再生混凝土配合比设计及工程应用

宋天霸

四川钟鸣建设工程有限公司 四川 成都 610031

引言

近年来市政、水利、道路等工程建设力度不断加大，产生了数量巨大的建筑垃圾；而建筑垃圾的合理处治成为政府、人民关注的问题；日本和欧美由于资源、环境等因素限制，很早就开始了再生混凝土研究和应用，在再生混凝土应用方面比较成熟；我国再生混凝土研究应用起步相对较晚，全国各地发展不均衡。本文着力于研究使用破旧废弃混凝土等建筑垃圾生产再生混凝土，用于水利水电、道路、市政等工程项目，解决建筑垃圾污染、占地、消耗等问题，同时减少天然砂石料的开采，节约资源，降低工程成本，保护环境，响应国家的可持续发展战略。

1 再生骨料的特点

再生骨料是由废弃混凝土通过清洗、破碎、分级和按一定比例相互配合后得到的骨料，再生骨料包括再生粗骨料[1]和再生细骨料[2]，与天然骨料在外观、物理、力学指标上都有一定差别，具体如下：

再生粗骨料分为三种：①包裹有砂浆的石子、②脱离砂浆的净石子、③砂浆块。一般粒径范围有：5～16mm、5～20mm、5～25mm、5～31.5mm、5～40mm连续级配或者5～10mm、10～20mm、16～31.5mm、20～40mm单级配等。

吸水率高，一般天然粗骨料吸水率0%～3%，再生粗骨料大多吸水率3%～20%，配合比中用水量增加。

表面粗糙，在混凝土中有利于咬合嵌紧。

耐磨性较差，不适用于路面层混凝土。

压碎值较大，预计再生混凝土与基准混凝土相比强度只能达到70%～85%。

汉源县第二通道改建工程路面面板破旧混凝土，约有12000m3，抗压强度为38～46MPa之间。

2 再生混凝土配合比设计研究

本研究欲将这些面板破碎混凝土破碎、清洗、分级待用，检测再生粗细骨料各项物理力学指标，与汉源县老虎沟砂场生产的天然粗细骨料比对各项物理力学指标和配制混凝土的性能及强度。若再生骨料生产的再生混凝土各项指标满足使用要求，可以将汉源二通道面板破碎混凝土生产成再生集料，配制再生混凝土用到挡墙、边坡、涵洞等处；解决建筑垃圾污染、占地、消耗等问题，变废为宝，降低工程成本，保护环境。

2.1 原材料

将原C40混凝土试块破碎筛分成再生骨料，老虎沟砂场的砂石加工系统为颚式破碎，生产的再生骨料粒型较好，针片状颗粒很少，见图1；与天然原生砂石骨料对比各方面物理性质及力学性质见表1至表4：

图1 C40混凝土再生骨料

表1 C40混凝土再生粗骨料各项指标

表2 C40混凝土再生细骨料各项指标

表3 老虎沟砂场原生粗骨料各项指标

表4 老虎沟砂场原生细骨料各项指标

2.2 再生混凝土配合比设计

2.2.1 设计依据。

JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》

GB/T 14684-2011《建设用砂》

GB/T 14685-2011《建设用卵石、碎石》

GB/T 25176-2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》

GB/T 25177-2010《混凝土用再生粗骨料》

JGJ/T 240-2011《再生骨料应用技术规程》

JGJ 52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》

山东省 DB37/T 5176-2021《再生混凝土配合比设计规程》

GB/T 1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》

GB 8076-2008《混凝土外加剂》

2.2.2 设计过程。

（1）根据第一步表中二通道路面破碎面板混凝土再生粗骨料的各项参数，该再生粗骨料属于Ⅱ类再生粗骨料，可用于配制C40及以下等级再生混凝土；再生细骨料属于Ⅰ类再生细骨料，可用于配制C40及以下等级再生混凝土[3]。

（2）C20、C25、C30再生混凝土配合比各材料用量计算参照JGJ/T 240-2011《再生骨料应用技术规程》、山东省 DB37/T 5176-2021《再生混凝土配合比设计规程》、JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》三本规范来调整； 因再生骨料的来源广而杂，种类多样，各项性能指标并不一定能一致的能判定为Ⅰ类或者Ⅱ类、Ⅲ类骨料； 不能单一的照搬某本规范的设计方法和计算公式，在做再生混凝土配合比设计时应根据骨料具体情况参照以上几本规范调整、试配出最佳配合比[4]。

（3）各等级再生混凝土经过试配试拌检测其拌合物性能，出现以下几个问题，经过调整、试配提出了相应解决办法，如下：

再生混凝土容重偏小、孔隙偏多影响耐久性——解决办法是胶凝材料中掺入＞20%粉煤灰；

再生混凝土和易性差，流动性、粘聚性、保水性不好——解决办法是提高0.1%减水剂掺量，粉煤灰超掺1.2倍；

再生混凝土由于再生骨料需水量大，浇筑后容易干缩——解决办法是在生产再生混凝土之前每方洒水10kg使再生骨料预饱和（也可加入适量膨胀剂抵消部分干缩变形）；

再生混凝土由于再生骨料的裂隙、与水泥砂浆的黏合等原因造成抗压、抗拉强度稍低——解决办法是比原生砂石料砼多加0.1%减水剂（或者增加单方水泥用量）。

再生混凝土配合比经过调整、改善各方面性能指标后与老虎沟砂场天然砂石料混凝土各项指标比见表5至表7，其中天然砂石料的混凝土配合比设计按规范进行[5]。

表5 C20原生骨料混凝土与再生骨料混凝土各指标对比

表6 C25原生骨料混凝土与再生骨料混凝土各指标对比

表7 C30原生骨料混凝土与再生骨料混凝土各指标对比

2.2.3 结论。

经以上试验，得出如下结论：

（1）胶凝材料中掺入＞20%粉煤灰，再生混凝土黏聚性、密实性较好；

（2）在生产再生混凝土之前每立方米骨料洒水10kg使再生骨料预饱和，再生混凝土浇筑后干缩减小，与原生砂石料混凝土接近；

（3）再生混凝土比原生砂石料混凝土多加0.1%减水剂，增加单方水泥用量10kg，再生混凝土抗压强度达到同等级原生砂石料混凝土强度。

调整后的C20、C25、C30再生混凝土容重、含气量、坍落度强度、和易性可满足工程现场使用要求； 汉源县城第二通道改造项目使用原老旧路面破碎面板混凝土（C40）生产再生骨料，进行再生混凝土生产、使用，浇筑了约8000立方米C20挡墙混凝土，节约成本、产生经济效益、环保效益。