产线

试验再生骨料来自3条不同的破碎生产线，破碎生产线Ⅰ（Ⅱ）的工艺流程见图1，破碎生产线Ⅱ工艺流程以破碎生产线Ⅰ为基础，增加再生骨料清洗过滤装置，破碎生产线Ⅲ增加除尘设备，并在分选粗骨料、细骨料、粉砂过程中，每级分选均设置清水洗料装置，达到骨料粒径越小，清洗环节越多的目的。破碎生产线Ⅲ的工艺流程见图2。

图1　破碎生产线Ⅰ（Ⅱ）的工艺流程

图2　破碎生产线Ⅲ的工艺流程

1.2再生粗骨料样品

上述3条破碎生产线得到的骨料，自然堆积呈锥体，一般骨料堆积高度约8 m，底面直径约25 m。对要研究的再生骨料，在其堆料1（上）、2（中）、3（下）位置均匀、随机抽取等量的试样各50 kg。

本次试验共计12类试样（9类再生混凝土骨料试样，3类天然混凝土骨料试样），进行颗粒级配、表观密度、吸水率、压碎指标、含泥量性能测试，试验方法参照GB/T 25177—2010 和GB/T 14685—2011《建设用卵石、碎石》。

骨料编号、对应生产线和堆积位置见表1。

表1　骨料编号、对应生产线和堆积位置

2　试验结果分析

2.1颗粒级配

各类再生粗骨料不同位置颗粒级配曲线见图3。

由图3可知：

（1）对于骨料RCAⅠ，当粒径小于15 mm时，3条曲线几乎重合；对于骨料RCAⅡ、RCAⅢ，当粒径小于10 mm时，3条曲线几乎重合，说明不同堆积位置的骨料小粒径颗粒含量相差无几。原因是在再生粗骨料中，小粒径颗粒含量极低，且多数附着于较大粒径颗粒的外围，其本身的堆积效应并不明显。

图3　各类再生粗骨料不同位置颗粒级配曲线

（2）当粒径大于15 mm（RCAⅠ）或10 mm（RCAⅡ、RCAⅢ）时，3条曲线逐步分离，其中2位置曲线下降最快，2位置曲线终点也最低。这说明2位置骨料中粒径大于26.5 mm的颗粒含量相比1、3位置较少，进一步得到2位置骨料中粒径颗粒含量最多，1、3位置骨料大粒径颗粒含量较多。原因是骨料的堆积过程，实际上是机械能通过摩擦、空气阻力转化成内能的过程。骨料从传送带落到锥形堆体上时，一部分骨料由于骨料之间的相互咬合，直接停留在堆体顶部。而另一部分骨料本身具有一定的初动能，沿着锥形堆体向下滑动，在滑动过程中，大颗粒所含机械能足以抵消摩擦，空气阻力消耗的能量，从而直接滑动至底部，中颗粒所含机械能不足以抵消滑动过程消耗的能量，通常滑落至堆体中部。

为进一步对比不同生产线得到的骨料性能差异以及再生骨料与天然骨料的性能差异，将各骨料上、中、下级配曲线取平均值绘制曲线，见图4。

图4　粗骨料颗粒级配曲线

2.2表观密度

各再生粗骨料不同位置的表观密度及各骨料上、中、下表观密度平均值见表2。

表2　粗骨料的表观密度

由表2可知，再生骨料的表观密度随着堆积高度的增加逐步降低。原因是再生骨料原材料来源不一，原料本身重度不同，制成再生骨料堆积过程中，重度大的骨料下落快，落在堆体底部，重度小的骨料下落慢，落于堆体顶部。

2.3吸水率

各再生粗骨料不同位置的吸水率及各骨料上、中、下吸水率平均值见表3。

表3　粗骨料的吸水率

不论何种生产工艺，再生粗骨料吸水率均远大于天然骨料。究其原因，再生骨料表面包裹的硬化水泥浆使其表面粗糙，棱角较多，并且硬化水泥浆自身孔隙率大，又存在大量微裂纹。可见，不同的生产工艺可以改善再生骨料的吸水率，但是尚无法改变再生骨料吸水率远大于天然骨料的情况；降低再生骨料吸水率，需要进一步采用其它技术和工艺来实现。

