废旧混凝土路面再生骨料力学性能试验研究

李清富 张海伟 徐凯光 陈坤洋

摘 要：为了促进废弃混凝土路面再生骨料的推广使用，并为基层旧料的现场再生技术提供参考，本文采用河南省许昌段的废弃混凝土块，破碎后进行筛分，并对筛分后的骨料进行物理力学性能试验。试验表明，废弃混凝土再生骨料的级配要求、表观密度、压碎值、抗压强度、劈裂抗拉強度和抗弯拉强度均满足规范要求，可以用于路面工程的施工。

关键词：废弃混凝土；再生骨料；物理性能；力学性能

中图分类号：U414 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）14-00124-04

Experimental Study on Mechanical Properties of Recycled

Aggregate from Waste Concrete Pavement

LI Qingfu ZHANG Haiwei XU Kaiguang CHEN Kunyang

（College of Environment and Water Conservancy， Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450001）

Abstract： In order to promote the popularization and use of recycled aggregate of abandoned concrete pavement， and provide reference for the field regeneration technology of the old materials at the base level， this paper used the abandoned concrete blocks in Xuchang section of Henan Province， sieved after crushing， and tested the physical and mechanical properties of the aggregate after the screening. The test showed that the gradation requirements， the apparent density， the crushing value， the 7d compressive strength， the splitting tensile strength alnd the flexural tensile strength of the recycled aggregate concrete could meet the requirements of the standard， and could be used for the construction of the paveme.

Keywords： waste concrete；recycled aggregate；physical properties；mechanical properties

我国在发展的进程中修建了大量的水泥混凝土路面，但随着使用年限的增长与交通荷载量的影响，早期修建的水泥混凝土路面开始出现问题，需要进行维护与重修才能再次投入使用。但是，在维护与重修过程中，会产生大量的废弃混凝土块，若处理不当，不仅会浪费材料，还会造成环境污染。而废弃混凝土的再利用，不仅能变废为宝，还能降低工程造价，缓解道路改建对环境造成的不利影响。

本文采用河南省许昌段的废弃混凝土块，破碎后进行筛分，并对筛分后的骨料进行物理力学性能试验，以进行再生骨料和天然骨料性能的对比分析。

1 再生骨料物理性能

再生骨料分为再生粗骨料和再生细骨料。再生粗骨料大部分为表面包裹有部分砂浆的石子，少部分为与砂浆完全脱离的石子，还有很少一部分为砂浆。其边界轮廓分明、多棱角、具有较大的表面积。再生细骨料主要为砂浆体破碎后行成的砂粒、水泥石颗粒及破碎过程中产生的少量石屑[1]。基于此，再生骨料利用时其级配、表观密度、吸水率等物理性能与天然骨料肯定不同。

1.1 再生骨料的级配

按照标准《建筑用卵石、碎石》（GB/T 14685—2011），将粗骨料在105℃±5℃温度的烘箱中烘干至恒重。冷却至室温后，按四分法取一定试验试样进行人工筛分，筛分结果如表1所示。

从表1可知：再生粗骨料的颗粒级配在规范要求的范围内，因此再生粗骨料的颗粒级配满足规范要求。

1.2 再生骨料的密度

为了对比再生骨料和天然骨料的密度关系，分别对再生粗骨料和再生细骨料进行了密度试验，试验结果如表2和表3。

从表2和表3可知：再生粗骨料、再生细骨料的表观密度、表干密度、毛体积密度均小于天然骨料。这主要是由于再生骨料表面附有水泥砂浆，而水泥砂浆的密度相对来说偏低[2]。

