摘要：利用廢棄混凝土循環(huán)再生骨料和粉煤灰、礦渣等配制綠色高性能再生混凝土可以很好地解決資源和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。本文對綠色高性能再生混凝土的工作性能和抗壓強度進行了試驗研究，結(jié)果表明，采用常規(guī)材料和適當(dāng)?shù)耐緩酵耆梢允乖偕炷翆崿F(xiàn)高性能化，再生骨料不宜用來配制高強和超高強再生混凝土，高性能再生混凝土的破壞基本是界面破壞，且高性能再生混凝土軸心抗壓強度與立方體抗壓強度的比值高于普通混凝土的這一比值。
關(guān)鍵詞：高性能再生混凝土；再生骨料；微細(xì)礦物質(zhì)；工作性能；抗壓強度
中圖分類號:TU528.52；X799.1
文獻標(biāo)識碼:A
文章編號:1001- 702X（2006）12- 0004- 03
0 前言
混凝土是土木工程的首選材料和最大宗的材料，而在混凝土原材料中，骨料用量又居首位。隨著混凝土用量的增加，其消耗的砂石骨料等天然資源也越來越多，同時，全世界每年大量舊的建筑物解體和道路翻新改造以及新建建筑產(chǎn)生巨量的廢棄混凝土，其數(shù)量呈逐年上升之勢，巨量的廢棄混凝土除要耗費大量的處理費用外還對生態(tài)環(huán)境造成很大的危害。因此混凝土作為最大宗的人造材料，對自然資源的占用及對環(huán)境造成的負(fù)面影響是非常嚴(yán)重的，混凝土材料和技術(shù)直接影響著人類的可持續(xù)發(fā)展。
事實上，廢棄混凝土經(jīng)過破碎、清洗、分級后可以作為骨料代替天然骨料重新配制再生混凝土[1- 3]。但目前我國尚未見到有關(guān)大坍落度、大摻量再生骨料商品高性能再生混凝土研究的報道。因此本文將粗骨料全部采用再生骨料，同時考慮泵送商品混凝土的要求，通過設(shè)計合理的配合比，摻入粉煤灰、磨細(xì)礦粉等微細(xì)礦物質(zhì)和加入高效減水劑，使再生混凝土實現(xiàn)高性能化[4]，同時對再生混凝土拌合物的工作性能和抗壓強度進行測試和分析，開發(fā)研究出綠色高性能商品再生混凝土。
1 再生混凝土配合比及工作性能
1.1 原材料
骨料：再生混凝土的粗骨料全部采用武漢王家墩機場跑道廢棄混凝土循環(huán)再生骨料（以下簡稱WCA），其原生混凝土強度約為C50，經(jīng)顎式破碎機破碎、人工篩分和沖洗而得，粒徑5.0～31.5 mm，級配良好；細(xì)骨料選用巴河砂（S），含水率為5%。
水泥（C）和水（W）：水泥選用湖北黃石華新水泥廠生產(chǎn)的保壘牌42.5 級普通硅酸鹽水泥，燒失量為2.14%，標(biāo)準(zhǔn)稠度為27.8%；混凝土拌和及養(yǎng)護用水為武漢市自來水。
粉煤灰（FA）：采用湖北漢川電廠的Ⅱ級粉煤灰，細(xì)度為14.8%，燒失量為5.79%。
礦渣粉（SF）：采用武漢武鋼華新水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的S95 礦渣粉，其比表面積為385 m2/kg，燒失量為2.35%。
硅粉（Si）：采用挪威?？瞎旧a(chǎn)的920U 等級的硅粉，其SiO2 的含量為92.66%，燒失量為1.34%。
減水劑：采用中建三局商品混凝土公司外加劑廠生產(chǎn)的萘系高效減水劑（FDN），為棕色液體，固含量31.04%，減水率為19.5%。
1.2 配合比設(shè)計
本研究以普通高性能混凝土配合比設(shè)計為原則，參考中建三局商品混凝土攪拌站的生產(chǎn)配合比，以強度為目標(biāo)，同時考慮泵送混凝土的工作性能，采用粉煤灰超量替代水泥，礦渣粉和硅粉等量替代水泥，加入適量萘系高效減水劑的方式配制高性能再生混凝土。此外，為了提高再生混凝土的強度，在配制C60 高強再生混凝土?xí)r加入適量的硅粉。本試驗共設(shè)計了5 個強度等級再生混凝土（C35，C45，C50，C55，C60），其實際配合比見表1。
1.3 試件制備和拌合物工作性能
