建筑垃圾再生集料及其配制新混凝土的研究项目研究总结报告

建筑垃圾再生集料及其配制新混凝土的研究

（2004BA809B0305）

项目研究总结报告

青岛理工大学

2006年2月

第1章 绪论

1.1 研究背景

从20世纪60年代开始，混凝土的用量急剧增加，如果混凝土建筑物的使用寿命按50年左右考虑，可以预计在不远的将来，由解体而产生的混凝土量会急剧增加。由于建筑业对混凝土的大需求以及废旧混凝土的大量的产生，我们必将面临，废旧混凝土的处理和天然砂石的紧张两个非常严峻的问题。

一方面，我国与其它国家一样，许多老建筑物已达到了使用寿命，加之城区改造等工程，每年拆除的废旧混凝土量十分巨大，并呈逐年增多的趋势。若将这些由解体而产生的混凝土作为废弃物进行掩埋处理，无论是在环境保护方面，还是在资源利用方面，都非上策。因此，城市建筑垃圾主要是废旧混凝土的资源化处理是当今世界众多国家，特别是发达国家的环境保护和可持续发展战略追求的目标之一。建筑垃圾资源化循环利用，对于环境保护和自然资源保护都具有重要意义。虽然我国建筑垃圾循环利用的水平与世界先进国家有很大的差距，但是国家对废旧混凝土的再生利用的研究十分重视，已将其列入国家“十五”科技攻关项目，本课题则是来源于“绿色建筑关键技术研究中的子课题三建筑垃圾再生骨料及其配制新混凝土的研究”。

另一方面，作为最大宗建筑材料的混凝土，其生产需要大量的天然砂石骨料。生产1立方米混凝土大约需要1700～2000千克的砂石骨料。目前，全世界每年混凝土的使用量超过20亿立方米，砂石骨料用量超过34～40亿吨。对砂石骨料如此巨大的需求，必然导致大量的开山采石，破坏生态环境。

为解决上述两方面的问题，我们必须改变传统的混凝土生产方式，将混凝土的生产方式转变到一个可持续发展的轨道上。再生混凝土骨料，正是密切联系上述两个问题而提出的。利用废旧混凝土制备出高品质的再生骨料，不仅可以节省天然骨料资源，而且还可以减少废旧混凝土对环境的污染，从而实现废旧混凝土的循环再利用，走绿色可持续的发展道路。

再生混凝土骨料（简称再生骨料），是将废旧混凝土块经过破碎、清洗与分级后，按一定的比例级配混合形成的混凝土骨料。用其部分或全部替代砂石等天然骨料配制而成的新混凝土称为再生混凝土。相对于再生混凝土而言，用来生产再生骨料的废旧混凝土称为原混凝土。

1.2 国内外再生混凝土的研究现状

对于废旧混凝土的再生利用，日本、前苏联、美国、德国、英国、丹麦、荷兰等国家都开展了大量的研究工作，其中以日本研究的最好[1-12]。日本由于国土面积小，资源相对匮乏，十分重视废旧混凝土资源化再利用的研究，他们将建筑垃圾视为“建筑副产品”。早在1977年，日本政府就制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》，并相继在各地建立了以处理混凝土废弃物为主的再生加工厂，还制定了多项法规来保证再生混凝土的发展。此外，日本还对再生混凝土的吸水性、强度、配合比、收缩、抗冻性等进行了系统的研究。20世纪70年代主要对低品质再生骨料的利用方法进行了开发研究，当时的再生骨料品质低劣，除了在路基工程的应用之外，在一般建筑物上没有应用。近年来，为了提高再生骨料的性能，再生骨料制备技术急速发展，各种制备方法应运而生。生产出的再生骨料性能已经接近普通骨料性能，同时再生骨料的制备技术已经具备了比较高的骨料回收率。

国内再生骨料的研究起步较晚[13-17]，生产出的再生骨料性能较差（粒形和级配都不好，表面附有大量砂浆，吸水率大，密实体积小，压碎指标低），多用于低强度的混凝土及其制品。近几年，人们对再生混凝土研究越来越多，但是研究工作主要集中在用再生骨料部分或全部代替天然骨料后，对制备的混凝土的性能影响方面，以及在制备混凝土时添加粉煤灰等矿物掺合料来提高再生混凝土的各种性能。除了很少学者开展过对简单破碎所得骨料进行表面化学处理（表面挂浆或聚合物处理等）的研究外，对再生骨料制备技术的研究工作甚少，而且没有获得令人满意的效果。国内也有利用再生骨料制备高性能混凝土的报道，但用于制作再生骨料的原混凝土是预先专门配制的C100高强混凝土[17]，没有太大的实用价值。

