建筑垃圾再生混凝土配合比設(shè)計(jì)初探

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【摘要】對建筑垃圾再生粗集料和細(xì)集料進(jìn)行了集料性能試驗(yàn)，并開展建筑垃圾再生混凝土配合比設(shè)計(jì)和強(qiáng)度測定。研究表明，粗集料的表觀密度偏小，針片狀顆粒含量偏高、吸水率偏大，壓碎值和含泥量滿足JTG/T3650—2020《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中Ⅱ類粗集料要求，細(xì)集料的含泥量和吸水率偏高；當(dāng)再生集料取代率從0%增加至100%，混凝土抗壓強(qiáng)度下降7.1%、12.0%、18.2%、21.4%和22.9%，但仍表現(xiàn)出較好的和易性；當(dāng)再生集料取代率相同時(shí)，與只采用再生細(xì)集料和采用粗、細(xì)混合再生料相比，只采用再生粗集料混凝土強(qiáng)度更高。通過對高取代率的低標(biāo)號建筑垃圾再生混凝土進(jìn)行施工配合比設(shè)計(jì)和應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度基本能夠滿足現(xiàn)場施工需求。

【關(guān)鍵詞】再生混凝土；集料；建筑垃圾；配合比設(shè)計(jì)；取代率

1原材料及試驗(yàn)方法

1.1原材料

1.1.1再生集料。選用浙江省杭州市余杭區(qū)4家公司生產(chǎn)的建筑垃圾再生集料，篩分為3種規(guī)格混凝土集料。該集料是對當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生的混凝土路面破除料、瀝青銑刨料、水穩(wěn)刨銑料、廢舊磚渣料回收后進(jìn)行二次加工。1.1.2其他材料。水泥選用普通硅酸鹽水泥（P·O42.5），材料指標(biāo)要求如表1所示。選用的石灰為I級石灰，有效氧化鈣和氧化鎂含量為82.38%。粉煤灰為F類I級，0.2%的含水量，燒失量為2.85%。水為自來水。對比試驗(yàn)采用的粗集料為天然玄武巖集料，細(xì)集料為天然河砂。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1集料性能試驗(yàn)。依據(jù)JTGE42—2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》分別使用網(wǎng)籃法和容量瓶法測定建筑垃圾再生粗、細(xì)集料的表觀密度和吸水率，使用針片狀規(guī)準(zhǔn)儀測定粗集料針片狀顆粒含量，使用含泥量及泥塊含量試驗(yàn)來測定粗集料含泥量，使用篩洗法和亞甲藍(lán)測定細(xì)集料含泥量，使用壓碎值試驗(yàn)測定粗集料壓碎值、壓碎指標(biāo)試驗(yàn)測定細(xì)集料壓碎值[1]。1.2.2混凝土性能試驗(yàn)。采用全自動恒應(yīng)力壓力試驗(yàn)機(jī)開展混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，并進(jìn)行坍落度試驗(yàn)?；炷猎噳K采用150mm×150mm×150mm規(guī)格。

2再生集料性能試驗(yàn)結(jié)果

2.1再生粗集料

將再生粗集料與天然材料對比試驗(yàn)，得到的結(jié)論有：（1）破碎后的混凝土再生集料表面有不規(guī)則的裹覆砂漿，其表觀密度略小于天然材料；（2）針片狀顆粒含量較高，吸水率較大，但壓碎值、含泥量指標(biāo)能滿足JTG/T3650—202《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱《規(guī)范》）中Ⅱ類粗集料要求。

2.2再生細(xì)集料

將再生細(xì)集料與天然河砂對比試驗(yàn)，得到的結(jié)論有：（1）再生細(xì)集料表觀密度偏小，含泥量和吸水率偏高，基本不滿足現(xiàn)行《規(guī)范》要求；（2）經(jīng)亞甲藍(lán)檢測，再生細(xì)集料含泥量指標(biāo)合格；（3）從級配和細(xì)度模數(shù)分析，再生細(xì)集料屬于中砂和II區(qū)級配。

3配合比設(shè)計(jì)及混凝土性能試驗(yàn)分析

3.1配合比設(shè)計(jì)

經(jīng)過上述再生集料性能試驗(yàn)研究，選取部分再生集料與天然玄武巖集料摻和作為粗集料，再選取部分再生集料與天然河砂摻和作為細(xì)集料。通過調(diào)整，讓粗集料和細(xì)集料的再生摻量分別為0%、20%、40%、60%、80%和100%，從而研究不同摻量下混凝土的抗壓強(qiáng)度變化情況。

