建筑垃圾再生骨料基本性能研究

何永全，王政，李乐继

（1.重庆市环卫集团有限公司，重庆401121；2.重庆大学城市建设与环境工程学院，重庆400045）

随着城市化、城镇化建设步伐的推进，建筑行业不断演化升级的建筑模式更新更替速度令人震惊。城市建设中建筑建造过程是一个“高资源、高能源”的消耗过程，其中水泥、石材、砂、铝材和钢筋等建筑材料消耗大量的能源和矿产资源[1]。伴随着砂、石资源的过度开采，城市周边天然的砂、石建筑材料濒临枯竭，对自然资源和环境产生了严重的破坏和影响。

2010年住房和城乡建设部原副部长仇保兴指出[2，3]，我国城市建设拆除的大量建筑其平均寿命只有25～30年，每年产生的建筑垃圾总量数以亿吨计，建筑垃圾的产生量约占城市垃圾总量的30%～40%。如此巨量的建筑垃圾，处理处置不当会带来土壤、水质和大气等环境问题，危及人体健康，给经济社会持续健康发展带来不利影响[4]。鉴于此，为实现我国社会建设的可持续发展，开展建筑垃圾资源化利用的研究尤为必要。国内外关于建筑废弃混凝土的资源化利用主要有3个层次[5]：（1）低级利用，如作为基础回填材料和铺垫路基；（2）中级利用，如用作道路的基层或建筑物基础材料；（3）高级利用，如作为再生骨料（Recycled Aggregate）配制再生骨料混凝土（Recycled Aggregate Concrete）或砖，用在道路面层、建筑构件上或用于制造水泥等。文中开展建筑垃圾再生骨料基本性能试验研究，对不同品质的再生骨料分层次资源化利用，以实现建筑垃圾废弃混凝土的高水平高附加值应用。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

建筑垃圾再生骨料取自重庆市益卫生态环保科技有限公司建筑弃料综合利用场。建筑垃圾再生骨料是经颚式破碎和反击破碎后筛分得到，其中再生混凝土骨料约占93.4%，碎砖块骨料约占5.6%，木渣、玻璃、纸屑、塑料等杂质含量不足1%。

1.2 试验方法

试验再生骨料基本性能的分析测试采用《建设用卵石、碎石》（GB/T 14685—2011）中相关的试验方法进行。

2 试验结果和分析

2.1 再生粗骨料试验结果

2.1.1 再生粗骨料的颗粒级配

试验所用两种单粒粒级为5～8 mm（短粒径再生粗骨料，SRA）和8～20 mm（长粒径再生粗骨料，LRA）的再生粗骨料，其颗粒级配试验结果见表1。可以看出，LRA在边长为9.5 mm方孔筛筛上骨料质量累计筛余百分率为79.9%，低于对应的筛余规定值，其余各部分以及SRA均满足对应的规定范围。表2为再生粗骨料LSRA的颗粒级配。可以看出各级累计筛余均良好符合对应的规定范围。综上分析，单粒级SRA和连续粒级LSRA均满足《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177—2010）中对单粒粒级5～10 mm和连续粒级5～20 mm的再生粗骨料的颗粒级配规定。

表1 单粒级再生粗骨料LRA和SRA的颗粒级配

表2 再生粗骨料LSRA的颗粒级配

2.1.2 再生粗骨料的含水率和吸水率

再生粗骨料的含水率和吸水率试验结果见表3。可以看出，SRA和LRA两种单粒级再生粗骨料的含水率分别为4.4%和5.7%，单粒粒级越大含水率越高。LRA和SRA按质量比1∶1混合得到的LSRA含水率为5.0%。

表3 再生粗骨料含水率

两种单粒级的再生粗骨料SRA和LRA的24 h吸水率分别为7.3%和6.8%，LSRA的吸水率为7.0%，均满足《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177—2010）再生粗骨料吸水率Ⅲ类（＜8%）要求。已有研究表明[6-8]：再生粗骨料表面包裹着硬化砂浆和杂质，这层砂浆和杂质使再生骨料表面比天然骨料表面更粗糙、棱角更多，而硬化砂浆和杂质的吸水率明显高于天然粗骨料，导致再生粗骨料的吸水率高。SRA吸水率比LRA吸水率高的原因是SRA颗粒粒径较小，比表面积大。

2.1.3 再生粗骨料的压碎指标

再生粗骨料压碎指标试验结果见表4。再生粗骨料压碎指标为18%，满足《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177—2010）再生粗骨料压碎指标Ⅱ类（＜20%）要求。再生粗骨料表面含有少量强度远低于天然骨料的砂浆和破碎加工过程中造成的微裂纹等损伤，使得再生粗骨料孔隙率高、压碎值增大[9]。

表4 再生粗骨料压碎指标

2.1.4 再生粗骨料的针、片状颗粒含量

经过试验测得再生粗骨料针、片状颗粒含量为11%（精确到1%），超过再生粗骨料的针、片状颗粒含量规定，满足建设用卵石、碎石中规定的针、片状颗粒含量Ⅲ类（≤15%）要求，略高于Ⅱ类（≤10%）要求。