按表1 的配合比配制高性能再生混凝土，采用天津路達建筑儀器有限公司生產(chǎn)的J- 50 型強制式攪拌機攪拌，將拌和好的再生混凝土拌合物分別制成150 mm×150 mm×150 mm和150 mm×150 mm×300 mm 的試件，振動臺振動成型，試件按標(biāo)準(zhǔn)方法養(yǎng)護28 d。
為了保證施工的方便和再生混凝土的質(zhì)量，新拌再生混凝土必須具有良好的工作性能，因此，在再生混凝土澆注成型之前，對新拌再生混凝土進行了坍落度和擴展度的測試，其坍落度和擴展度的測試結(jié)果見表1。
從表1 可以看出，C55 再生混凝土的坍落度最大，達到了23 cm，而C35 再生混凝土的坍落度最小，也達到了17 cm，均能滿足泵送商品混凝土對坍落度的要求。并且在拌和過程中還發(fā)現(xiàn)再生混凝土無任何泌水現(xiàn)象發(fā)生。顯然，由試驗表明再生混凝土的坍落度可以滿足泵送商品混凝土的要求，其保水性和粘聚性較好，工作性能良好。因此，通過適當(dāng)?shù)耐緩剑缭谂渲圃偕炷習(xí)r摻入粉煤灰、礦渣粉等微細(xì)礦物摻料和加入高效減水劑，再生混凝土完全可以獲得良好的工作性能，實現(xiàn)高性能化，并滿足泵送商品混凝土的要求。
2 再生混凝土的強度
2.1 立方體受壓破壞
立方體抗壓強度是檢驗混凝土強度最重要的指標(biāo)。按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》測試高性能再生混凝土立方體28 d 的抗壓強度。試驗顯示，高性能再生混凝土裂紋的發(fā)展規(guī)律和最終的破壞形式與普通混凝土基本相同。開始加載后，隨著荷載增大，再生混凝土試件內(nèi)的應(yīng)力逐漸增加，在豎直方向產(chǎn)生壓縮變形，橫向產(chǎn)生膨脹變形。試件加載面上的橫向變形受到摩擦力的約束，試件兩端處于豎向壓應(yīng)力和兩個方向的水平摩擦力作用下的三向受壓應(yīng)力狀態(tài)，形成“套箍”作用。因而試件兩端膨脹變形很小，而試件高度的中央“套箍”作用基本消失，因而橫向膨脹變形最大。最初的裂紋沿垂直方向出現(xiàn)在試件高度中央的表層，并斜向往上端和下端發(fā)展，一直至加載面處再轉(zhuǎn)向角部，形成正倒相連的“八字形”。繼續(xù)加載，新的裂紋逐漸往里發(fā)展，試件表層再生混凝土開始外鼓、剝落，核心再生混凝土處于三軸受壓狀態(tài)。而隨著試件表層的再生混凝土不斷外鼓和剝落，試件的受壓面積和水平約束力不斷減小，試件高度中央的再生混凝土破壞最嚴(yán)重，最后形成2 個對頂?shù)恼瓜噙B的角錐形破壞面（見圖1），且再生混凝土的破壞面上基本是骨料與水泥漿之間的界面破壞，幾乎未見骨料破壞。
2.2 軸心受壓破壞
按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》測試高性能再生混凝土棱柱體的28 d 軸心抗壓強度，并以此值代表再生混凝土的均勻、單軸抗壓強度。試驗顯示，高性能再生混凝土的裂紋發(fā)展規(guī)律和破壞形態(tài)與普通混凝土的基本相同，剛開始加載時，再生混凝土試件的應(yīng)力較小，試件表面尚無肉眼可見裂縫。隨著荷載的增大，試件表面的可見裂紋首先在再生混凝土試件的澆注側(cè)面出現(xiàn)，由試件兩端的角部沿豎向向中間發(fā)展延伸。隨著荷載的進一步增大，裂紋也進一步發(fā)展，當(dāng)接近破壞荷載時，裂紋發(fā)展迅速并不斷延伸并貫穿，澆注側(cè)面和底面相交的棱側(cè)混凝土剝落，再生混凝土試件破壞時表面可見明顯的宏觀裂紋（見圖2）
2.3 試驗結(jié)果及分析
試驗測得的高性能再生混凝土的立方體抗壓強度fcu 和軸心抗壓強度fc 見表2。
