绿色混凝土再生骨料的性能研究

摘要： 本文针对国内外绿色混凝土再生骨料的利用现状，指出绿色混凝土再生骨料的再利用势在必行，再生骨料的性能直接影响着再生混凝土的特性，因此研究好再生骨料的特性，对提高再生混凝土的质量非常重要。本文在参考国内外文献和课题试验的基础上，详细地阐述了再生骨料不同于天然骨料的基本性能，对再生混凝土骨料的性能包括级配、坚固性、吸水性等性能进行一些研究，最后对再生骨料的再利用提出了建议，供相关单位参考。

关键词： 绿色混凝土 再生骨料 再生混凝土

世界上每年拆除的废旧混凝土、工程建设产生的废弃混凝土、混凝土预制构件厂排放的混凝土等均会产生巨量的建筑垃圾，全世界从1991―2000年的10年间，废混凝土总量超过10亿t。我国每年施工建设产生的建筑垃圾达4000万t，产生的废混凝土就有1360万t，清运处理工作量大，环境污染严重。为了更好地回收利用废混凝土，可将废混凝土经过特殊处理工艺制成再生骨料，用其部分或全部代替天然骨料（砂石）配制成绿色再生混凝土。利用再生骨料配制再生混凝土已被看作是发展绿色混凝土的主要措施之一，也称再生骨料混凝土，再生混凝土的开发和应用，一方面可大量利用废弃的混凝土，减少建筑业对天然骨料的消耗，另一方面还可减轻混凝土废弃物造成的生态环境日益恶化等问题，保证人类社会的可持续发展。用再生混凝土骨料生产绿色再生混凝土，其关键的因素是弄清楚骨料的特性。本文就再生混凝土骨料再生混凝土骨料的性能包括性状、级配、坚固性、吸水性等性能进行了一些研究。

1.再生骨料的含义、分类和生产工艺

1.1再生骨料的含义

从一般意义上讲，绿色再生混凝土骨料是将废弃混凝土块经破碎、分级并按一定的比例混合后形成的骨料，利用再生骨料作为部分或全部骨料配制的混凝土称为再生骨料混凝土（简称再生混凝土）。对于再生混凝土而言，用来生产再生骨料的原始混凝土称为原生混凝土。

1.3再生骨料的分类

再生混凝土骨料目前还没有独立的分类方法，多数参考普通混凝土骨料的分类方法进行分类。我国研究者多数根据《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》（JGJ52―92）和《普通混凝土用碎石、卵石质量标准及检验方法》（JGJ53―92）规定，再生骨料的粒径在0.16―5mm之间为再生细骨料，粒径大于5mm的颗粒为再生粗骨料。再生粗骨料颗粒一般为表面包裹着部分水泥砂浆的石子，少部分为与砂浆完全脱离的石子，还有极少一部分水泥石颗粒。再生细骨料主要包括砂浆体破碎后形成的表面附着水泥浆的砂粒、表面无水泥浆的砂粒、水泥石颗粒及少量破碎石块。由于再生细骨料中含有细小水泥浆颗粒，再生细骨料的粒径尺寸范围为可以定为0.08mm―5mm。

1.2再生骨料的破碎加工方法

目前再生骨料的加工方法大同小异，即将不同的切割破碎设备、传送机械、筛分设备和清除杂质的设备有机地组合在一起，共同完成破碎、筛分和除去杂质等工序，最后得到符合质量要求的再生细骨料和再生粗骨料。不同的设计者和生产厂家在生产细节上略有不同。日本研发的高性能再生骨料的生产过程包括三个阶段：（1）预处理阶：除去废弃混凝土中的其他杂质，用颚式破碎机将混凝土块破碎成40毫米直径的颗粒。（2）碾磨阶段：混凝土块在偏心转筒内旋转，使其相互碰撞、摩擦、碾磨，除去附着于骨料表面的水泥浆和砂浆。（3）筛分阶段：最终的材料经过过筛，除去水泥和砂浆等细小颗粒，最后得到的即为高性能再生骨料。（见图1）这个项目是日本建筑技术创新中心批准的项目，得到了“日本建筑技术创新中心”的认证。生产的高性能再生骨料满足日本工业标准JIS和日本建筑标准规范规定的原生骨料和碎石的标准，其生产的混凝土与用原生骨料生产的混凝土性能基本相同。这项技术在日本的大阪已得到实际的应用。