目前国内外再生骨料的制备技术主要是将切割破碎设备、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。

国外具有代表性的再生骨料制备工艺流程见图1－1所示[19]，大体可分为以下三个阶段：

(1)预处理破碎阶段：先除去废旧混凝土中的杂质，然后用破碎机将混凝土块破碎成约40mm粒径的颗粒，最后用鄂式破碎机破碎成颗粒更小的骨料。

(2)强化处理阶段：混凝土块在强化处理设备内高速飞转，使其相互碰撞、摩擦，除去附着于骨料表面的水泥浆和砂浆，改善骨料的表面状况。

(3)筛分阶段：经强化设备处理后的材料经过筛分，除去水泥和砂浆等细小颗粒，最后得到再生骨料。

＞25mm破碎过程

鄂式破碎机

强化过程物理强化设备

5mm

振动筛筛分过程

5～25再生粗骨料

5mm

再生细骨料

图1－1 再生骨料制备过程示意图

国内对再生骨料的研究起步较晚，尚未形成工业化生产，主要是由破碎和筛分两部分组成。和国外的制备工艺比较，中间缺少强化处理阶段，这也使得由此得到的再生骨料性能明显劣于天然骨料。因此，对再生骨料的强化处理具有很大的现实意义和发展潜力。如果再生骨料的性能可以和天然骨料持平，甚或是优于天然骨料，那么废旧混凝土的再生利用再生混凝土就能够实现产业化生产。

再生粗骨料颗粒一般由表面洁净的石子、表面包裹着部分水泥砂浆的石子和水泥砂浆颗粒三部分组成。再生细骨料主要由表面无水泥浆的砂粒、表面附着水泥浆的砂粒、水泥石颗粒和少量破碎石块组成。天然细骨料的尺寸范围一般为0 .16ｍｍ～5ｍｍ，由于再生细骨料中含有细小水泥石颗粒，再生细骨料的粒径尺寸范围可以放宽定为0 .08ｍｍ～5ｍｍ。

目前我国尚无再生混凝土骨料的相关标准，应加大再生混凝土骨料的研究，制定相关的质量评定标准，使再生混凝土广泛应用于实际工程。日本开展再生骨料的研究较早，并对再生骨料的质量进行了分类【20】，具体情况见表1－1。

表1－1 日本再生骨料质量等级

粗骨料 细骨料

等级 吸水率 坚固性指标1 等级 吸水率 坚固性指标 Ⅰ ＜3% ＜12% Ⅰ ＜5% ＜10% Ⅱ ＜3% ＜40％ Ⅱ ＜10% －

或者＜5% ＜12%

Ⅲ ＜3% － － － －

1.3 低品质再生骨料的性能

1.3.1 吸水率

未经强化处理的简单破碎再生骨料即低品质再生骨料颗粒棱角多，表面粗糙，组分中还含有硬化水泥砂浆（水泥砂浆孔隙率大、吸水率高），再加上混凝土块在解体、破碎过程中因损伤累积在内部造成大量微裂纹，导致再生骨料的孔隙率增大，从而使吸水率和吸水速率增大。吸水率的大小与骨料中的水泥石含量、骨料表面的水泥砂浆附着率﹑原混凝土强度﹑原混凝土所用骨料种类和再生骨料的制备方法等因素有关。

本文作者先将废旧混凝土经简单破碎后得到低品质再生粗骨料，然后对不同粒径的再生粗骨料进行吸水率试验，分别测试它们在不同时间段内（30min、1h、24h）的吸水率，结果见表1－2。再生粗骨料的吸水率较大，最高达到7.9%。同时再生粗骨料吸水速率较快，30min吸水率可以达到24h吸水率的86%～93%。随着骨料粒径的减小，吸水率依次增大，这是由于粗骨料表面的水泥砂浆附着率随着粒径的减小而增加的缘故。

表1－2 再生粗骨料不同粒径吸水率（％）

颗粒尺寸（mm） 5.0～10.0 10.0～16.0 16.0～20.0 20.0～25.0 25.0～31.5

30min 7.0 5.4 4.6 3.9 4.0

1h 7.4 5.4 4.9 4.0 4.2

24h 7.9 5.8 5.1 4.5 4.4

1.3.2 表观密度

同天然砂石骨料相比，再生骨料表面还包裹着相当数量的水泥砂浆，表面粗糙、棱角较多，内部存在大量微裂纹，从而导致再生骨料的堆积密度和表观密度均比天然骨料低。从目前的文献看，其数值的离散性较大，主要与制备方法、原混凝土的材料和性能等因素有关。通常再生细骨料的堆积密度为天然细骨料的75%～80%，再生粗骨料的堆积密度为天然粗骨料的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。

