再生块体混凝土力学性能的影响因素及其改良研究

刘春晖

（佛山市顺德区碧桂园物业发展有限公司，广东佛山528000）

现阶段，废弃混凝土的处理比较简易，一般以直接倾倒、填埋为主，另有少量废弃混凝土可以作为路基填料使用。直接倾倒或者填埋的处理方式既占用了大量土地，运输过程又消耗大量能源，况且转运过程产生大量粉尘、碎屑等造成二次污染，对环境承载能力损害极大。在国家日益重视环境保护的今天，废弃混凝土的回收利用将是大势所趋，再生混凝土将被大力推广使用。

1 再生骨料、再生块体及再生块体混凝土

1.1 再生骨料、再生块体的定义

现在通常所称的混凝土再生骨料是指再生粗骨料、再生细骨料两种。其中，再生细骨料特征尺寸一般介于0.16～5 mm之间，再生粗骨料特征尺寸一般介于5～31.5 mm之间。再生块体是块体型废弃混凝土，形状类似于天然骨料，一般为不规则凸多面体，尽量减少针、片状块体，其特征尺寸明显大于再生骨料，一般介于50～400 mm之间，以能方便放置为宜；节段型废弃混凝土一般长约500mm以上，以回收过程和施工需要为准。

1.2 再生骨料、再生块体的生产工艺

生产再生骨料所采用的废弃混凝土来源各不相同，顾荣军等将废弃混凝土分为四类：第一类为无杂质的混凝土，如实验室的混凝土试块；第二类为不含钢筋但含有其他杂质的混凝土，如路面整修产生的混凝土块；第三类为含有钢筋及杂质的混凝土，如建筑拆迁后的钢筋混凝土；第四类为含有大量不易分离杂质的混凝土。该四类混凝土的破碎工艺各不相同，其中第四类混凝土由于生产过程较繁琐，不建议使用。以上三类废弃混凝土生产再生骨料的生产工艺一般包含破碎、磁性分选（清除废铁料）、杂物分选（清除木料、塑料等杂物）、振动筛分（清除5mm以下碎料）、冲洗等过程。

再生块体是废弃混凝土构件在破碎过程中产生的大尺度块体（特征尺寸50～400mm之间），其生产工艺也包括破碎、筛分、净化等过程，却大大简化。再生块体生产工艺与再生骨料生产工艺最大的不同在于破碎的特征尺寸大，降低了破碎成小尺度骨料对能源的消耗，同时，筛分、净化等过程相较生产再生骨料容易很多。生产再生块体也不可避免会产生少量的特征尺寸很小的块体，该特征尺寸很小的块体可以作为再生骨料使用。

1.3 再生块体混凝土

再生块体混凝土是一种新型的废弃混凝土处理方式，它的突出特点是简单、经济，不需要生产再生骨料所必须的复杂过程。再生块体混凝土是新鲜混凝土与废弃混凝土块体的混合物，其中的废弃混凝土块体尺寸较大，明显大于再生骨料混凝土中的再生粗骨料。在浇筑时，将新鲜的混凝土与大块的废弃混凝土块体同时浇筑成新型的组合结构构件——再生混合构件。与再生骨料混凝土相比，再生块体混凝土具有制作成本低的优势，据吴波等调查，在破碎废弃混凝土的过程中可以节约能耗40%～60%，制备混凝土时可以节约30%的水泥用量。发展再生块体混凝土是废弃混凝土循环利用的一条有效途径。

2 废弃混凝土块体对再生块体混凝土力学性能的影响

2.1 影响规律

通过再生块体混凝土试件的抗压、抗拉、抗弯试验，研究了废弃混凝土块体强度和废弃混凝土块体取代率对再生块体混凝土力学性能的影响。试验表明，废弃混凝土块体和新混凝土的抗压强度以及废弃混凝土块体的取代率是影响再生块体混凝土抗压强度的关键因素。

（1）当废弃混凝土块体的抗压强度小于新混凝土的抗压强度时，随着再生块体混凝土中废弃混凝土块体含量的增加，再生块体混凝土整体的抗压强度逐渐减小；当废弃混凝土块体的抗压强度大于新混凝土的抗压强度时，随着废弃混凝土块体在再生块体混凝土中含量的增加，再生块体混凝土整体抗压强度逐渐增大。

