再生混凝土技术及其配合比设计方法

再生混凝土技术及其配合比设计方法
摘要：混凝土用料对自然资源的耗费较大，开发再生混凝土技术是应对环境保护和资源节约的重要科研课题，使用废弃混凝土材料代替天然物料配置的再生混凝土，在现代建筑工业发展中逐渐引起各方重视，本文就混凝土再生技术基本性质和重要配合方法进行分析，根据再生混凝土特征，提出基于自由水灰比之上的再生混凝土配合比设计方案，分析本次设计方案对混凝土发展的必要性，以供行业参考。

关键词：再生混凝土；配合比；设计
前言
随着材料科学的不断发展，混凝土的用途也越来越广泛，己成为跨行业、跨学科、互相渗透的领域。

混凝土配合比设计涉及到以下几个方面的内容：一要保证混凝土硬化后的强度和所要求的其它性能及耐久性；二要满足施工工艺，易于操作而又不遗留隐患的工作性；三要在符合上述两项要求下选用合适的材料和计算各种材料的用量；四要对上述设计的结果进行试配、调整，使之达到工程的要求；五要在达到上述要求的同时，设法降低成本。

本文论述了再生混凝土技术的概念、再生混凝土的性质并首次提出基于自由水灰比之上的再生混凝土配合比设计方法，以促进再生混凝土技术的研究，推广再生混凝土在工程中的应用。

一、再生混凝土技术的含义
再生混凝土技术是将废弃混凝土块经过破碎、清洗、分级后，按一定的比例混合形成再生骨料，部分或全部代替天然骨料配制新混凝土的技术。

把废弃混凝土块经过破碎、分级并按一定的比例混合后形成的骨料称为再生骨料(recycled aggregate)，而把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(recycled aggregate concrete)，简称再生混凝土。

相对于再生混凝土而言，把用来生产再生骨料的原始混凝土称为基体混凝土(originalconcrete)，简称再生混凝土。

二、再生混凝土技术中再生骨料的特征研究
同天然砂石骨料相比，再生骨料由于含有30％左右的硬化水泥砂浆，从而导致其吸水性能、表观密度等物理性质与天然骨料不同。

再生骨料表面粗糙、棱角较多，并且骨料表面还包裹着相当数量的水泥砂浆(水泥砂浆孔隙率大、吸水率高)，再加上混凝土块在解体、破碎过程中由于损伤积累使再生骨料内部存在大量微裂纹，这些因素都使再生骨料的吸水率和吸水速率增大，这对配制再生混凝土是不利的。

同样由于骨料表现的水泥砂浆的存在，使再生骨料的密度和表观密度比普通骨料低。

三、再生混凝土的物理性质分析
再生混凝土的弹性模型较低，变形较大，延性较好，这使得再生混凝土具有较好的抗震性能和抵抗动荷载的能力。

另外，再生骨料的孔隙率较大，表观密度较小，使再生混凝土具有较好的保温性能。

如水灰比为0.6的再生混凝土，当粗骨料全部使用再生骨料时，则混凝土的导热系数降低28％，若再加入引气剂，再生混凝土的导热系数可降低44％。

由此可见再生混凝土适合用于维护材料和结构保温材料。

但是，再生混凝土由于水泥砂浆含量多，所以其干缩值和徐变较大，这是影响其应用的最不利因素。

再生混凝土的强度再生骨料对混凝土强度的影响主要在界面。

由于再生骨料的亲水性较强，能很快被水润湿，而且再生骨料表面有许多微裂纹，会吸入新的
水泥颗粒，使接触区的水化更加完全，形成致密的界面结构。

这样，由于界面结
合得到加强，再生混凝土的强度可能高于再生骨料的强度。

再生混凝土强度要受基体混凝土的强度、再生骨料的品质、再生骨料替代率
以及再生混凝土的配合比等因素影响。

一般认为，再生混凝土比基体混凝土强度
稍低，降低范围为0％~30％左右。

再生混凝土的和易性受再生骨料的影响很大。

由于再生骨料有较大的吸水率，以及骨料表面粗糙的粒形效应、棱角效应，会增大再生混凝土拌合物的磨擦阻力，导致在配合比相同的情况下，再生混凝土的流动性比普通混凝土差，但粘聚性和
保水性较好。