1.3.3 压碎指标

压碎指标是表示骨料强度的一个参数。由于再生粗骨料表面包裹着水泥石或砂浆，所以再生粗骨料的压碎指标值远高于天然粗骨料。再生骨料的压碎指标值的大小与原混凝土的强度和制备破碎方法等因素有关。原混凝土的强度越高，再生骨料的压碎指标值越低；再生粗骨料表面水泥砂浆附着率越小，压碎指标值越低；再生骨料颗粒的三度尺寸越接近，压碎指标值越低。

1.4 本文的研究内容和原材料的选用

由于简单破碎后获得的低品质再生骨料的性能明显劣于天然骨料，使得再生骨料仅用于制备低强度的混凝土及其制品，还未用于高强度混凝土结构的构件如柱、梁、楼板等，大大限制了再生混凝土的发展和应用。简单破碎后的再生骨料经过强化处理后，性能将有很大的改善。

参照国内外文献中关于再生骨料的强化技术，主要包括物理强化和化学强化方法，并对其进行比较，我们找到了一种适合我们国家废旧混凝土利用的强化技术即再生骨料颗粒整形强化技术，即通过颗粒整形设备对再生骨料颗粒进行强化。经过大量的实验证明即对颗粒整形处理前后的再生骨料进行性能实验对比，该技术对再生骨料性能改善的效果很显著。

由于我们国家对于再生骨料的研究起步较晚，还未有相关的技术标准。我们期望通过试验研究能找出更好地反映再生骨料性能的试验方法，然后对再生骨料进行初步的分类，并对其质量检测提出一定的要求。

再生骨料的性能通过颗粒整形后性能有所改变，但其对再生混凝土的性能是否也起到积极的作用，课题最后对再生混凝土的性能主要是新拌混凝土的性能和硬化后的力学性能进行试验，并以此判断颗粒整形再生骨料的可行性。

考虑到废旧混凝土的来源情况比较复杂，强度等级会在一定范围内波动，我们选用的原混凝土是建筑工程质检站检验后的强度等级为C20～C50混凝土的混合料，这些混凝土的龄期一般在一年左右。我们首先利用颚式破碎机将原混凝土试块破碎成最大粒径为31.5mm的再生骨料，经混合均化处理后，再进行整形处理。最后将处理后的再生骨料用筛孔直径为5mm的圆孔筛进行筛分，即可得到再生粗骨料和再生细骨料。

第2章 再生骨料强化技术

2.1 再生骨料强化的必要性

再生骨料颗粒棱角多，表面粗糙，组分中还含有硬化水泥砂浆，再加上混凝土块在破碎过程中因损伤累积在内部造成大量微裂纹，导致再生骨料的孔隙率大、吸水率大、堆积密度小、压碎指标值高的性能特点。与普通骨料相比，再生骨料制备的再生混凝土用水量较大、硬化后的强度低、弹性模量低。此外，再生混凝土的抗渗性、抗冻性、抗碳化能力、收缩、徐变和抗氯离子渗透性等耐久性能也均劣于普通混凝土。为了提高再生混凝土的性能，须对简单破碎获得的低品质再生骨料进行强化处理。强化处理的目的主要是改善骨料的粒形并除去再生骨料表面所附着的硬化水泥石，从而提高骨料的性能。国内外使用的强化方法主要有化学强化与物理强化两种。

2.2 国内外再生骨料强化技术综述

2.2.1 国内再生骨料强化技术

国内再生骨料强化技术主要为化学强化技术，即采用不同性质的材料（如聚合物、有机硅防水剂、纯水泥浆、水泥外掺Kim粉、水泥外掺一级粉煤灰等）对再生骨料进行浸渍、淋洗、干燥等处理，使再生骨料得到强化的方法。研究结果表明，化学强化对再生骨料本身的强度有一定程度的提高，但其对再生骨料混凝土的强度提高效果并不明显，没有推广应用价值[21]。 2.2.1.1 用聚合物（PVA）和有机硅防水剂处理