（2）无论废弃混凝土块体的抗压强度与新混凝土的抗压强度相比孰高孰低，再生块体混凝土的抗拉强度、抗弯强度以及弹性模量都随着废弃混凝土块体含量的增大而减小，峰值应变随着废弃混凝土块体含量的增大而增大。

（3）再生块体混凝土的应力——应变曲线，其上升段基本可以不考虑废弃混凝土块体含量的影响，但是其下降段随着废弃混凝土块体含量的增大逐渐变得陡峭，说明随着废弃混凝土块体含量的增加，再生块体混凝土的延性呈现降低趋势，废弃混凝土块体含量对应力——应变曲线的下降段影响比上升段更为明显。

（4）通过扫面电镜观察，废弃混凝土块体与新混凝土界面是再生块体混凝土中的薄弱环节，对再生块体混凝土的力学性能有明显的不利影响。

2.2 微观机理

在再生块体混凝土中，废弃混凝土块体与新混凝土之间的界面显得更为重要，它与普通混凝土中的界面有着本质不同。因为废弃混凝土块体相比普通混凝土中的天然粗骨料具有更大的特征尺寸，使再生块体混凝土中废弃混凝土块体与新混凝土之间的界面尺寸更大，大大超过了普通混凝土中天然粗骨料与砂浆之间的界面，况且废弃混凝土块体与新混凝土界面的分布更加集中，更易于裂缝的萌发和扩展。另外，废弃混凝土块体本身四周附着有大量相对松软的砂浆，这也影响了废弃混凝土块体与新混凝土之间的粘结强度。

废弃混凝土块体表面具有微小的裂纹，这些裂纹可能是在废弃混凝土由构件加工为块体的破碎过程中产生的，遍布废弃混凝土块体的表面，在再生块体混凝土的浇筑振捣过程中，这些微小裂纹可能会有新混凝土砂浆或水泥浆进入，对其起到一定程度的弥合，但是，其对再生块体混凝土的整体力学性能也会有明显影响，这是必然的。在普通混凝土中，天然粗骨料的尺寸相比试件本身的尺寸很小，在加载过程中粗骨料周围的界面即使开裂以后，骨料与骨料之间仍具有显著的嵌挤作用，这也保证了混凝土仍具有相当的强度，但是在再生块体混凝土中，大尺寸废弃混凝土块体之间的嵌挤作用相对很弱，这也是再生块体混凝土力学强度低于新混凝土的原因之一。

3 再生块体混凝土力学强度的改良

为了改善再生块体混凝土的强度，采用了二次振捣方式对再生块体混凝土进行振捣，并将其试验结果与采用普通振捣方式的试验结果进行了比较，得到以下结论：

（1）采用二次振捣方式不同程度地提高了再生块体混凝土的抗压、抗拉、抗弯强度。

（2）采用二次振捣方式情况下，废弃混凝土块体的取代率对抗压、抗拉、抗弯强度的提高影响较大，随着废弃混凝土块体取代率的增加，抗压、抗拉、抗弯强度的提高幅度逐渐增大。

（3）采用二次振捣方式情况下，废弃混凝土块体的抗压强度对抗压、抗拉、抗弯强度的改善幅度影响不大。

（4）再生块体混凝土中，废弃混凝土块体与新混凝土界面是再生块体混凝土的薄弱环节，采用二次振捣方式使该界面处的微观结构更加密实，改善了再生块体混凝土整体的力学强度。

4 结语

如何科学地利用建筑活动中产生的大量废弃混凝土，是促进建筑业可持续发展、实现节能。减排战略目标亟待解决的问题之一。再生块体混凝土是废弃混凝土循环利用的一条有效途径，其可以将废弃混凝土的回收利用从骨料层次提升1～2个数量级达到大尺度块体或节段层次，避免了生产再生骨料所需的破碎、筛分、净化等过程，更加节能、环保。本文着重考察了废弃混凝土块体强度、取代率等对再生块体混凝土力学性能的影响规律，提出了可强化再生块体混凝土力学强度的二次振捣方法，为工程引用奠定了基础。