建筑垃圾再生混凝土配合比设计研究

【摘要】对建筑垃圾再生粗集料和细集料进行了集料性能试验，并开展建筑垃圾再生混凝土配合比设计和强度测定。研究表明，粗集料的表观密度偏小，针片状颗粒含量偏高、吸水率偏大，压碎值和含泥量满足JTG/T3650—2020《公路桥涵施工技术规范》中Ⅱ类粗集料要求，细集料的含泥量和吸水率偏高；当再生集料取代率从0%增加至100%，混凝土抗压强度下降7.1%、12.0%、18.2%、21.4%和22.9%，但仍表现出较好的和易性；当再生集料取代率相同时，与只采用再生细集料和采用粗、细混合再生料相比，只采用再生粗集料混凝土强度更高。通过对高取代率的低标号建筑垃圾再生混凝土进行施工配合比设计和应用，发现其强度基本能够满足现场施工需求。

【关键词】再生混凝土；集料；建筑垃圾；配合比设计；取代率

1原材料及试验方法

1.1原材料

1.1.1再生集料选用浙江省杭州市余杭区4家公司生产的建筑垃圾再生集料，筛分为3种规格混凝土集料。该集料是对当地产生的混凝土路面破除料、沥青铣刨料、水稳刨铣料、废旧砖渣料回收后进行二次加工。1.1.2其他材料水泥选用普通硅酸盐水泥（P·O42.5），材料指标要求如表1所示。选用的石灰为I级石灰，有效氧化钙和氧化镁含量为82.38%。粉煤灰为F类I级，0.2%的含水量，烧失量为2.85%。水为自来水。对比试验采用的粗集料为天然玄武岩集料，细集料为天然河砂。

1.2试验方法

1.2.1集料性能试验依据JTGE42—2005《公路工程集料试验规程》分别使用网篮法和容量瓶法测定建筑垃圾再生粗、细集料的表观密度和吸水率，使用针片状规准仪测定粗集料针片状颗粒含量，使用含泥量及泥块含量试验来测定粗集料含泥量，使用筛洗法和亚甲蓝测定细集料含泥量，使用压碎值试验测定粗集料压碎值、压碎指标试验测定细集料压碎值[1]。1.2.2混凝土性能试验采用全自动恒应力压力试验机开展混凝土抗压强度试验，并进行坍落度试验。混凝土试块采用150mm×150mm×150mm规格。

2再生集料性能试验结果

2.1再生粗集料

将再生粗集料与天然材料对比试验，得到的结论有：（1）破碎后的混凝土再生集料表面有不规则的裹覆砂浆，其表观密度略小于天然材料；（2）针片状颗粒含量较高，吸水率较大，但压碎值、含泥量指标能满足JTG/T3650—202《公路桥涵施工技术规范》（以下简称《规范》）中Ⅱ类粗集料要求。

2.2再生细集料

将再生细集料与天然河砂对比试验，得到的结论有：（1）再生细集料表观密度偏小，含泥量和吸水率偏高，基本不满足现行《规范》要求；（2）经亚甲蓝检测，再生细集料含泥量指标合格；（3）从级配和细度模数分析，再生细集料属于中砂和II区级配。

3配合比设计及混凝土性能试验分析

3.1配合比设计

经过上述再生集料性能试验研究，选取部分再生集料与天然玄武岩集料掺和作为粗集料，再选取部分再生集料与天然河砂掺和作为细集料。通过调整，让粗集料和细集料的再生掺量分别为0%、20%、40%、60%、80%和100%，从而研究不同掺量下混凝土的抗压强度变化情况。

3.2抗压强度

图1为再生集料取代率的混凝土试件28d无侧限抗压强度。通过分析可知：1）相同条件下再生混凝土抗压强度普遍低于天然混凝土。2）随着再生集料掺量从20%增加至100%，再生混凝土相对天然混凝土强度下降7.1%、12.0%、18.2%、21.4%和22.9%，下降趋势逐渐变缓。其中，当再生集料取代率从20%提高到100%时，再生混凝土相对天然混凝土强度下降3.0%、6.6%、10.1%、11.5%和12.8%；当再生细集料替换时，再生混凝土相对天然混凝土强度下降10.1%、15.0%、22.1%、23.2%和24.6%，与混合再生集料替换对强度的影响相似。可知，粗集料替换效果强于细集料和粗细集料混合替换类别，相同取代率强度约能提高10%。

3.3坍落度

图2为再生集料不同取代率混凝土坍落度。参考图2可得出以下3点：1）坍落度受再生集料取代比例影响；2）天然集料配制混凝土坍落度为180mm；而随着再生集料取代率提高，再生混凝土坍落度轻微变小，当100%使用再生集料时，其坍落度降低5.6%，为170mm，仍表现较好和易性；3）改变再生集料类别对坍落度几乎不产生影响。

4依托工程实践强度结果

4.1施工配合比设计

根据上文研究结果，结合工程开展C20和C30建筑垃圾再生集料混凝土的设计与应用，再生集料混凝土施工配合比见表2。C20建筑垃圾再生集料混凝土经过现场试配后，确定粗、细集料全部采用建筑垃圾再生集料；C30混凝土现场试配结果表明粗、细集料全部取代后强度无法达到施工要求，故采用天然材料和建筑垃圾再生集料进行混合配置。根据工程需要，对拌和站、钢筋场、预制场和项目驻地进行建筑垃圾再生集料混凝土应用，具体再生集料混凝土应用量见表3。

4.2建筑垃圾再生集料混凝土抗压强度

建筑垃圾再生集料混凝土浇筑完成后外表美观，表面平整。对应用再生集料混凝土结构物进行强度检测，结果见图3。由图3可知：（1）建筑垃圾再生集料混凝土早期强度增加较快，C30和C20在7d抗压强度已达到了设计强度73.1%和60.6%；（2）后期建筑垃圾再生集料混凝土强度增长放缓，14d抗压强度分别达到设计强度的90.1%和87.6%；（3）28d建筑垃圾再生集料混凝土抗压强度基本达到设计强度，分别为99.2%和98.4%。通过现场施工及成品监测，建筑垃圾再生集料混凝土基本能够满足现场施工需求。

5结语

基于上述实验，可得出以下结论：1）建筑垃圾再生集料表观密度小于天然材料，其中，粗集料针片状颗粒含量较高、吸水率较大，压碎值和含泥量满足规范中Ⅱ类粗集料要求，细集料含泥量和吸水率偏高。2）再生集料掺量对混凝土28d无侧限抗压强度和坍落度均产生影响，且会随着掺量提高抗压强度和坍落度均降低，但仍表现出较好的和易性；同时，抗压强度还受集料替换类型影响，相同掺量条件下，只采用再生粗集料的混凝土强度较优。3）通过对高掺量的低标号建筑垃圾再生集料混凝土进行施工配合比设计和应用，发现其强度基本能够满足现场施工需求。

【参考文献】

[1]交通部公路科学研究所.公路工程集料试验规程：JTGE42—2005[S].北京：人民交通出版社，2005.

作者：谷雷雷 杨贝贝 单位：中交一公局海威工程建设有限公司