将1%PVA溶液【22】用水稀释2～3倍，并搅拌均匀，然后把再生骨料倒入上述稀释的PVA溶液中，浸泡48小时。在此期间，用铁棒加以搅拌或用力来回颠簸，尽量赶走骨料表面的气泡，最后用带筛孔的器皿将再生骨料捞出，在50～60℃的温度下烘干。

将有机硅防水剂用水稀释5～6倍，搅拌均匀后，把再生骨料倒入稀释的有机硅溶液中，浸泡24小时，操作方法同用聚合物处理。

用PVA溶液和有机硅防水剂均能改善骨料的表面状况，从而降低再生骨料的吸水率，见表2－1[17]。

表2－1 再生粗骨料表面处理与吸水率的关系

未经处理的 用聚合物处理过 用有机硅防水剂处理

再生粗骨料 的再生粗骨料 过的再生粗骨料

浸泡时间 1h 24h 1h 24h 1h 24h 吸水率（％） 2.5 4.85 0.98 2.05 0.76 1.28

可以看出，经聚合物和有机硅防水剂处理过的再生骨料的吸水率有很大程度的降低。经有机硅防水剂处理的再生骨料，24小时吸水率很小，表明有机硅防水剂对再生骨料的强化效果显著。 2.2.1.2 用水泥浆液处理

该方法是用事先调制好的高强度水泥浆对再生骨料进行浸泡、干燥等强化处理，以改善再生骨料的孔结构来提高再生骨料的性能【21】。为了改善水泥浆的性能，可以掺入适量的其它物质如粉煤灰、硅粉、Kim粉等。

研究结果表明，化学强化对再生骨料本身的强度有一定程度的提高，但其对再生骨料混凝土的强度提高效果并不明显。

2.2.2 国外再生骨料强化技术

国外再生骨料强化技术主要为物理强化技术，即使用机械设备对再生骨料进行处理，除去表面黏附的水泥砂浆和颗粒棱角。物理强化方法主要有立式偏心装置研磨法、卧式回转研磨法、加热研磨法和磨内研磨法等几种方法2.2.2.1 立式偏心装置研磨法

立式偏心装置研磨法所用设备见图2－1所示。该设备主要由外部筒壁、内部的高速旋转的偏心轮和驱动装置所组成。该设备构造类似于锥式破碎机，不同点是转动部分为柱状结构，而且转速快。由日本竹中工务店研制开发的立式偏心研磨装置的外筒内直径为72mm，内部的高速旋转的偏心轮的直径为66mm。预先处理破碎好的物料进入到内外装置间的空腔后，受到高速旋转的偏心轮的研磨作用，使得黏附在骨料表面的水泥浆体被磨掉。由于颗粒间的相互作用，骨料上较为突出的棱角也会被磨掉，从而使再生骨料的性能得以提高。

[4－9]

。

图2－1 立式偏心装置研磨设备示意图

2.2.2.2 卧式回转研磨法

由日本水泥株式会社研制开发的卧式强制研磨设备外形见图2－2，其内部构造见图2－3。该设备十分类似于倾斜布置的螺旋输送机，只是将螺旋叶片改造成带有研磨块的螺旋带，在机壳内壁上也布置着大量的耐磨衬板，并且在螺旋带的顶端装有与螺旋带转向相反的锥形体，以增加对物料的研磨作用。进入设备

内部的预先破碎处理的物料，由于受到研磨块、衬板以及物料之间的相互作用，骨料上较为突出的棱角也会被磨掉，从而使再生骨料的性能得以提高。

图2－2 卧式强制研磨设备图 2－3 卧式强制研磨设备内部构造

2.2.2.3 加热研磨法

日本三菱公司研制开发的加热研磨法的工作原理见图2－4。预先破碎好的混凝土块经300℃～400℃加热处理，使水泥石脱水、脆化，然后在磨机内对其进行冲击和研磨处理，有效除去再生骨料表面黏附的水泥石残余物。加热研磨处理工艺，不但可以回收高品质的再生粗骨料，还可以回收高品质再生细骨料和微集料（粉料）。加热温度越高，研磨处理越容易；但是当加热温度超过500℃时，不仅使骨料性能产生劣化，而且加热与研磨的总能量消耗会显著提高[9、23]。

