摘要：通过对农村城镇化、农村生态环境和震后灾区重建等问题进行探讨，把建筑垃圾用做再生骨料，研究用这种再生骨料配置的三种强度等级（C20、C30、C40）的再生混凝土，分别在不同再生粗骨料取代率（30%、50%和100%）下的抗压强度与弹性模量，探讨再生混凝土在城镇化建设和废墟重建工程上应用的可行性。试验结果表明再生混凝土的立方体抗压强度及棱柱体抗压强度基本大于普通混凝土，而弹性模量则均低于普通混凝土，且随着再生粗骨料取代率的增加而降低，再生混凝土的抗压强度和弹性模量随水灰比的减小而提高。研究结果表明，将再生混凝土作为一种绿色建材用于小城镇新建筑物上是可行的。

关键词：农村城镇化；再生混凝土；抗压强度；弹性模量

前言

农村城镇化是工业化发展的客观要求，是解决我国“三农”问题和实现农村现代化的有效路径之一，城镇化水平是一个国家社会经济发展水平的重要标志。要发展农村城镇化，首先需要大量的建设资源和建筑材料。其次，近几年我国汶川和玉树两次地震产生了大量的建筑垃圾，灾后重建工作刻不容缓。如果能有效利用这些建筑废料，并进行破碎、分选，加工成不同粒径的碎块，制成再生混凝土骨料，用到城镇化建设和废墟重建上，不但能从根本上解决废弃混凝土的处置问题，减轻对农村环境的污染，而且能降低城镇化的建设成本，节省天然骨料资源，缓解骨料供求矛盾，使城镇化建设又好又快地发展，对农村生态环境的可持续发展也具有战略意义。本文通过试验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学性能，以及再生混凝土弹性模量和抗压强度之间的关系，把再生混凝土应用于实际工程上，将为农村城镇化建设、农村生态环境及灾区震后重建工程提供理论基础和技术依据。

1 试验设计

1.1 试验原材料

再生混凝土试验所采用的材料为：

（1）水泥：42.5R级普通硅酸盐水泥；

（2）细骨料：天然河沙、中沙；

（3）粗骨料：天然粗骨料为天然碎石，再生粗骨料是由废弃混凝土经过破碎、筛分、颗粒整形之后得到的再生骨料，粗骨料的具体物理性能详见表1；

（4）外加剂：高效减水剂，减水率为0.75%；

（5）拌合水：普通自来水。

表1 粗骨料基本物理性能

1.2 试验方案

再生混凝土的抗压强度与弹性模量按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081—2002）进行测试。配制三个强度等级（C20、C30、C40）三种不同再生骨料取代率（30%、50%、100%）的再生混凝土，抗压强度试件米用边长100mm x 100mm x 100mm的立方体试件，轴心抗压强度米用边长100mm x 100mm x 300mm的棱柱体试件；通过RMT-150C试验机来测试弹性模量，试件选用直径50mm、高100mm的圆柱体试块。再生混凝土详细配合比见表2。

表2 再生混凝土配合比

注：N系列为天然骨料配制的基准混凝土，R系列为掺入再生骨料的再生混凝土，N和R后面的数字代表混凝土的强度等级分别为C20、C30和C40。

2 试验结果分析

2.1 抗压强度分析

按照普通混凝土的抗压强度试验方法，28天后测试再生混凝土的立方体抗压强度及棱柱体抗压强度，测试结果列于表3。图1- 3是根据表3作出的抗压强度与再生骨料取代率的关系图。

表3 再生混凝土强度及弹性模量测试结果

图1 再生混凝土立方体抗压强度柱状图

图2 再生骨料混凝土轴心抗压强度柱状图

（a）立方体抗压强度

（b）轴心抗压强度

图3 再生骨料取代率和强度变化率的关系a，b（不含减水剂）

从表3及图1-3可以看出，同一强度等级再生混凝土的抗压强度基本大于普通混凝土，只有R30-50和R30-100这两个系列的混凝土强度较普通混凝土略低。在其他学者以前的研究中，Yoda[1]、Ridzuan[2]、张亚梅[3]等也均得出了再生混凝土强度有高于普通混凝土的趋势的结论。在不掺加减水剂的情况下，再生骨料取代率为30%时，立方体抗压强度达到最大；当超过30%以后，立方体抗压强度降低。对于不同强度等级的再生混凝土，抗压强度随强度等级的提高而显著提高。棱柱体抗压强度变化规律和立方体抗压强度变化规律完全相同。