2.4压碎指标

各再生粗骨料不同位置的压碎指标及各骨料上、中、下压碎指标平均值见表4。

表4　粗骨料的压碎指标

由表4可知，位置对压碎指标影响并不显著，各位置压碎指标值接近。再生骨料压碎指标符合GB/T25177—2010中的Ⅰ类要求（小于12%）压碎指标符合Ⅱ类要求（大于12%，小于20%）。

RCAⅠ、RCAⅡ的压碎指标高于天然骨料，RCAⅢ的压碎指标接近于天然骨料，说明完备的破碎生产工艺能得到压碎指标性能良好的再生骨料。

2.5含泥量

各再生粗骨料不同位置的含泥量及各骨料上、中、下含泥量平均值见表5。

项目　含泥量/% RCAⅠ-1RCAⅠ-2RCAⅠ-3RCAⅢ-3RCAⅠRCAⅢ项目　含泥量/% RCAⅢ-1RCAⅢ-2RCAⅡ-1RCAⅡ-2NCAⅠ-1NCAⅠ-2RCAⅡ-3NCAⅠ-3RCAⅡ0.8 0.8 0.7 0.8 0.6 0.5 0.7 0.6NCAⅠ0.4 0.6 0.5 0.5 0.7 0.8 0.8 0.8

3　结论与讨论

（1）3条破碎生产线得到的再生粗骨料所测性能指标均符合GB/T 25177—2010标准要求。

（2）不同破碎生产线得到的再生粗骨料性能略有差异，破碎生产线Ⅲ得到的再生粗骨料性能最优，说明清洗流程属于生产过程的重要环节，Ⅲ破碎生产工艺可以推广使用。

（3）优质再生粗骨料的表观密度、压碎指标、含泥量等性能指标接近天然骨料甚至优于天然骨料，但再生骨料的吸水率远大于天然骨料。在混凝土配合比设计时需考虑附加用水量，或将再生骨料充分润湿。

（4）3条破碎生产线得到的再生粗骨料颗粒级配虽能符合标准要求，但粒径范围集中，在实际生产中可根据最终应用要求设置多道筛分装置，或多种不同粒径骨料混合使用。

（5）再生粗骨料中小粒径含量极低，大粒径骨料易在堆体上部或者下部堆积，而大粒径骨料通常由天然骨料外裹厚硬化水泥砂浆构成，这层厚水泥浆会一定程度增大再生骨料的吸水率和压碎指标。综合而言，位于堆积位置中部的再生粗骨料性能更优。

进一步讨论得知，再生骨料破碎完毕堆积过程中，不同堆积位置的各类骨料性能略有差异，相比中部，位于堆料上、下部的再生粗骨料性能稍差。一般而言，不具备清洗流程的破碎生产线得到的再生骨料，在骨料堆积过程中干燥的小颗粒粉尘、泥沙由于自重轻，飘浮于堆体顶部，导致顶部骨料综合性能最差；清洗流程完善的破碎生产线得到的再生骨料，粉尘、泥沙已充分润湿，附着于大骨料表面，随着骨料的下滑而堆积于底部，导致底部骨料综合性能最差。在工程实践中，为减少骨料取样类别，方便性能测试，同时保证测试的安全可靠，可选择综合性能最差处的骨料进行测试。即对于生产线Ⅰ得到的骨料，只需测试堆积位置上部的再生粗骨料；对于生产线Ⅱ、Ⅲ得到的骨料，只需测试堆积位置下部的再生粗骨料。

本研究也说明生产过程中清洗环节能有效提高再生粗骨料性能，属于再生粗骨料生产线中的重要环节。与此同时，经过清洗环节的再生堆料，仅需测试下部的再生粗骨料，相比测试堆料上部粗骨料，可大大减少测试人员取料工作量，保证取样的有效率。

［1］李平.“四化”管理深圳建筑垃圾［J］.市政技术，2007（21）：34-37.