若粗细骨料全部使用再生骨料时，混凝土拌合物需水量增加25kg／方，增加百分数为15％。

由于用水量的增多，导致单方水泥用量增多，这是配制
再生混凝土不经济的地方。

四、再生混凝土配合比设计方法
混凝土配合比设计的任务是确定获得预期性能而又经济且性能优良的各组成
材料用量。

骨料因占混凝土体积约2/3以上，所以直接控制骨料的比例会有效获
得混凝土的最小空隙率。

混凝土中颗粒的堆积方式对于宏观力学行为有很大影响，就像土壤颗粒材料一样，颗粒结构堆积越致密，空隙越小，接触点越多，则密度
越大，理论上应能获得较高的强度。

另外，以相同的水灰比而言，骨料在最佳堆
积下总浆体用量也会随之减少，相对的拌和水用量也会降低，因而可减少混凝土
中弱界面的形成几率及降低浆体本身产生收缩裂缝的可能，从而提高混凝土的耐
久性。

1.自由水灰比上的再生混凝土配合比研究
在混凝土的配合比设计中，采用如下的混凝土的试配强度公式：
fcu,o≥fcu,k+1.645σ。

其中，fcu,o为混凝土的配制强度；fcu,k为混凝土的立方体抗
压强度标准值；σ为混凝土强度标准差，反映混凝土强度的波动情况。

由此公式
可以看出，在一定的混凝土强度标准值和在规定的强度保证率的情况下，标准差
σ越大，要求试配强度越大，导致水泥用量的增大，这在混凝土的配制中是不经
济的。

在普通混凝土中，标准差通常取4.0~6.0MPa。

但是，如果在再生混凝土中
采用普通混凝土配合比设计方法，标准差σ可达到13.0MPa，这是由于再生骨料
吸水率较大且再生骨料的品质变化较大，引起再生混凝土的强度离散显著增大。

为解决再生骨料吸水率较大而引起再生混凝土强度波动的问题，提出了基于
自由水灰比之上的配合比设计方法。

将再生混凝土的拌和用水量分为两部分，一
部分为骨料所吸附的水分，这部分水完全被骨料所吸收，在拌和物中不能起到润
滑和提高流动性的作用，把它称为吸附水，吸附水为骨料吸水至饱和面干状态时
的用水量；另一部分为拌和用水量，这部分水分布在水泥砂浆中，提高拌和物的
流动性，并且在混凝土凝结硬化时，这部分自由水除有一部分蒸发外，其余的要
参与水泥的水化反应，称为自由水。

其中，自由水与水泥用量之比称为自由水灰比，用w/c表示。

再生混凝土的强度主要取决于自由水灰比。

骨料的含水状态通常可分为四种：干燥状态、气干状态、饱和面干状态和湿
润状态。

在计算混凝土各组成材料配比时，若以饱和面干状态的骨料为基准，则
不会影响混凝土的用水量和骨料的用量，因为饱和面干状态的骨料既不从混凝土
中吸收水分也不向混凝土中释放水分。

如果将这种基于自由水灰比之上的配合比设计方法应用在普通混凝土和其它
混凝土中，可以不考虑骨料的吸水率和表面性质的不同，自由水灰比均由混凝土
的和易性和强度确定，吸附水可以在拌和混凝土时，先将这部分用水量加到再生
骨料中，若采用不同品质的再生骨料时，应分别加入各自的所需吸附水，这样，不但可以简化混凝土的配合比设计方法，而且可以在所有混凝土配合比设计中制定一个统一的标准。

五、配合比确定及搅拌调整分析
不论是采用抗压强度还是抗折强度为设计指标，我国的配合比设计步骤多数如下：根据设计要求选定工程所用原材料；确定配制强度和耐久性指标；计算或选择水胶比；确定单位用水量；计算矿物掺合料和外加剂用量；计算粗细骨料用量；确定计算配合比。

计算配合比应通过试拌测试并满足拌合物性能要求；不管假定用水量如何，必须达到坍落度或扩展度要求；含气量达到要求；测试实际容重；试验室应仔细观察混凝土工作性、抗离析性能和抹面性能。

随后，应根据下面步骤进行配合比调整：（1）根据调整后净用水量重新计算单位用水量；（2）如果没有获得所需含气量（对于引气混凝土），针对要求的含气量应重新估计外加剂用量；（3）根据假定容重和实测容重之比进行调整，以保证混凝土产量。

总结
再生混凝土技术在现代建筑行业的发展中展现了新的节能思路，是环境保护和资源优化利用的关键内容，其配合比设计要遵循规范要求，力争能够满足工程建设施工需要，提供高效优质价格低廉的混凝土材料，助推我国的建筑行业材料应用再循环。

参考文献：
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