一次 一次研磨 装置

塊

混凝土块

加热处理 加熱処理

研磨处理 すりもみ処理

微粉振動篩

微粉

二次

すりもみ装置

二次研磨

振动筛

脱水に よるセ セメントペー コンクリート塊混凝土块 水泥石脱水脆化 水泥石被去除ストの選択的

加熱装置 加热装置

充填型

再生再骨材

再生粗骨材

图2－4加热研磨法的技术

再生细骨料 再生粗骨料

图2－5 加热研磨法制造再生骨料

加热研磨法工艺流程见图2－5。混凝土块经过预先破碎成50mm以下的块体，投入到充填型加热装置内，经300℃的热风加热使水泥石脱水、脆化，物料经传送带装置进入双重圆筒型磨机，在磨机内受到钢球研磨体的冲击与研磨作用后，粗骨料由内筒排出，水泥砂浆部分将从外筒排出。一次研磨处理后的物料（粗骨料和水泥砂浆）一同进入到二次研磨装置中。二次研磨装置是以回收的粗骨料作研磨体对水泥砂浆部分进行再次研磨。最后，通过振动筛和风选工艺，

对粗骨料、

细骨料以及副产品（微粉）进行分级处理。

利用加热研磨工艺生产出的高品质再生粗骨料的密度≥2.5ｇ/cm3、吸水率≤3.0%，再生细骨料的密度≥2.5ｇ/cm3，吸水率≤4.0%，接近普通骨料的性能。使得高品质再生骨料使用范围完全可以扩大到高流动性混凝土或大体积混凝土中。

2.2.2.4 磨内研磨法

磨内研磨法主要在前苏联有所研究。分为有研磨体和无研磨体（主要依靠物料相互间的研磨作用）两种基本形式。前种形式主要利用球磨机或棒球磨进行强化，后种形式可以理解为无介质磨。磨内研磨法的动力消耗大，效率低，设备和研磨体磨损严重。

试验表明，经球磨机强化的再生骨料质量大幅度提高，再生粗骨料的压碎指标可降低50%以上，见表2－2【24】。这种物理强化方法十分有效，所制备出的再生骨料能用于生产钢筋混凝土构件。

表2－2 物理活化再生骨料的效果

骨料 粒级 堆积密度 重量吸水率 不同状态下的压碎指标值％ mm kg/m

3

% 干燥 饱水

未处理 5～10 1170 7.0 22.5 29.2 10～20 － － － － 自研磨 5～10 1310 4.3 13.3 16.8 10～20 － － 20.1 20.9 经球磨 5～10 1350 3.8 11.2 13.4 机研磨 10～20 － － 12.7 11.8 自研磨：再生骨料通过回转的滚筒，靠自重摩擦作用活化。

*

可以看出，经过研磨机的研磨作用，再生粗骨料表面水泥砂浆附着率减小，颗粒表面的形态得到改善。再生骨料的吸水率和压碎指标有所降低，堆积密度有所提高。

2.3再生骨料颗粒整形强化技术研究

借鉴国外的物理强化技术经验，我们找到了一种实用且有效的再生骨料强化处理方法——再生骨料颗粒整形法。所谓颗粒整形强化法，就是通过“再生骨料高速自击与摩擦”来击掉骨料表面附着的砂浆或水泥石，并除掉骨料颗粒上较为突出的棱角，使其成为较为干净、较为圆滑的再生骨料，从而实现对再生骨料性能的强化。

2.3.1颗粒整形设备工作原理

我们所用的破碎整形设备是磨料行业中使用的一种整形设备，其外形见 图2－6，结构和工作原理见图2－7。该破碎整形机由主机系统、除尘系统、电控系统、润滑系统和压力密封系统组成。

图2－6破碎整形设备外形 图2－7 结构和工作原理

图2－8 设备工作时进料情况 图2－9 设备工作结束时机内情况

主机系统内装有一个立轴式旋转叶轮（撒料盘），工作时物料由上端进料口（见图2－8）进入机内，被分成两股物料流。其中，一部分物料经叶轮顶部进入叶轮内腔，由于受离心力作用而加速，并被高速抛射出（最大时速可达100m/s）；另一部分物料由主机内分料系统沿叶轮四周落下，并与叶轮抛射出的物料相碰撞。高速旋转飞盘抛出的物料在离心力的作用下填充死角，形成永久性物料曲面（见图2－9）。该曲面不仅保护腔体免受磨损，而且还会增加物料间的高速摩擦和碰撞。碰撞后的物料沿曲面落下，与飞盘抛出的物料进行再次碰撞，直至最后沿下腔体流出。物料经过多次碰撞摩擦而得到粉碎和整形。在工作过程中，高