1.3 再生骨料的吸水率

对再生骨料和天然骨料分别进行吸水率测定，试验结果如表4所示。

从表4可知：再生粗骨料、再生细骨料的吸水率均大于天然骨料，这是由于再生骨料表面含有水泥石，且内部的微裂缝使得其吸水率比天然骨料高[3]。

1.4 再生骨料的压碎值

压碎值是衡量骨料强度的一个指标，可以用以评价基层所用骨料的质量。粗骨料又是混合料的骨架，因此对粗骨料的抗压碎性进行试验，试验结果如表5所示。

从表5可知，再生粗骨料的压碎值为25%，天然粗骨料的压碎值为22%。可见，天然粗骨料的压碎值低于再生粗骨料。这主要是因为再生粗骨料表面含有水泥砂浆及其内部含有微裂缝。压碎值越高，骨料的坚固性越小，因此再生骨料的强度要低于天然骨料。

2 再生骨料混凝土抗压强度试验

2.1 试验配合比设计

为了研究不同骨料掺量下的混凝土性能，现设计4种再生粗骨料取代率，即0%、40%、70%和100%来进行再生骨料混凝土抗压强度试验。使用经聚合物（PVA）和有机硅防水剂处理的再生骨料，以不掺加粉煤灰的普通混凝土作为基准混凝土[4]。为了提高混凝土的流动性能，采用优质粉煤灰取代部分水泥。本试验粉煤灰取代率为20%。其中，编号R表示再生混凝土，RF表示掺加20%优质粉煤灰的混凝土，其后数字表示混凝土强度等级，最后数字表示再生骨料取代率。计算混凝土配合比，结果如表6和表7所示。

2.2 试验结果

在再生骨料取代率为0%、40%、70%和100%时，粉煤灰掺量为水泥的20%，减水剂为0.5%的条件下，测得再生骨料混凝土7d和28d的抗压强度如表8和表9所示。

2.3 试验结果分析

从表8可以得出，随着再生骨料取代率的增大，混凝土的坍落度不断减小。这主要是因为再生粗骨料大部分由表面包裹着部分水泥砂浆的石子组成，还包括少部分与水泥砂浆完全脱离的石子及少量水泥石颗粒，这使得再生骨料颗粒棱角多、表面粗糙[5]。同时，在破碎过程中，机械的破碎作用与石子的各自挤压，使再生骨料内部产生微裂纹，与天然骨料相比，再生骨料的吸水率要大得多，导致坍落度减小。

从表9可以得出，掺加优质粉煤灰对混凝土性能的改变较为明显。掺加20%优质粉煤灰后，混凝土的坍落度明显增大，和易性得到改善。掺加粉煤灰可以改善混凝土内部的界面结构，从而使混凝土后期的抗压强度增加，因此，掺加粉煤灰的混凝土28d抗压强度比不掺加粉煤灰的28d抗压强度要高。

龄期相同条件下，随着再生骨料取代率的增大，与基准混凝土相比，再生骨料混凝土的抗压强度整体呈减小趋势。这是由于再生骨料表面粗糙，棱角多，破碎过程中内部会产生微裂缝。而且再生骨料表面不同程度地包裹着水泥砂浆，使得再生骨料混凝土存在一些新水泥石基体与再生粗骨料黏结较为薄弱的区域，导致抗压强度降低[6]。

3 再生骨料混凝土抗拉强度试验

3.1 试验配合比设计

在再生骨料混凝土抗压强度试验的基础上，综合工作性、强度和经济性等因素，选择再生骨料取代率为40%进行抗拉强度试验。具体配合比设计如表10所示。

3.2 试验结果

再生骨料混凝土抗拉强度试验结果如表11所示。

3.3 试验结果分析

在C30强度等级条件下，且再生骨料取代率分别为0%和40%时，掺加粉煤灰的混凝土劈裂抗拉强度比不掺加粉煤灰的混凝土劈裂抗拉强度分别要提高4%、1%，但提升效果并不明显。

在C30强度等级条件下，随着再生骨料取代率的增加，再生骨料混凝土的劈裂抗拉强度有所下降，但降低并不明显。这是因为，再生骨料在破碎和筛分过程中，并加以后期化学强化，原有骨料中的软质颗粒和粒形不良颗粒大部分会被淘汰，粒形改良和坚固性的选优排劣有助于加強粗骨料的机械锁结作用，并对各种应力下的裂纹发展有一定的抑制作用，所以有助于混凝土强度的提高[7]。

