再生骨料掺量对再生混凝土力学性能的影响研究

陈晶亮

（福建连江县丰源实业有限公司，福建 福州 350000）

1 引言

在城镇化不断发展的背景下，各地建筑物数量明显增加，由此会消耗大量的建筑材料。虽然发展会给当地带来一定的经济收益，但也会因此产生部分建筑废弃物影响当地环境，导致建材紧缺和废弃物环境污染问题。再生混凝土技术很好地克服了这两大问题。对建筑垃圾进行处理和循环使用，不仅可以极大地缓解我国建筑材料的紧缺问题，还可以为废弃混凝土的处置问题提出解决方案，对我国建筑行业的可持续发展有着重大的现实价值，也是我国大力倡导的能源节约与节约型城市建设的必然选择，将产生重大的社会效益和经济效益。虽然再生混凝土具有经济性和环保性特点，但受再生骨料性能缺陷的影响，再生混凝土的基础力学性能比普通混凝土略微降低，使它在工程中的应用受到了极大的限制，因此，针对不同再生骨料取代率对其力学性能的影响程度的研究，具有一定的现实意义。

2 试验方法

2.1 试验材料

2.1.1 原材料选取

本文以C30 强度的混凝土作为基础原料，将废弃的混凝土通过压碎、除杂、筛选等加工处理得到粒径为5.0～25.0mm 的再生骨料，制作标准尺寸的立方体试件，并分别进行立方体和易性、抗压强度和抗折强度的基本力学试验。

①水泥：本试验采用扬州海螺水泥有限责任公司生产的P·O42.5 水泥，技术指标见表1。

表1 水泥技术指标

②粉煤灰：本试验采用福建华电可门发电有限公司生产的粉煤灰作为试件的原材料，具体性能技术指标见表2。

表2 粉煤灰技术指标

③粗骨料（碎石）：试验中所选的粗骨料为福建省连江县宏晟矿业有限公司生产的沉积岩碎石，粒径为5.0～25.0mm 的粗骨料的具体强度可通过压碎度表示。压碎度与粗骨料的抗破碎性能之间成反比例关系，即压碎度的值越大，粗骨料的抗破碎能力越差，强度越低。具体计算公式为：

④细骨料（机制砂）：试验中所选的细骨料为沉积岩机制砂，通过制砂机及其他附属设备将沉积岩碎石进行破碎，将破碎机碎出的半成品用振动筛筛分，并将大于4.75mm 的碎石进行再次破碎，直到加工成粒径小于4.75mm 的颗粒。

⑤外加剂：外加剂一般是指减水剂，可起到减少用水量的作用，同时对提升再生混凝土的和易性具有一定的积极作用，但是，要想实现该目标，必须保持混凝土坍落度不变。本试验采用的减水剂为聚羧酸减水剂，经过多次试配后，将减水剂的掺量确定为胶凝材料用量的2.5%。

2.1.2 配合比设计

针对上述选取的原材料分析适用于再生混凝土的配合比。考虑到与基准混凝土相比，再生混凝土的吸水量更大，会提前吸收搅拌中的水分，导致配合比中的实际水分减少，因此，将再生骨料预先湿润处理，避免发生水分较低的问题，造成试件干裂。在保证水分适当的前提下，根据实际检测数据得出再生混凝土的配合比见表3。

表3 再生混凝土试件配合比

2.2 试件制备

在试件制作过程中，将事先准备好的各种原料倒入搅拌机进行搅拌，持续60s，此步骤不加水；然后，加入适量的水再次搅拌均匀即可，第一罐混凝土开始搅拌时，要用水充分打湿搅罐后，再将新拌混凝土倒入容器，将配比好的骨料和浆液均匀地分布到所有模具中。再将模具放到振动设备操作台上，振动40s 左右或有浆液在上飘浮为止；灌注成型后，在所有模具上面覆盖一层塑料薄膜，可起到保湿防干裂的作用，放置24h 后，观察试件凝固性能，强度达到标准要求即可进行脱模，并用笔标注标号，将试件放到标准养护室里进行养护，养护28d 后可进行试验。试件制备完成后，任意挑选5 个试件作为试验测试对象，并按照顺序进行标记。