速物料很少与机体接触，从而提高了设备的使用寿命。

2.3.2颗粒整形设备的性能特点

（1）被粉碎物料的颗粒表面较为光滑，粒形好（针状和片状颗粒明显减少），

从而提高物料的堆积密度。

（2）主要是利用物料之间的碰撞实现整形，没有其它介质掺入，纯度高。（3）配有袋式除尘器，使工作环境无粉尘污染。 （4）产量大，易损件及动力消耗低。

（5） 压力密封系统保证了主机工作的正常和稳定，延长了轴承的使用寿命。 （6）设备体积小、操作简便，安装和维修方便，运转平稳，噪音低。

2.4 本章小结

废旧混凝土经简单破碎得到的低品质再生骨料，由于其表面含有水泥砂浆和棱角，它的性能明显劣于天然骨料。为了得到高品质的再生骨料，我们必须对经简单破碎的再生骨料进行强化处理。

本章介绍了国外（主要是日本）的物理强化技术和国内的化学强化技术，并通过对比，找到了一种实用且有效的再生骨料颗粒整形强化技术。日本的立式偏心轮高速研磨法和卧式强制研磨法是依靠纯机械力对再生骨料进行挤压，这种方法设备庞大、动力消耗大、设备磨损大，对环境影响大。加热研磨法和磨内研磨法属于同种工作原理，只是加热研磨法是在磨内研磨法的基础上预先对再生骨料进行加热处理，效果好，但加大了高品质再生骨料的生产成本。而相对于国外的物理强化法，国内的化学强化法即在再生骨料表面进行裹浆或是聚合物浸泡等，在实验室操作简单，对再生骨料的性能也有所提高，但是用于实际工程时不好操作。

我们对比了物理强化技术和化学强化技术对再生骨料性能的改善情况，认为物理强化技术优于化学强化技术。我们找到了一种实用且有效的物理强化方法即再生骨料颗粒整形强化技术。颗粒整形技术法也可称为骨料自击法，对骨料进行强化，其设备小，工艺简单，设备使用寿命长，生产成本较低，在我国可以推广。

第3章 颗粒整形对再生骨料性能的改善

3.1 颗粒整形对再生细骨料性能的影响

3.1.1 颗粒整形对再生骨料的影响

废旧混凝土块经颚式破碎机破碎成最大粒径为31.5mm的再生骨料,再经过颗粒整形处理后，再生细骨料的含量会大幅度地增加，整形前后粗细骨料的含量见表3－1所示。这是因为颗粒整形机除了具有一定的整形能力外,还具有一定的破碎能力，一方面可以将尺寸较小的再生骨料进一步粉碎，另一方面可以将尺寸较大的再生粗骨料所突出的棱角和黏附在其表面的硬化水泥砂浆去掉，而成为再生细骨料。再生骨料通过整形处理，可以使再生粗骨料的性能显著提高[25]，同时也将几乎所有的水泥浆体分离至再生细骨料中，从而使再生细骨料的性能变得更加复杂。

表3－1 颗粒整形前后粗细骨料比例(%)

骨料种类 粗骨料 细骨料

简单破碎再生骨料

71.5 28.5

颗粒整形再生骨料

49 51

简单破碎再生细骨料棱角较多（见图3－1），用手抓、捧时有明显的刺痛感。颗粒整形再生细骨料（见图3－2），棱角较少，其中还含有大量的水泥石小颗粒。由于粒形较好，用手抓、捧时无刺痛感。

图3－1 简单破碎再生细骨料 图3－2 颗粒整形再生细骨料

3.1.2 再生细骨料颗粒级配

简单破碎再生细骨料和颗粒整形再生细骨料的级配情况见表3－2，表明简单破碎再生细骨料细度模数偏大，级配接近Ⅱ 区砂；颗粒整形再生细骨料为中砂，级配完全满足JGJ52-92[26]规定的Ⅱ 区级配要求。

表3－2 再生细骨料颗粒级配 (%)

细骨料种类

2.5 1.25

筛孔尺寸 （mm）

0.63 0.315 0.16 0.16以下 细度模数 备注

简单破碎细骨料

30.2 44.4 66.9 82.6 89.0 100 3.1

颗粒整形细骨料

22.8 36.4 58.6 78.4 90.3 100 2.8

Ⅱ 区级配砂

25~0 50~10 70~41 92~70 100~90

级配接近于Ⅱ 区粗砂 Ⅱ 区级配、中砂

3.1.3 再生细骨料颗粒堆积密度

为了有效地反映不同粒级再生细骨料的粒形变化,分别测试不同粒级的简单破碎再生细骨料和颗粒整形再生细骨料的堆积密度，见表3－3。结果表明，整形处理可以使再生细骨料的堆积密度提高7.8%～16.5%，平均为10.3%，说明整形效果十分显著。