图3显示了再生骨料取代率和强度的变化率，可以看出再生混凝土强度相对于普通混凝土的变化幅度并不大，立方体抗压强度最多增长了20.5%，而棱柱体抗压强度变化的则更少。

从表3及图1和图2还可得知，掺加减水剂的再生混凝土不仅可以改善其和易性，而且其抗压强度也大幅度提高，立方体抗压强度比同取代率下不添加减水剂的再生混凝土增加了16.94%，轴心抗压强度也增加了13.3%。

再生混凝土强度高于普通混凝土的主要原因是：（1）再生粗骨料经过颗粒整形后明显地改善了各项性能，显著地提高了其堆积密度和密实度，降低了压碎指标值，使之接近天然粗骨料[4]；（2）再生骨料具有大量的微孔、微管，使其吸水率较大，使得再生骨料附近水灰比较大[5]等。再生混凝土取代率超过某一最佳值，强度开始降低，这是由于再生骨料本身强度低，再生骨料与新水泥石基体的界面薄弱等原因，使得负效应占主导，从而降低了再生混凝土的强度。

2.2 弹性模量分析

按照普通混凝土弹性模量的测试方法，对再生混凝土的弹性模量进行了试验分析，28天后测试再生混凝土的弹性模量，测试结果见表3。

图4 再生骨料取代率和弹性模量的关系

图5 再生骨料取代率和弹性模量变化率的关系

由表3和图4-5均可以看出，同一强度等级的再生混凝土弹性模量较普通混凝土低。随着再生粗骨料取代率的增大（30%、50%、100%），再生混凝土的弹性模量逐渐降低，而对于不同强度等级的再生混凝土，再生混凝土的弹性模量随水灰比的降低而提高。当再生骨料取代率为100%时，三种强度等级混凝土的弹性模量下降了21.2%~24.4%。在以往的弹性模量研究中[6][7]，普遍认为再生混凝土的弹性模量较普通混凝土低，降低幅度大概在15%~40%，与本试验结论相符。

再生混凝土弹性模量降低的原因是由于大量的砂浆附着于再生骨料上，而这些砂浆的弹性模量相对较低，同时再生骨料孔隙率较大，也会降低再生混凝土的弹性模量。再生混凝土的弹性模量降低，导致其在荷载的作用下变形增加，所以再生混凝土在用于结构构件时，需要考虑其引起的结构构件变形增大问题。

3 结论

（1）再生混凝土的立方体抗压强度及棱柱体抗压强度基本大于普通混凝土，再生骨料取代率为30%时为最佳状态，强度最高。再生混凝土的强度随水灰比的减小而增加。

（2）本文提出了再生混凝土抗压强度与弹性模量的关系式。研究表明，再生混凝土的弹性模量较普通混凝土低，而且随着再生粗骨料取代率的增加而降低，对于取代率为100%的再生混凝土，弹性模量下降了21.2%~24.4%。

（3）将再生混凝土应用于农村城镇化建设和灾区重建是可行的，并将带来显著的经济效益、环境效益和社会效益。

参考文献：

[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] 张亚梅，秦鸿根，孙伟等. 再生混凝土配合比设计初探[J]. 混凝土与水泥制品, 2002(1)：7-9

[4] 张健，李秋义，杜俊，吕雪源.高性能再生混凝土强度试验研究[J].青岛理工大学学报, 2008,29(6)：16-21

[5] 张利娟，徐亦冬. 再生混凝土的抗压强度与弹性模量研究[J]. 低温建筑技术, 2008(1)：6-8

[6] 宋灿，邹超英，徐伟. 再生混凝土基本力学性能的试验研究[J]. 低温建筑技术, 2007(3)：15-16

[7] 李旭平. 再生混凝土基本力学性能研究Ⅰ——单轴受压性能[J]. 建筑材料学报, 2007,10(5)：598-603

作者：赵学勇（天津市西青区建设工程质量监督站），张瑾（天津城市建设学院）

编辑：赵虹旭