再生骨料级配对路用再生混凝土抗压强度的影响研究

王富强，李卫宁

（广西交通职业技术学院，广西 南宁 530023）

0 引言

国内道路改建扩建和基础建设改造等工程每年都会带来高达2.4亿t的混凝土垃圾，如果将这部分垃圾二次利用在道路工程建设中，是实现社会发展和自然环境保护协调的重要途径和方式。影响路用混凝土性能的一个重要因素就是骨料级配，本文对再生混凝土骨料级配进行分析研究，从而研究该级配对道路施工用混凝土强度的影响。

1 试验设计

1.1 材料

再生混凝土材料为：水泥使用P·O42.5R普通硅酸盐水泥；粗骨料包括天然粗骨料和再生粗骨料，均采用粒径大小为5～31.5mm的连续级配；细骨料包括天然细骨料和再生细骨料，其中天然细骨料属中砂规格为Ⅰ级配（0～5mm），细度模数大小为2.76，在1d的时间里，吸水率大小为6.3%；再生细骨料属粗砂规格为Ⅰ级配（0～5mm），细度模数大小为3.15；水使用城市自来水。

1.2 骨料级配曲线

为了让混凝土的性能达到最佳，使用Fuller曲线下的数值方法对天然骨料和再生骨料的粒径、比例进行模拟。

1.3 人工级配调整

1.3.1 人工级配调整再生粗骨料

本文将再生粗骨料替代天然粗骨料，对不同的粒径范围设计不同的取代率，分别为：5～9.5mm粒径范围取代率为3%～5%，9.5～16mm粒径范围取代率为30%～50%，16～31.5mm粒径范围取代率为30%～50%。经过人工级配调整可知，当5～9.5mm粒径范围取代率为6%，9.5～16mm粒径范围取代率为50%，16～31.5mm粒径范围取代率为30%时，骨料的级配压碎指标和堆积密度效果最佳。

1.3.2 人工级配调整再生细骨料

对于再生细骨料人工级配调整与粗骨料类似，将再生细骨料替代天然细骨料并设计不同的取代率，分别为：5mm粒径范围取代率为30%～50%，2.5～5mm粒径范围取代率为30%～50%，用2.5～5mm粒径范围完全取代了0.075mm以下粒径的天然细骨料，即级配中0.075mm以下粒径的天然细骨料为0%。经过人工级配调整可知，当2.5～5mm粒径范围取代率为30%，5mm粒径范围取代率为50%，并且去除0.075mm细骨料时，级配压碎指标和堆积密度效果最佳，但调整效果没有粗骨料那么显著。

1.4 再生混凝土配合比

为了能够更好地研究再生骨料级配对再生混凝土性能的影响，和对抗压强度以及可能出现的强度变异问题，可以分别按人工级配调整之前和之后的再生骨料制作混凝土试样。为了避免其他材料的影响因素，在对比实验中除采用不同的再生骨料级配外，混凝土试样中的其他材料均一致。本次试验，对应的立方体试样总数量为18个，龄期则分别是7d、14d和28d，每个龄期对应6个试样。试验中的配合比均采用0.4的水灰比，水泥用量每立方米478kg。再生的和天然的粗骨料和细骨料，总用量每立方米1 707kg，砂率大小为34%。每组试样设计不同的再生粗骨料取代率。通过混凝土抗压强度实验测得再生细骨料取代率为30%时的混凝土抗压强度达到最大。因此增加设计了50%加细混凝土试样组，即再生混凝土试样中再生粗骨料为50%，再生细骨料为30%，进而研究再生细骨料替换部分天然细骨料之后，对再生混凝土的抗压强度的影响。根据以上设计，本次实验设置8组不同的取代率，分别为0、100%、30%、40%、50%、60%、70% 和 50% 加 细。 在抗压强度实验中为提升试样加载测量的准确性，在加载之前4h对试样进行干燥处理，避免试验机和样件的触碰瞬间所产生的高冲击力。

2 试验结果分析

2.1 按平均值（中间值）求再生混凝土抗压强度

通过试验可知，7d龄期人工级配前后均值为23 MPa，14d龄期人工级配前后均值为28.2 MPa，这两个龄期人工级配前后的混凝土抗压强度均值没有显著变化。在28d的第三个龄期，人工级配调整前抗压强度均值则为34 MPa，调整后为35.3 MPa。由上述数据可知调整后较调整前，再生混凝土抗压强度均值提高达4%。

