汶川地震建筑垃圾再生骨料物理力学性能研究全

摘要：建筑废物的再生资源化利用是使建筑业实现可持续发展、建设循环经济和构建节约型社会的一个重要方面。

近年来我国建筑业的快速发展和降耗减排的科学要求，使得在土木工程领域开展废混凝土的循环再生和高效利用有了可能和勃勃生机。

该文对中国四川汶川大地震产生的建筑废混凝土进行采样，经破碎处理后进行了各方面研究，包括在建材实验室进行了粗骨料的基本物理性质试验，以及不同级配下再生粗骨料的基本物理性质试验，在力学实验室进行了再生混凝土块试样的抗压强度试验以及试验方法的改进。

经过对试验得出的结论进行分析，表明在该试验中配合比和水灰比为0.62的情况下，再生混凝土同一龄期抗压强度高于普通混凝土。

该论文主要对配合比设计及再生骨料的基本性质对再生混凝土抗压强度的影响进行了阐述，该试验结果为再生混凝土后期研究提供了基本数据和依据。

关键词：废混凝土；再生粗骨料；再生细骨料；配合比设计；抗压强度试验2008年5月12日发生在四川省汶川县的8.0级特大地震，受灾地区涉及四川、甘肃、陕西、重庆、云南等16个省市，417个县、4624个乡(镇)、46574个村庄受灾，受灾人口4561万人，破坏特别严重的地区超过10万平方公里。

据有关部门统计，这次地震造成倒塌房屋530万间，损坏房屋1561万间，地震给四川乃至中国人民带来了深重的灾难。

汶川大地震是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最广的地震。

这样的损毁程度，会产生多少建筑垃圾？到目前为止，尚无准确的统计数字。

住房和城乡建设部专家委员会环境卫生专家、中国城市建设研究院总工程师徐海云认为，从这次受灾人口和倒塌裂损房屋的数量初步估计，建筑垃圾量有可能超过5000万立方米。

住房和城乡建设部制定的《地震灾区建筑垃圾处理技术导则（试行）》在评估部分提出，预估灾区建筑垃圾量宜以现场测量为准，并给出以下经验数据[1]：城镇地区砖混和框架结构的建筑物，建筑垃圾产生量约为1.0-1.5吨／平方米；其他木质和钢结构的建筑物，产生量约为0.5-1.0吨／平方米。

由此估算这次地震产生的建筑垃圾可高达约3亿吨。

本研究试验中取材（废混凝土块）于四川汶川大地震灾区，成都市都江堰区，在彭州市经过破碎处理运回实验室。

1试验方案试验主要采用破碎后的废混凝土块4.75mm以上作为再生粗集料，研究其物理性能，与天然卵石（相近级配）做比较。

以及同种设计强度、配合比的状态下，再生混凝土与普通混凝土在3、7、14、28天的抗压强度、屈服极限比较，研究其力学性能。

整个试验分为三大部分[2]1.1混凝土粗骨料物理性质试验（1）再生粗骨料与天然粗骨料的筛分析试验（2）再生粗骨料与天然粗骨料的表观密度试验（3）再生粗骨料与天然粗骨料的吸水率试验（4）再生粗骨料与天然粗骨料的堆积密度、紧密密度试验（5）再生粗骨料的密实密度试验（6）天然细骨料的堆积密度试验（7）天然细骨料的表观密度试验1.2新拌再生混凝土的工作性能试验（1）坍落度试验（2）和易性试验1.3混凝土力学性质试验（1）再生混凝土抗压强度试验（2）普通混凝土抗压强度试验2试验数据结果2.1级配表1粗骨料筛分数据表1粗骨料筛分数据试验测得天然粗骨料与再生粗骨料的级配曲线如图1所示。

由图1可以看出两种粗骨料的级配曲线类似，均落在《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》（JCJ53-92）要求的范围之内，表明再生粗骨料的级配可以满足要求。