4 再生骨料混凝土抗折强度试验

4.1 试验配合比设计

在再生骨料混凝土抗压强度试验的基础上，选择再生骨料取代率为40%进行抗折强度试验，其试验配合比与再生骨料抗拉强度试验配合比一样，结果如表10所示。

4.2 试验结果

再生骨料混凝土抗折强度试验结果如表12所示。

4.3 试验结果分析

从混凝土破坏试件表面观察，普通混凝土与再生骨料混凝土部分相似，但再生骨料混凝土的破坏不仅表现为再生粗骨料和新水泥浆体之间的黏结破坏，还表现为再生粗骨料本身的断裂。

在C30强度等级条件下，且再生骨料取代率相同时，掺加粉煤灰的混凝土抗折强度比不掺加粉煤灰的混凝土抗折强度要高。

在C30强度等级条件下，且粉煤灰掺量相同时，随着再生骨料取代率的增大，混凝土劈裂抗拉强度也随之降低，但降低效果并不明显。这主要是因为再生骨料颗粒包裹有水泥砂浆，使再生骨料与水泥砂浆之间的弹性模量相差较小，进而产生微细裂缝的趋势就会减小[8]。

5 结论

①本试验测定了再生骨料混凝土的物理性能和力学性能。经破碎得到的再生骨料，其棱角多，表面粗糙，外层多覆盖一层水泥砂浆。对破碎后的再生骨料进行筛分，其颗粒级配满足规范要求。

②与天然集料相比，再生骨料的表观密度、表干密度、毛体积密度较小，但其吸水率和压碎值较高。

③改变粉煤灰掺量和再生骨料取代率，对再生骨料混凝土进行抗压强度试验。在C30强度等级下，粉煤灰掺量一定时，随着再生骨料取代率的增加，混凝土的抗压强度整体呈现出降低的趋势；在C30强度等级下，再生骨料取代率一定时，粉煤灰的掺入使得混凝土的抗压强度增加。综合抗压性能和经济因素，选择再生骨料取代率为40%，进行劈裂抗拉强度和抗折强度试验。

④在C30强度等级下，粉煤灰掺量一定时，随着再生骨料取代率的增加，混凝土的抗拉强度和抗折强度整体呈减小趋势；在C30强度等级下，再生骨料取代率一定时，随着粉煤灰的掺入，混凝土的抗拉强度和抗折强度均增大。

⑤试验分析证明：再生骨料的物理力学性能符合规范要求，可以用于路面工程的施工。

本文只对C30强度等级的混凝土进行研究，而对于高强混凝土的抗压、抗拉和抗折性能的变化规律还需要进一步试验研究分析。

参考文献：

[1]吴博.水泥路面再生混凝土的路用性能[J].交通标准化，2014（12）：62-64，67.

[2]赵亚兰.水泥稳定再生碎石路用性能研究[J].公路与汽运，2013（5）：166-170.

[3]徐翔波.再生混凝土配合比设计及其物理力学性能研究[D].柳州：广西科技大学，2015.

[4]杜婷.高性能再生混凝土微观结构及性能试验研究[D].武汉：华中科技大学，2006.

[5]伍超.公路路面再生骨料混凝土试验研究[D].成都：西南交通大学，2005.

[6] Dimitriou G，Savva P，Petrou M. Enhancing mechanical and durability properties of recycled aggregate concrete[J]. Construction & Building Materials， 2018（158）：228-235.

[7] Paul S C， Panda B， Garg A. A novel approach in modelling of concrete made with recycled aggregates[J]. Measurement，2018（115）：64-72.

[8] Lopezuceda A， Agrela F，Cabrera M，et al. Mechanical performance of roller compacted concrete with recycled concrete aggregates [J].Road Materials and Pavement Design，2018（1）：36-55.