試驗結(jié)果表明，配制的強度越高，高性能再生混凝土的立方體抗壓強度與標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強度的比值下降越大。如雖然在C60 的再生混凝土中摻入了硅粉，但其強度增長仍很有限，且其立方體抗壓強度甚至還低于C60 的標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強度，這說明再生骨料在配制高強和超高強再生混凝土?xí)r受到強度的限制。究其原因，一般認(rèn)為有以下幾點：（1）再生粗集料的孔隙率較高，在承受軸向應(yīng)力時容易形成應(yīng)力集中現(xiàn)象；（2）因破碎生產(chǎn)過程使得再生粗集料存在大量的缺陷，如破碎損傷積，累使得再生骨料表面和內(nèi)部產(chǎn)生大量微裂紋等；（3）再生骨料表面不同程度地包裹著水泥漿，使得再生混凝土存在一些新水泥石基體與再生粗集料粘結(jié)較薄弱的區(qū)域[5-7]。因此，當(dāng)配制高強和超高強再生混凝土?xí)r，其界面強度會明顯低于水泥石基體強度，導(dǎo)致其破壞時很快從界面處破壞。因此，建議采用再生骨料配制再生混凝土的適用范圍為強度等級不大于C50。
由表2 可見，高性能再生混凝土的軸心抗壓強度與立方體抗壓強度比值最小為0.776、最大為0.791、平均為0.786，而我國GB 50010—2002《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定對C50 及其以下普通混凝土，棱柱體抗壓強度與立方體抗壓強度的比值αc1=0.76，對C80 取αc1=0.82，中間按線性規(guī)律變化。顯然，高性能再生混凝土軸心抗壓強度與立方體抗壓強度的比值稍高于普通混凝土的這一比值，這一點與肖建莊和李佳彬[8]的試驗結(jié)論一致。但高性能再生混凝土的軸心抗壓強度與立方體抗壓強度的比值仍然與我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的普通混凝土的這一比值非常接近，且其軸心抗壓強度按現(xiàn)行規(guī)范計算結(jié)果是偏于安全的。由于混凝土原材料和組成、試件尺寸和高寬比（h/b）以及加載方法和試驗測量方法的差異，導(dǎo)致目前國內(nèi)外給出的眾多關(guān)于混凝土棱柱體抗壓強度及其與立方體抗壓強度的比值的試驗結(jié)果有一定的離散性。但一般來講，混凝土的棱柱體抗壓強度隨立方體抗壓強度增長而提高。因此，根據(jù)表2 的試驗結(jié)果進行線性回歸分析，得到的高性能再生混凝土軸心抗壓強度與立方體抗壓強度的關(guān)系見公式（1）和圖3。
fc=0.7933 fcu- 0.4231 （1）（相關(guān)系數(shù)r=0.9976 ）
顯然，fc 與fcu 緊密相關(guān)，fc 與fcu 之間的回歸公式有意義，且由圖3 可見按公式（1）計算的高性能再生混凝土的軸心抗壓強度與試驗值吻合較好。
3 結(jié)論
（1）采用常規(guī)材料，同時摻入粉煤灰、礦渣粉等微細(xì)礦物摻料和高效減水劑，可以使再生混凝土獲得良好的工作性能，實現(xiàn)高性能化，其坍落度能滿足泵送商品混凝土的要求。
?。?）再生混凝土的破壞基本是界面破壞，再生骨料不宜配制高強和超高強再生混凝土，建議再生混凝土的強度等級適用范圍為不大于C50。
?。?）高性能再生混凝土軸心抗壓強度與立方體抗壓強度的比值要高于普通混凝土的這一比值，按GB 50010—2002《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》計算的結(jié)果是偏于安全的?？傊咝阅茉偕炷僚c普通再生混凝土相比，具有更高的強度、更好的和易性和耐久性，比普通高性能混凝土和普通再生混凝土可以更多地利用工業(yè)廢渣和廢棄混凝土，節(jié)約更多的資源與能源，并且對環(huán)境的破壞減到最小，其綠色度更高。綠色高性能再生混凝土的開發(fā)應(yīng)用從根本上解決了天然骨料的日益匱乏以及大量混凝土廢棄物造成生態(tài)環(huán)境日益惡化等問題，保證混凝土工業(yè)和人類社會的可持續(xù)發(fā)展。
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