3 试验结果分析

完成再生混凝土试件制备后进行试验测试分析，将和易性和力学性能作为测试指标，得出不同试件在不同再生骨料取代率下的变化特点。

3.1 再生混凝土和易性检测

选取试件1 和试件3 作为试验对象，测定再生混凝土的坍落度与和易性。当再生骨料掺量较大时，试件没有发生泌水问题，且具备较好的黏聚性；而当掺量减少后，试件可能产生少量泌水，且黏聚性大不如掺量较大的试件。各个试件的坍落度与再生骨料取代率之间成负相关，即取代率增加，坍落度降低。以试件1 和试件3 为例分析再生混凝土坍落度变化情况。其中，试件1的坍落度在取代率为0%时达到了最大值，可达150mm；当取代率为100%时，试件3 的坍落度明显大幅度降低，具体为130mm；当取代率为50%时，试件3 的坍落度为145mm，坍落度无明显降低。其他试件的变化趋势和特点与上述试件具有一致性，由于篇幅有限，本文不对其他试件进行具体的数据分析。

通过上述测试结果可知，取代率大小能够对试件的坍落度产生一定的影响，影响程度较小，但对黏聚性和保水性的影响较为明显。

3.2 再生混凝土力学性能检测

通过上述分析得出了再生骨料掺量对试件和易性的影响，下面，以力学性能作为测试重点，分析再生骨料掺量对不同试件的影响程度。在力学性能分析中，抗压强度和抗折强度作为常用的指标，能够准确地反映混凝土试件的真实性能状态，因此，对二者进行计算：

其中，F表示混凝土的极限荷载；S表示试件在测试中的受压面积；表示多次测试中不同试件的平均抗压强度；δ表示混凝土抗压系数。

根据公式（2）和公式（3）计算混凝土试件1 和试件3 的力学性能指标，并绘制出强度发展规律图（见图1）。

图1 混凝土试件1 和试件3 的力学性能检测结果

从图1-a 可以看出，抗压强度并非随骨料取代率的增大而加强，也不会因取代率减少而降低，存在一个最优的掺入比例（约为50%)，当取代率为50%时，抗压强度达到最佳状态，但如果取代率大于50%，则会明显降低。从图1-b 可以看出，试件抗折强度的改变与抗压强度的改变是相似的，并随着取代率的提高，呈现出先上升，达到一定强度后再下降的趋势。其最佳掺量同样出现在50%左右。

从整体上来看，当再生骨料取代率在50%时，不同试件的力学性能均达到了最佳状态，因此，在配制再生混凝土时，要准确把握再生骨料的掺量，避免因再生骨料取代率过高或过低造成试件力学性能的降低，以提升混凝土的应用性能。

4 结语

虽然在实际工程中，再生混凝土的使用能够符合环境保护和可持续发展理念，然而与天然骨料相比，再生骨料仍存在吸水率高、内部大量微裂纹、破碎指数高、表面密度低等缺点，从而造成了其在力学性能和耐久性上与一般的混凝土材料存在一定的差距，所以，有必要深入探讨其他条件对其力学性能的影响。然而，因为每位学者或研究人员所采用的试验方式和试验所用的资料不一样，导致了研究成果存在较大差异，难以为实际运用提供理论基础。为了有效改善上述问题，本文结合了工程实际配合比，研究了再生混凝土的基本力学性能，为实际工程中的相关应用提供了理论依据。本文通过实际试验得出的相关结论如下：

（1）再生混凝土试件的和易性受骨料取代率的影响。通过具体分析可知，二者之间成正相关，即取代率越大、掺量越大，试件的黏聚性越好、和易性越强。反之，则和易性越差，并可能产生少量泌水。

（2）再生骨料掺量与试件力学性能之间存在一个最佳值，当取代率为50%时，试件的力学性能达到最佳。