3.2抗壓強(qiáng)度

圖1為再生集料取代率的混凝土試件28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。通過分析可知：1）相同條件下再生混凝土抗壓強(qiáng)度普遍低于天然混凝土。2）隨著再生集料摻量從20%增加至100%，再生混凝土相對天然混凝土強(qiáng)度下降7.1%、12.0%、18.2%、21.4%和22.9%，下降趨勢逐漸變緩。其中，當(dāng)再生集料取代率從20%提高到100%時(shí)，再生混凝土相對天然混凝土強(qiáng)度下降3.0%、6.6%、10.1%、11.5%和12.8%；當(dāng)再生細(xì)集料替換時(shí)，再生混凝土相對天然混凝土強(qiáng)度下降10.1%、15.0%、22.1%、23.2%和24.6%，與混合再生集料替換對強(qiáng)度的影響相似?？芍?，粗集料替換效果強(qiáng)于細(xì)集料和粗細(xì)集料混合替換類別，相同取代率強(qiáng)度約能提高10%。

3.3坍落度

圖2為再生集料不同取代率混凝土坍落度。參考圖2可得出以下3點(diǎn)：1）坍落度受再生集料取代比例影響；2）天然集料配制混凝土坍落度為180mm；而隨著再生集料取代率提高，再生混凝土坍落度輕微變小，當(dāng)100%使用再生集料時(shí)，其坍落度降低5.6%，為170mm，仍表現(xiàn)較好和易性；3）改變再生集料類別對坍落度幾乎不產(chǎn)生影響。

4依托工程實(shí)踐強(qiáng)度結(jié)果

4.1施工配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)上文研究結(jié)果，結(jié)合工程開展C20和C30建筑垃圾再生集料混凝土的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，再生集料混凝土施工配合比見表2。C20建筑垃圾再生集料混凝土經(jīng)過現(xiàn)場試配后，確定粗、細(xì)集料全部采用建筑垃圾再生集料；C30混凝土現(xiàn)場試配結(jié)果表明粗、細(xì)集料全部取代后強(qiáng)度無法達(dá)到施工要求，故采用天然材料和建筑垃圾再生集料進(jìn)行混合配置。根據(jù)工程需要，對拌和站、鋼筋場、預(yù)制場和項(xiàng)目駐地進(jìn)行建筑垃圾再生集料混凝土應(yīng)用，具體再生集料混凝土應(yīng)用量見表3。

4.2建筑垃圾再生集料混凝土抗壓強(qiáng)度

建筑垃圾再生集料混凝土澆筑完成后外表美觀，表面平整。對應(yīng)用再生集料混凝土結(jié)構(gòu)物進(jìn)行強(qiáng)度檢測，結(jié)果見圖3。由圖3可知：（1）建筑垃圾再生集料混凝土早期強(qiáng)度增加較快，C30和C20在7d抗壓強(qiáng)度已達(dá)到了設(shè)計(jì)強(qiáng)度73.1%和60.6%；（2）后期建筑垃圾再生集料混凝土強(qiáng)度增長放緩，14d抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90.1%和87.6%；（3）28d建筑垃圾再生集料混凝土抗壓強(qiáng)度基本達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，分別為99.2%和98.4%。通過現(xiàn)場施工及成品監(jiān)測，建筑垃圾再生集料混凝土基本能夠滿足現(xiàn)場施工需求。

5結(jié)語

基于上述實(shí)驗(yàn)，可得出以下結(jié)論：1）建筑垃圾再生集料表觀密度小于天然材料，其中，粗集料針片狀顆粒含量較高、吸水率較大，壓碎值和含泥量滿足規(guī)范中Ⅱ類粗集料要求，細(xì)集料含泥量和吸水率偏高。2）再生集料摻量對混凝土28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和坍落度均產(chǎn)生影響，且會隨著摻量提高抗壓強(qiáng)度和坍落度均降低，但仍表現(xiàn)出較好的和易性；同時(shí)，抗壓強(qiáng)度還受集料替換類型影響，相同摻量條件下，只采用再生粗集料的混凝土強(qiáng)度較優(yōu)。3）通過對高摻量的低標(biāo)號建筑垃圾再生集料混凝土進(jìn)行施工配合比設(shè)計(jì)和應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度基本能夠滿足現(xiàn)場施工需求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]交通部公路科學(xué)研究所.公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程：JTGE42—2005[S].北京：人民交通出版社，2005.

作者:谷雷雷 楊貝貝 單位:中交一公局海威工程建設(shè)有限公司