在人工级配调整之前，取代率分别为40%、50%、60%对应的再生混凝土抗压强度均值为39 MPa、39.7 MPa和29 MPa；级配调整之后，取代率分别为40%、50%、60%对应的再生混凝土抗压强度均值为38.2 MPa、41.3 MPa和32 MPa。根据实验结果和当前的规范，使用95%保证率计算试样的抗压强度，可知取代率为50%再生混凝土抗压强度均值无论是级配调整前或后均较其他不同取代率高，呈反相关关系。分析其中的原因，是因为取代率为50%再生混凝土出现抗压强度变异问题。

2.2 再生混凝土抗压强度离散性

2.2.1 再生混凝土的σ值随取代率变化

混凝土强度标准差σ值的计算结果可衡量其强度离散性，据此研究人工级配调整前后对再生混凝土强度离散性的影响程度。通过试验可知，人工级配调整之后对应的再生混凝土的σ值下降水平和取代率呈现正相关关系，当取代率达到100%时σ值较调整之后降低达50%，达到最大。证明通过人工级配优化之后，可有效降低混凝土的抗压强度标准差。在50%加细组中，28d龄期的σ值均较其他组的高（如下页图1所示）。由此可知，在再生混凝土中增加再生细骨料，会提升混凝土的离散性。

图1 级配调整后不同龄期下抗压强度随取代率变化趋势图

2.2.2 再生混凝土σ值随龄期变化规律

再生混凝土试样采用不同取代率进行人工级配调整前后对比，通过实验研究其抗压强度标准差在的不同龄期下的变化规律。由试验可知再生混凝土试样在28d龄期时，人工级配调整前的σ值要超过普通混凝土，差值为1～3 MPa，其中再生粗骨料取代率为50%，σ值达到最大，为2.6 MPa。根据上述数据可知，调整之后28d龄期时σ值较调整之前下降达23.9%，下降显著。再生混凝土σ值调整前后均小于《混凝土结构工程施工及验收规范》σ值5 MPa；且龄期越长，降低水平越显著（如图2所示）。但由于本次实验中的所有试样均处于实验室标准环境中，试验环境佳，会有助于降低σ值，推广应用时要考虑进行环境因素修正。

图2 级配调整后不同取代率下抗压强度随龄期变化趋势图

2.3 按一定保证率求再生混凝土抗压强度

通过试验可知，按一定保证率，在人工级配调整之前，取代率分别为40%、50%、60%对应的再生混凝土抗压强度均值为35 MPa、35.7 MPa和25.6 MPa；在调整之后，取代率分别为40%、50%、60%对应的再生混 凝 土 抗 压 强 度 均 值 为35.7 MPa、37.9 MPa和28.9 MPa。根据实验结果和当前的规范，使用95%保证率计算试样的抗压强度，可知无论是人工级配调整前或后，相同保证率的再生混凝土抗压强度均呈正态分布曲线。

3 结语

（1）再生混凝土人工级配调整前，再生粗骨料级配曲线不佳，压碎指标和堆积密度这两个指标参数水平不高；调整后，级配曲线都得到明显优化，指标参数水平提高。

（2）再生混凝土人工级配调整前，再生细骨料级配曲线不能满足规范标准要求；调整之后，可满足要求，但压碎指标和堆积密度水平提高不明显。

（3）再生混凝土人工级配调整后，有效降低抗压强度离散性，其中28d龄期，再生粗骨料取代率达到100%，其离散性降低达50%。

（4）再生混凝土强度标准差σ值在人工级配调整前后均小于《混凝土结构工程施工及验收规范》σ值5 MPa；且龄期越长，降低水平越显著。

（5）取代率为50%再生混凝土抗压强度均值无论级配调整前或后较其他不同取代率高，呈现反相关关系。分析其中的原因，是因为取代率为50%再生混凝土出现抗压强度变异问题。

（6）无论是人工级配调整前或后，试样的龄期、配合比相同的情况下，再生混凝土的抗压强度均呈正态分布曲线。