摘要：通過(guò)對(duì)農(nóng)村城鎮(zhèn)化、農(nóng)村生態(tài)環(huán)境和震后災(zāi)區(qū)重建等問(wèn)題進(jìn)行探討，把建筑垃圾用做再生骨料，研究用這種再生骨料配置的三種強(qiáng)度等級(jí)（C20、C30、C40）的再生混凝土，分別在不同再生粗骨料取代率（30%、50%和100%）下的抗壓強(qiáng)度與彈性模量，探討再生混凝土在城鎮(zhèn)化建設(shè)和廢墟重建工程上應(yīng)用的可行性。試驗(yàn)結(jié)果表明再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度及棱柱體抗壓強(qiáng)度基本大于普通混凝土，而彈性模量則均低于普通混凝土，且隨著再生粗骨料取代率的增加而降低，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量隨水灰比的減小而提高。研究結(jié)果表明，將再生混凝土作為一種綠色建材用于小城鎮(zhèn)新建筑物上是可行的。
關(guān)鍵詞：農(nóng)村城鎮(zhèn)化；再生混凝土；抗壓強(qiáng)度；彈性模量
前言
農(nóng)村城鎮(zhèn)化是工業(yè)化發(fā)展的客觀要求，是解決我國(guó)“三農(nóng)”問(wèn)題和實(shí)現(xiàn)農(nóng)村現(xiàn)代化的有效路徑之一，城鎮(zhèn)化水平是一個(gè)國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。要發(fā)展農(nóng)村城鎮(zhèn)化，首先需要大量的建設(shè)資源和建筑材料。其次，近幾年我國(guó)汶川和玉樹兩次地震產(chǎn)生了大量的建筑垃圾，災(zāi)后重建工作刻不容緩。如果能有效利用這些建筑廢料，并進(jìn)行破碎、分選，加工成不同粒徑的碎塊，制成再生混凝土骨料，用到城鎮(zhèn)化建設(shè)和廢墟重建上，不但能從根本上解決廢棄混凝土的處置問(wèn)題，減輕對(duì)農(nóng)村環(huán)境的污染，而且能降低城鎮(zhèn)化的建設(shè)成本，節(jié)省天然骨料資源，緩解骨料供求矛盾，使城鎮(zhèn)化建設(shè)又好又快地發(fā)展，對(duì)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展也具有戰(zhàn)略意義。本文通過(guò)試驗(yàn)研究分析了用再生骨料取代天然骨料而配置成的再生混凝土的基本力學(xué)性能，以及再生混凝土彈性模量和抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系，把再生混凝土應(yīng)用于實(shí)際工程上，將為農(nóng)村城鎮(zhèn)化建設(shè)、農(nóng)村生態(tài)環(huán)境及災(zāi)區(qū)震后重建工程提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)依據(jù)。
1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
1.1 試驗(yàn)原材料
再生混凝土試驗(yàn)所采用的材料為：
（1）水泥：42.5R級(jí)普通硅酸鹽水泥；
（2）細(xì)骨料：天然河沙、中沙；
（3）粗骨料：天然粗骨料為天然碎石，再生粗骨料是由廢棄混凝土經(jīng)過(guò)破碎、篩分、顆粒整形之后得到的再生骨料，粗骨料的具體物理性能詳見(jiàn)表1；
（4）外加劑：高效減水劑，減水率為0.75%；
（5）拌合水：普通自來(lái)水。
表1 粗骨料基本物理性能
1.2 試驗(yàn)方案
再生混凝土的抗壓強(qiáng)度與彈性模量按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50081—2002）進(jìn)行測(cè)試。配制三個(gè)強(qiáng)度等級(jí)（C20、C30、C40）三種不同再生骨料取代率（30%、50%、100%）的再生混凝土，抗壓強(qiáng)度試件米用邊長(zhǎng)100mm x 100mm x 100mm的立方體試件，軸心抗壓強(qiáng)度米用邊長(zhǎng)100mm x 100mm x 300mm的棱柱體試件；通過(guò)RMT-150C試驗(yàn)機(jī)來(lái)測(cè)試彈性模量，試件選用直徑50mm、高100mm的圓柱體試塊。再生混凝土詳細(xì)配合比見(jiàn)表2。
表2 再生混凝土配合比
注：N系列為天然骨料配制的基準(zhǔn)混凝土，R系列為摻入再生骨料的再生混凝土，N和R后面的數(shù)字代表混凝土的強(qiáng)度等級(jí)分別為C20、C30和C40。
2 試驗(yàn)結(jié)果分析
2.1 抗壓強(qiáng)度分析
按照普通混凝土的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法，28天后測(cè)試再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度及棱柱體抗壓強(qiáng)度，測(cè)試結(jié)果列于表3。圖1- 3是根據(jù)表3作出的抗壓強(qiáng)度與再生骨料取代率的關(guān)系圖。
表3 再生混凝土強(qiáng)度及彈性模量測(cè)試結(jié)果
圖1 再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度柱狀圖
圖2 再生骨料混凝土軸心抗壓強(qiáng)度柱狀圖
（a）立方體抗壓強(qiáng)度
（b）軸心抗壓強(qiáng)度
圖3 再生骨料取代率和強(qiáng)度變化率的關(guān)系a，b（不含減水劑）
從表3及圖1-3可以看出，同一強(qiáng)度等級(jí)再生混凝土的抗壓強(qiáng)度基本大于普通混凝土，只有R30-50和R30-100這兩個(gè)系列的混凝土強(qiáng)度較普通混凝土略低。在其他學(xué)者以前的研究中，Yoda[1]、Ridzuan[2]、張亞梅[3]等也均得出了再生混凝土強(qiáng)度有高于普通混凝土的趨勢(shì)的結(jié)論。在不摻加減水劑的情況下，再生骨料取代率為30%時(shí)，立方體抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大；當(dāng)超過(guò)30%以后，立方體抗壓強(qiáng)度降低。對(duì)于不同強(qiáng)度等級(jí)的再生混凝土，抗壓強(qiáng)度隨強(qiáng)度等級(jí)的提高而顯著提高。棱柱體抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律和立方體抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律完全相同。