但再生粗骨料较天然粗骨料粗，细度模数高。

图1天然粗骨料与再生粗骨料级配曲线2.2密度、吸收性本试验对粗骨料的表观密度、堆积密度以及吸收性进行测试，主要是为了天然粗骨料与再生粗骨料进行对比。

集料的表观密度本来就是其本身性质一个重要反映，集料表观密度的大小将会直接影响到混凝土成品的各方面性能。

粗骨料的堆积密度有松散堆积密度和紧密堆积密度之分，它的大小是粗骨料级配优劣和空隙多少的重要标志，且是进行混凝土配合比设计的必要资料。

再生粗骨料较天然粗骨料堆积密度偏小，空隙率偏大，这也是主要受再生粗骨料的组成所影响，这些也将影响到配合比设计和成品试块的空隙率。

而吸水率对混凝土成品试样的结构性能有较大的影响，特别是再生混凝土，其配合比设计也与再生粗骨料的吸水率有密切的关系。

表2粗骨料物理性质由表2得出的数据可以看出在表观密度方面，天然粗骨料的干表观密度明显高于再生粗骨料的干表观密度，平均高出再生粗骨料干表观密度的11.12%。

这直接影响到混凝土的配合比设计，以及混凝土试块的抗压强度。

再生粗骨料方面，本试验得出的饱和面干密度数据与国外几个国家（包括巴西、德国以及澳大利亚等国家）研究再生粗骨料的饱和面干表观密度[2]进行比较，本试验数据稍微高出国外数据。

但与国内研究数据相比来看，比较接近。

同时证明本试验再生粗骨料的表观密度数据是可行的、准确的，为后期试验提供了基本依据。

天然粗骨料的吸水率与再生粗骨料的吸水率有较大的差异，再生粗骨料的吸水率为天然粗骨料的3.5倍左右。

再生混凝土吸水率与国内外研究进行对比，可以看出本试验是符合要求的，取样具有可行性。

而试验结果表明再生粗骨料的吸水率偏大，这会直接对再生混凝土的配合比设计产生较大的影响。

主要存在于水灰比的问题上，直接再生混凝土试块的抗压强度。

所以在做再生混凝土配合比设计中，其方法与普通混凝土配合比设计有所不同，必须要考虑到吸水率对配合比的影响。

所以在后续再生混凝土配合比设计中，采用了参考水灰比和实际水灰比两个数据相结合的设计方法，再通过对配合比的调整来完成整个配合比设计，大大提高了再生混凝土试块的合理性和可行性。

2.3再生混凝土配合比设计再生混凝土配合比设计的任务就是要确定获得预期性能而又经济的混凝土各组成材料的用量。

它与普通混凝土配合比设计的目的是相同的，即在保证结构安全使用的前提下，力求达到便于施工和经济节约的要求。

国内外大量试验已表明：再生粗骨料的基本性能与天然粗骨料有很大差异，如空隙率大、吸水率大、表观密度低、压碎指标高等，在本文对再生粗骨料的各方面试验中也表明其情况。

完成再生混凝土配合比设计，计算得出参考水灰比为0.62。

按坍落度要求（30-50mm）进行配合比设计调整，在不改变其水灰比和砂率的前提下，加入砂和粗骨料，以满足再生混凝土的和易性与坍落度。

调整为上述配合比，进行混凝土块150×150试块配制。

由于再生粗骨料吸水率较大，且不同来源的再生粗骨料的吸水率差别也较大，而本试验中取样所得再生粗骨料吸水率在3.2%左右。

因而再生混凝土的用水量或水灰比的概念与骨料的吸水率可以不计的普通混凝土不同。

为进行再生混凝土与天然混凝土对比试验，本实验用于再生混凝土调整后配合比设计来配制天然混凝土试块。

以满足对比要求，同时进行其抗压试验。

2.4再生混凝土与天然混凝土抗压强度分析混凝土的抗压强度是混凝土各种力学性能中最重要最基本的一项，因此本文对再生混凝土抗压强度进行试验研究，研究其基本性能[5]。

表3再生混凝土配合比设计数据表4混凝土抗压强度由试验数据表明在同等条件下的配合比设计，由于再生粗骨料与天然粗骨料的差异较大，特别是吸水率的影响较大，从而产生两者在抗压强度下的较大差异。