表3－3 再生细骨料颗粒堆积密度(kg/m)

粒径范围 （mm） 2.5~5.0 1.25~2.5 0.63~1.25 0.315~0.63 0.16~0.315

平均

简单破碎骨料

1102 1077 1078 1040 953 1050

颗粒整形细骨料

1190 1161 1169 1152 1110 1155

颗粒堆积密度提高（%）

8.0 7.8 8.4 10.8 16.5 10.3

3

3.1.4 再生细骨料堆积密度和密实密度

连续级配的再生细骨料堆积密度和密实密度的大小，直接影响着混凝土的砂率和水泥用量。实验测得的连续级配的天然河砂、简单破碎再生细骨料和颗粒整形再生细骨料的堆积密度和密实密度，见表3－4。结果表明，简单破碎再生细骨料的堆积密度和密实密度均比天然河砂低约400 kg/m3，而颗粒整形再生细骨料的堆积密度和密实密度均有显著提高，但仍比河砂低约200 kg/m3。

表3－4 再生细骨料堆积密度和密实密度(kg/m)

粗骨料 堆积密度 密实密度

河砂 1615 1735

简单破碎细骨料

1225 1365

颗粒整形细骨料

1425 1560

3

3.1.5 再生细骨料表观密度

同天然河砂相比，再生细骨料表面粗糙、棱角较多，内部存在大量微裂纹，而且还含有大量水泥石颗粒。因此，其表观密度远小于河砂。再生细骨料的表观密度是再生混凝土配合比设计时的一个重要参数，有必要进行研究。试验测得的再生细骨料表观密度见表3－5，表明颗粒整形处理使再生细骨料的表观密度从2.44 g/cm3提高到2.51g/cm3。

表3－5 再生细骨料表观密度(g/cm3)

粒径范围 （mm） 2.5~5.0 1.25~2.5 0.63~1.25 0.315~0.63 0.16~0.315

均值

简单破碎再生细骨料

2.53 2.50 2.44 2.39 2.34 2.44

颗粒整形再生细骨料

2.58 2.55 2.53 2.46 2.43 2.51

3.1.6 再生细骨料吸水率

众所周知，界面是混凝土中最薄弱的环节，通过整形处理，不仅可以改变再生细骨料的粒形，而且还能将黏附在骨料表面的水泥石从界面处剥离，而形成新的细骨料。再生细骨料的吸水率主要取决于以下两方面的影响：水泥石含量越多，吸水率越大；细骨料中的微裂缝越多，吸水率越大。试验测得的再生细骨料的吸

水率见表3-6，整形处理使再生细骨料的吸水率从原来的8.3%降低至7.3%，表明整形处理能够大幅度降低细骨料中的微裂缝和减小其表面黏附的水泥浆，进而可以显著提高再生混凝土的性能。

表3-6 再生细骨料吸水率(%)

粒径范围（mm）

2.5~5.0 1.25~2.5 0.63~1.25 0.315~0.63 0.16~0.315

平均

简单破碎骨料

6.7 7.7 7.1 9.1 11.1 8.3

颗粒整形细骨料

5.3 6.2 6.7 8.1 10.1 7.3

3.2 颗粒整形对再生粗骨料性能的影响

3.2.1 再生粗骨料形态的变化

简单破碎的再生粗骨料见图3－3，骨料不仅粒形不好、多棱角，而且表面还含有大量的水泥砂浆块。颗粒整形后的再生粗骨料见图3－4，骨料表面较干净，而且棱角也较少。

图3－3 简单破碎再生粗骨料 图3－4 颗粒整形再生粗骨料

3.2.2 再生粗骨料颗粒级配

简单破碎再生粗骨料和破碎整形再生粗骨料的级配情况见表3－7，表明两种再生粗骨料的级配均能满足JGJ53-92[27]的要求。

表3－7 粗骨料颗粒级配 (%)

粒径范围 （mm） 25~31.5 20~25 16~20 10~16 5~10

简单破碎再生骨料 分计筛余 5.0 13.4 24.0 32.8 24.8

累计筛余 5.0 18.4 42.4 75.2 100

表3－8 再生粗骨料颗粒堆积密度(kg/m)