2.绿色再生混凝土骨料的性能

2.1再生骨料级配

当骨料的级配较好时，填充骨料间孔隙所需要的水泥浆量较少，从而可以降低水泥的用量。已有的研究表明，再生骨料的级配对再生混凝土的强度有很大的影响。试验发现，各来源再生骨料和天然粗骨料的级配曲线类似，均能满足相应的要求。本课题组采用的天然粗骨料与再生粗骨料的级配组成见表1。

2.2再生骨料的堆积密度和表观密度

同天然砂石骨料相比，再生骨料表面还包裹着大量的水泥砂浆，表面粗糙、棱角较多，由于水泥砂浆孔隙率大、吸水率高，再加上大的混凝土块在破碎过程中由于损伤积累使再生骨料内部存在大量微裂纹，从而导致再生骨料的密度和表观密度比普通骨料低，从目前的文献看，其数值的离散性较大。再生细骨料的堆积密度为天然骨料的75%―80%，再生粗骨料的堆积密度为天然骨料的85%以上；再生细骨料的表观密度为天然细骨料的80%―85%，再生粗骨料表观密度为天然粗骨料的90%以上。再生粗骨料与天然粗骨料的堆积密度与表观密度试验结果见表2。由表2可见，再生粗骨料的堆积密度与表观密度分别为天然粗骨料的86.7%和88%。

2.3再生骨料的吸水率

再生骨料的吸水率大于天然骨料的吸水率，主要原因是再生骨料中水泥砂浆含量较高，再生骨料在破碎中内部存在大量微裂纹，使再生骨料孔隙率高，吸水性大。同时再生骨料的吸水率有受到原生材料的强度、组成及气候条件等因素的影响，吸水率离散性较大。从目前国内的文献看，再生细骨料的吸水率在10% ―12%，粗骨料的吸水率从2.5%―12%。本课题组测试了不同粒径再生粗骨料的吸水率结果见表3。

2.4再生骨料的压碎指标

压碎指标是表示骨料强度的一个参数。再生骨料的压碎指标比天然骨料的压碎指标要高。同时再生骨料的压碎指标还与原生混凝土的强度和加工破碎方法有关。原生混凝土的强度越高，再生骨料的压碎指标也越高；加工过程中水泥浆体和砂浆脱落越多，压碎指标越小。本课题采用的骨料的压碎指标为12.4%。

2.5再生骨料的杂质含量

再生骨料中的杂质主要指骨料中的泥沙、矿物碎屑等。这些杂质的存在，对再生骨料和再生骨料混凝土的质量均有影响，使再生骨料混凝土的强度降低、干缩率增大、抗冻融能力差、耐久性低。因此在设计再生骨料的生产工艺时，要最大限度地减少各种有害杂质的含量。根据本课题组测试数据显示再生细集料的含泥量与天然骨料相比有较大的增加，再生细集料的含泥量均在7%―8%之间。

3.结论

与天然骨料相比，不同来源再生骨料均具有密度低、吸水率大、孔隙率高、压碎指标大及耐久性高等特点。再生骨料和再生骨料混凝土作为有潜在发展能力的材料，经过适当的加工处理，能够得到符合规范要求的再生骨料或高质量的再生骨料。目前再生骨料的应用还处于起步阶段，其应用范围和应用量还受到一定的限制，在应用比较好的日本、德国、英国等国家的应用情况也不太乐观。要想使再生骨料和天然骨料有同样的地位，必须克服再生骨料应用中的一些障碍，对再生骨料的研究还要做更艰苦的工作，关于不同来源再生骨料对混凝土其他力学性能和耐久性的研究有待于进一步展开。

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