［2］徐亦冬，周士琼，肖佳.再生混凝土骨料试验研究［J］.建筑材料学报，2004，7（4）：448-450.

［3］陈莹，严捍东，林建华.再生骨料基本性质及对混凝土性能影响的研究［J］.再生资源研究，2003（6）：34-37.

［4］朱缨.建筑废弃混凝土再生利用的分析与研究［J］.新型建筑材料，2003（9）：57-59.

［5］王智威.不同来源再生骨料的基本性能及其对混凝土抗压强度的影响［J］.新型建筑材料，2007（7）：57-60.

［6］水中和，潘志生，朱文琪.再生集料混凝土的微观结构特征［J］.武汉理工大学学报，2003，25（12）：99-102.

［7］肖开涛，林宗寿，万惠文.废弃混凝土的再生利用研究［J］.国外建材科技，2004（1）：7-8.

［8］孙跃东，肖建庄.再生混凝土骨料［J］.混凝土，2004（6）：33-36.

［9］许岳周，石建光.再生骨料及再生骨料混凝土的性能分析与评价［J］.混凝土，2006（7）：41-46.

［10］李坤.再生骨料及再生混凝土基本性能研究［D］.大连：大连理工大学，2005.

［11］刘数华，冷发光.再生混凝土技术［M］.北京：中国建材工业出版社，2007.

［12］赵军，邓志恒，林俊.再生混凝土粗骨料性能的试验研究［J］.中国建材科技，2007，16（4）：17-20.

［13］刘纪峰，张会芝.破碎方法对再生粗骨料性能的影响［J］.三明学院学报，2015，32（4）：71-78.

［14］杨伟军，李鹏飞，梁建国.再生混凝土多孔砖用再生骨料基本性能试验研究［J］.新型建筑材料，2011（3）：15-19.

Production and performance analysis of recycled coarse aggregate

ZHAO Yun1，YU Xianqing2，YUAN Jing3，ZHAO Yuxi1，SHEN Linchang4，LU Jianchang5，WANG Guoxiang6
（1.College of Civil Engineering and Architecture，Zhejiang University，Hangzhou 310058，China；2.New Wall Materials Development Office，Hangzhou 310000，China；3.Zhejiang Province Institute of Architectural Design and Research，Hangzhou 310006，China；4.Tongde Wall Building Materials Company，Tongxiang 314512，China；5.Luji New Building Materials Company，Deqing 313219，China；6.Juxing Building Materials Company，Fuyang 311400，China）

Three recycled coarse aggregate from different crushing process are selected to test aggregate grain size distribution，apparentdensity，waterabsorption，crushindex，andclaycontentperformance.Theperformancedifferenceofrecycledcoarse aggregate is analyzed from three aspects：production line，stacked position，compared with natural coarse aggregate.The results show that，the recycled coarse aggregate performance can meet requirements from national code"Recycled Coarse Aggregate for Concrete" GB/T 25177—2010，and the aggregate located in the middle of pile position is better than the upper and the lower part.The production process with the cleaning device is more perfect，the recycled aggregate can get good performance.

recycled coarse aggregate，pile position，grain size distribution，apparent density，water absorption，crushed index，clay content

TU528.041

A

1001-702X（2016）04-0044-05

教育部2012年度“新世纪优秀人才支持计划”项目（NCET-12-0493）；高等学校博士学科点专项科研基金（20120101110025）

2015-10-21；

2015-11-12

赵云，男，1990年生，浙江杭州人，硕士研究生。E-mail：21312185@zju.edu.cn。通讯作者：赵羽习，地址：杭州市西湖区浙江大学紫金港校区安中大楼A606。