2.1.5 再生粗骨料的密度和空隙率

单粒级SRA和LRA的表观密度分别为2 625 kg/m3和2600kg/m3，连续粒级LSRA的表观密度为2615kg/m3，符合《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177—2010）再生粗骨料Ⅰ类（＞2 450 kg/m3）表观密度要求。再生粗骨料表观密度大于天然骨料，查阅大量文献比对发现，主要原因是再生骨料表面包裹着一定数量的硬化砂浆。此外，也有研究表明[9-12]：产生这一结果还与再生骨料母体混凝土的强度等级、配比、使用时间、使用环境及地域等因素有关。

再生粗骨料SRA，LRA和LSRA的松散堆积空隙率均为55%，紧密堆积空隙率分别为49%，50%和50%，随着再生骨料颗粒粒径的减小,再生骨料的堆积空隙率略有降低。紧密堆积空隙率符合《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177—2010）再生粗骨料Ⅲ类（＜53%）空隙率要求，在Ⅱ类临界规定值50%附近波动，松散堆积空隙率超过Ⅲ类（＜53%）空隙率要求。产生这一结果，主要是由于再生骨料的表面粗糙度和棱角效应[9]。

2.2 再生细骨料的基本性能

2.2.1 再生细骨料的颗粒级配

再生细骨料的颗粒级配的试验结果见表5。可以看出，与《混凝土和砂浆用再生细骨料》（GB/T 25176—2010）规定再生细骨料的颗粒级配1，2，3级配区相比，4.75 mm和0.15 mm筛档满足级配区要求。2.36 mm筛档不满足任何一个级配区要求。其他孔径筛筛上累计筛余分别符合再生细骨料1，2，3级配区某一个或两个配区规定范围，但均不能同时满足3个配区规定范围。

表5 再生细骨料颗粒级配

2.2.2 再生细骨料的含水率和饱和面干吸水率

再生细骨料含水率和饱和面干吸水率分别为3.4%和10.6%。相比于再生粗骨料含水率和吸水率，再生细骨料含水率明显低于再生粗骨料，而前者饱和面干吸水率远远大于后者。主要原因是：再生细骨料与水接触总表面积远大于再生粗骨料，再生细骨料含有更多硬化砂浆和杂质，再生细骨料表面和内部有大量微裂纹，因此助长了再生细骨料的吸水率。

2.2.3 再生细骨料的压碎指标

再生细骨料压碎指标值为33%，超过《混凝土和砂浆用再生细骨料》（GB/T 25176—2010）再生细骨料压碎指标Ⅲ类（＜30%）要求，力学性能差。原因是再生细骨料中含有大量强度很低的砂浆和泥土等杂质，加之再生细骨料表面和内部有大量微裂纹，因此降低了其力学性能。

2.2.4 再生细骨料的密度和空隙率

再生细骨料的表观密度为2 610 kg/m3，符合《混凝土和砂浆用再生细骨料》（GB/T 25176—2010）再生细骨料Ⅰ类（＞2 450 kg/m3）表观密度要求。再生细骨料的松散、紧密堆积密度分别为1210kg/m3和1360kg/m3，分别满足《混凝土和砂浆用再生细骨料》（GB/T 25176—2010）再生细骨料Ⅲ类（＞1 200 kg/m3）和Ⅰ类（＞1 350 kg/m3）堆积密度规定。再生细骨料的松散、紧密堆积空隙率分别为54%和48%，分别超过再生细骨料Ⅲ类（＜52%）和Ⅱ类（＜48%）要求。《建设用砂》（GB/T 14684—2011）规定砂的松散堆积密度不小于1400kg/m3，空隙率不大于44%。再生细骨料松散堆积密度小于砂，空隙率远大于砂，主要因为再生细骨料中含有硬化砂浆和泥土等杂质，而且再生细骨料表面有很多微裂纹。

3 结论

（1）建筑垃圾废弃混凝土在解体和破碎生产再生骨料的过程中，造成再生骨料及骨料表面砂浆内部存在大量微裂纹，骨料表面粗糙，棱角较多，针片状颗粒含量较多，且骨料表面包裹有或多或少的硬化砂浆。

（2）单粒级SRA和连续粒级LSRA均满足再生粗骨料的颗粒级配规定，LRA在4.75mm，9.5mm方孔筛筛上骨料质量分计筛余和累计筛余值不够理想。两种单粒级再生粗骨料SRA，LRA和连续粒级LSRA在含水率、吸水率、压碎指标、针片状颗粒含量、表观密度、堆积密度和空隙率基本性能上，均能较好满足《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177—2010）相关规定。

（3）再生细骨料大多是废弃混凝土破碎过程中骨料棱角或者损伤产生的，其表面和内部有大量微裂纹，且含有较多微粉、硬化砂浆和杂质等，致使再生细骨料颗粒性质、物理性质和力学性质差，不能较好满足或满足《混凝土和砂浆用再生细骨料》（GB/T 25176—2010）相关规定。

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