试验数据中再生混凝土的抗压强度都高于天然混凝土的抗压强度，这主要是由于水灰比的原因影响较大。

对于再生混凝土配合比设计中水灰比中考虑到了再生粗骨料较大的吸水性；而对于天然混凝土配合比设计中水灰比偏高，因为其吸水率较低，而水灰比偏大，直接影响其抗压强度。

Gupta[8]的试验发现，当水灰比较低时，再生混凝土的抗压强度低于同龄期天然混凝土的抗压强度；但是当水灰比较高时，再生混凝土的抗压强度反而高于天然混凝土。

而且，再生混凝土的抗压强度并不严格地随水灰比的增大而减小。

在其试验中，当水灰比为0.6时，再生混凝土的抗压强度达到最高，当水灰比为0.55时，抗压强度却为最低。

3讨论与分析再生混凝土试块抗压强度的影响因素较多，主要有：再生粗骨料取代率、水灰比、砖含量、再生粗骨料的来源、细骨料等。

（1）再生混凝土取代率再生粗骨料取代率对再生混凝土的抗压强度影响很大，本试验采用的是完全取代，取代率为100%。

总体而言，再生混凝土的抗压强度随着再生粗骨料取代率的增加而降低。

原因可能是由于再生粗骨料与砂浆之间存在的粘结较为薄弱；同时，再生混凝土本身的用水量也有所增加，再者由于再生粗骨料孔隙率高，在承受轴向应力时，容易形成应力集中，这些都可以能导致再生混凝土的强度降低。

（2）水灰比水灰比与再生混凝土的抗压强度关系密切，随着水灰比增加，再生混凝土的抗压强度将降低。

本试验中水灰比为C25混凝土标准强度计算方法算出参考水灰比，在经过受吸水率影响进行了一系列计算而得出最后实际水灰比0.62，再保持水灰比不变的情况下进行配合比调整，而本试验再生混凝土抗压强度结果能够基本满足C25普通混凝土的标准。

（3）砖含量随着骨料中砖含量增加，再生混凝土强度降低，原因可以归结于两点：再生砖集料的强大低于再生混凝土集料的强度；由于集料中含有砖块，导致内力分配不均匀，容易产生应力集中。

本试验研究所用粗骨料中为废混凝土块，由于已经做过特别处理，其中不含砖集料，也未对含砖集料再生混凝土进行研究。

（4）再生粗骨料的来源原始混凝土的强度等级对再生混凝土抗压强度的影响较小，由不同强度等级废混凝土混合后得到的再说粗骨料将显著降低再生混凝土的抗压强度。

为此，在回收废混凝土时，应尽量将不同强度等级的废混凝土分开回收。

本试验中所用废混凝土均为中国四川汶川地震后所产生的建筑废混凝土，其强度等级从C25到C40不等。

由于条件有限，不能做出细分类，只能挑选出不含砖集料的纯废混凝土块，进行破碎处理后作为再生粗骨料。

试验所得再生混凝土抗压强度试验数据也会受到再生粗骨料来源，未进行分类等因素影响。

（5）细骨料本试验采用细骨料为天然河砂，提高了再生粗骨料与细骨料之间的粘合力，增强了其抗压强度。

从图2和图3中混凝土试块抗压强度拟合曲线可以说明，在同种配合比设计（C25，水灰比为0.62）的情况，同一龄期下再生混凝土试块抗压强度都高于普通混凝土，而两者都保持随龄期增长而上升的趋势，满足混凝土试块抗压强度与龄期的关系。

在龄期14天时再生混凝土设计强度基本达到80%，而28天强度达到了设计强度的95%，是基本满足混凝土强度要求的。

而与之相比较的普通混凝土的强度与龄期拟合曲线来看，其强度是远远不够的，造成该结果的原因主要是由于为了与再生混凝土试块作对比采用同一配合比设计，其中水灰比偏高的问题。

本试验同时也证明了再生混凝土在研究上的可行性，合理性。

图2混凝土强度与龄期关系拟合曲线图图3混凝土强度百分比与龄期关系通过对再生混凝土与普通混凝土的抗压强度比较，让我们了解到再生粗骨料与天然粗骨料之间的差异。