粗骨料 5.0～10 10.0～16 16.0～20 20.0～25 25.0～31.5

简单破碎再生骨料

1057 1132 1197 1182 1170

3

破碎整形再生骨料 分计筛余 3.6 18.0 17.9 32.8 27.6

累计筛余 3.6 21.6 39.5 72.3 100

颗粒整形再生骨料

1210 1270 1244 1291 1248

3.2.3 再生粗骨料颗粒堆积密度

为了有效地反映不同粒级再生粗骨料的粒形变化，我们分别测试了不同粒级的简单破碎再生粗骨料和颗粒整形再生粗骨料的堆积密度，见表3－8。结果表明整形处理可以使再生粗骨料的堆积密度提高4%～14.5%，整形效果十分显著。

3.2.4 再生粗骨料堆积密度和密实密度

连续级配的再生粗骨料堆积密度的大小，直接影响着混凝土的配合比。粗骨料的堆积密度越大，由其配制的混凝土砂率越小，水泥用量也相对较少。实验测得的连续级配的天然粗骨料、简单破碎再生粗骨料和颗粒整形再生粗骨料的堆积密度，见表3－9。结果表明，简单破碎的再生粗骨料的堆积密度和密实密度均小于天然粗骨料，而颗粒整形再生粗骨料的堆积密度和密实密度均超过了天然粗骨料。

表3－9 再生粗骨料堆积密度和密实密度(kg/m)

粗骨料种类 级配 堆积密度 密实密度

天然粗骨料 5～31.5mm 1330 1480

简单破碎再生粗骨料

5～31.5mm 1195 1355

颗粒整形再生粗骨料

5～31.5mm 1335 1525

3

3.2.5 再生粗骨料表观密度

同天然碎石骨料相比，再生粗骨料表面包裹着相当数量的水泥砂浆，表面粗糙、棱角较多，内部存在大量微裂纹，从而导致再生粗骨料的堆积密度和表观密度均比天然骨料低。众所周知，界面是混凝土中的最薄弱环节，通过整形处理，不仅可以改变再生粗骨料的粒形，而且还能将黏附在骨料表面的水泥砂浆从界面处剥离，从而提高再生粗骨料的表观密度，降低吸水率。再生粗骨料表观密度见表3-10，表明整形处理使表观密度略有提高。再生粗骨料堆积空隙率见表3-11，可以看到，整形处理使再生粗骨料堆积空隙率明显下降，整形效果显著。

表3－10 再生粗骨料表观密度 (g/cm)

粒级（mm） 25～31.5 20～25 16～20 10～16 5～10 5～31.5

简单破碎骨料

2.58 2.52 2.59 2.58 2.54 2.56

3

破碎整形骨料

2.57 2.60 2.63 2.60 2.57 2.59

表3-11 再生粗骨料空隙率 (%)

粒级/mm 25～31.5 20～25 16～20 10～16 5～10 5～31.5

简单破碎骨料

0.547 0.531 0.538 0.561 0.584 0.533

颗粒整形骨料

0.514 0.503 0.527 0.512 0.529 0.485

3.2.6 再生粗骨料吸水率

由于整形处理能将黏附在骨料表面的水泥砂浆从界面处剥离，从而降低了再生粗骨料的吸水率见表3－12，结果表明整形处理使再生粗骨料的吸水率从原来的4.7%降低至2.9%。

表3－12 再生粗骨料吸水率

粒径范围 （mm） 25～31.5 20～25 16～20 10～16 5～10 5～31.5

简单破碎骨料

2.41 3.08 3.15 4.86 7.52 4.7

吸水率（％）

破碎整形骨料

1.21 1.34 2.14 3.50 4.26 2.9

3.2.7 压碎指标

压碎指标是表示粗骨料强度的一个参数。由于再生粗骨料表面包裹着水泥石或砂浆，所以再生粗骨料的压碎指标值远高于天然粗骨料。再生粗骨料的压碎指标值的大小与原混凝土的强度和制备方法等因素有关。原混凝土的强度越高，再生粗骨料的压碎指标值越低；再生粗骨料表面水泥砂浆附着率越小，压碎指标值越低；再生粗骨料颗粒的三度尺寸越接近，压碎指标值越低。实验测得的天然粗骨料、简单破碎再生粗骨料和颗粒整形再生粗骨料的压碎指标值见表3－13，JGJ53-92要求的碎石压碎指标值见表3－14。结果表明，整形处理可以显著提高再生粗骨料的压碎指标，其值满足了JGJ53-92的所有规定。

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