圖3顯示了再生骨料取代率和強(qiáng)度的變化率，可以看出再生混凝土強(qiáng)度相對(duì)于普通混凝土的變化幅度并不大，立方體抗壓強(qiáng)度最多增長(zhǎng)了20.5%，而棱柱體抗壓強(qiáng)度變化的則更少。
從表3及圖1和圖2還可得知，摻加減水劑的再生混凝土不僅可以改善其和易性，而且其抗壓強(qiáng)度也大幅度提高，立方體抗壓強(qiáng)度比同取代率下不添加減水劑的再生混凝土增加了16.94%，軸心抗壓強(qiáng)度也增加了13.3%。
再生混凝土強(qiáng)度高于普通混凝土的主要原因是：（1）再生粗骨料經(jīng)過(guò)顆粒整形后明顯地改善了各項(xiàng)性能，顯著地提高了其堆積密度和密實(shí)度，降低了壓碎指標(biāo)值，使之接近天然粗骨料[4]；（2）再生骨料具有大量的微孔、微管，使其吸水率較大，使得再生骨料附近水灰比較大[5]等。再生混凝土取代率超過(guò)某一最佳值，強(qiáng)度開(kāi)始降低，這是由于再生骨料本身強(qiáng)度低，再生骨料與新水泥石基體的界面薄弱等原因，使得負(fù)效應(yīng)占主導(dǎo)，從而降低了再生混凝土的強(qiáng)度。
2.2 彈性模量分析
按照普通混凝土彈性模量的測(cè)試方法，對(duì)再生混凝土的彈性模量進(jìn)行了試驗(yàn)分析，28天后測(cè)試再生混凝土的彈性模量，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。
圖4 再生骨料取代率和彈性模量的關(guān)系
圖5 再生骨料取代率和彈性模量變化率的關(guān)系
由表3和圖4-5均可以看出，同一強(qiáng)度等級(jí)的再生混凝土彈性模量較普通混凝土低。隨著再生粗骨料取代率的增大（30%、50%、100%），再生混凝土的彈性模量逐漸降低，而對(duì)于不同強(qiáng)度等級(jí)的再生混凝土，再生混凝土的彈性模量隨水灰比的降低而提高。當(dāng)再生骨料取代率為100%時(shí)，三種強(qiáng)度等級(jí)混凝土的彈性模量下降了21.2%~24.4%。在以往的彈性模量研究中[6][7]，普遍認(rèn)為再生混凝土的彈性模量較普通混凝土低，降低幅度大概在15%~40%，與本試驗(yàn)結(jié)論相符。
再生混凝土彈性模量降低的原因是由于大量的砂漿附著于再生骨料上，而這些砂漿的彈性模量相對(duì)較低，同時(shí)再生骨料孔隙率較大，也會(huì)降低再生混凝土的彈性模量。再生混凝土的彈性模量降低，導(dǎo)致其在荷載的作用下變形增加，所以再生混凝土在用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)，需要考慮其引起的結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形增大問(wèn)題。
3 結(jié)論
（1）再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度及棱柱體抗壓強(qiáng)度基本大于普通混凝土，再生骨料取代率為30%時(shí)為最佳狀態(tài)，強(qiáng)度最高。再生混凝土的強(qiáng)度隨水灰比的減小而增加。
（2）本文提出了再生混凝土抗壓強(qiáng)度與彈性模量的關(guān)系式。研究表明，再生混凝土的彈性模量較普通混凝土低，而且隨著再生粗骨料取代率的增加而降低，對(duì)于取代率為100%的再生混凝土，彈性模量下降了21.2%~24.4%。
（3）將再生混凝土應(yīng)用于農(nóng)村城鎮(zhèn)化建設(shè)和災(zāi)區(qū)重建是可行的，并將帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。
參考文獻(xiàn)：
[1] Yoda K., Yoshikane T. Recycled cement and recycled concrete in Japan [A].Proceedings of the International Conference on Demolition and Reuse of Concrete and Masonry [C].1988：527-536
[2] Ridzuan A R Metal. The influence of recycled aggregate concrete on the early compressive strength and drying shrinkage of concrete [A]. Proceedings of the International Conference on Structural Engineering, Mechanics and Computation[C], South Africa, 2001：1415-1421
[3] 張亞梅，秦鴻根，孫偉等. 再生混凝土配合比設(shè)計(jì)初探[J]. 混凝土與水泥制品, 2002(1)：7-9
[4] 張健，李秋義，杜俊，呂雪源.高性能再生混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2008,29(6)：16-21
[5] 張利娟，徐亦冬. 再生混凝土的抗壓強(qiáng)度與彈性模量研究[J]. 低溫建筑技術(shù), 2008(1)：6-8
[6] 宋燦，鄒超英，徐偉. 再生混凝土基本力學(xué)性能的試驗(yàn)研究[J]. 低溫建筑技術(shù), 2007(3)：15-16
[7] 李旭平. 再生混凝土基本力學(xué)性能研究Ⅰ——單軸受壓性能[J]. 建筑材料學(xué)報(bào), 2007,10(5)：598-603
作者：趙學(xué)勇（天津市西青區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站），張瑾（天津城市建設(shè)學(xué)院）
編輯：趙虹旭
