再生骨料工程特性及其水稳混合料性能研究进展

再生骨料工程特性及其水稳混合料性能研究进展

黄显鋆 ,陈维智

中山市路桥建设有限公司  广东省中山市  528403

摘要：重点综述了建筑垃圾再生骨料的物理性质、工程特性、性能强化方法，以及再生骨料类别、掺量对水泥稳定类混合料力学性能的影响机制，以期指出再生骨料在道路工程中应用的关键技术问题与发展方向，为解决道路工程建设中砂石材料紧缺的实际问题提供技术借鉴和数据参考。

关键字：再生骨料；工程特性；再生混合料；掺量

0 引言

“双碳”目标背景下，城市建筑垃圾（也称建筑废弃物）已被视为城市宝贵的矿产资源。各级道路工程行业规范相继颁布实施， 诸如2019年3月1日《建筑废弃物再生工厂设计标准》正式实施，2019年12月17日《道路用建筑垃圾再生骨料无机混合料技术规范》团体标准发布，2020年10月1日《公路用建筑垃圾再生材料施工与验收规范》北京市地方标准开始实施等。国内诸多院校、研究院等均启动了再生骨料相关课题研究，典型的代表诸如北京建筑大学季节教授团队、长安大学郝培文教授团队等，为再生骨料的规模化应用奠定了坚实的理论基础。

然而，与天然集料不同，再生骨料在物理属性特征、工程特性以及对水泥稳定再生混合料性能影响机制方面体现了独特的工程响应。在表面形态方面，诸如裂纹多、空隙率高、粒形多样等特点；在化学矿物组成方面，酸性矿物比例偏高，对沥青-集料界面特性影响显著。近年来，再生骨料应用于水稳基层混合料、路基填筑、透水路面混合料已有较多报道，但更多的研究者倾向于将再生骨料应用于水稳基层混合料中，并尝试多种途径提升再生混合料的性能综上，有必要针对建筑垃圾再生骨料的属性特征、工程特性、强化方法，以及再生骨料类别、掺量对水泥稳定类混合料力学性能的影响机制进行全面综述，以期指出再生骨料在道路工程中应用的关键技术问题与发展方向，为解决道路工程建设中砂石材料紧缺的实际问题提供技术借鉴和数据参考。

1 再生骨料物理属性与工程性质

废旧混凝土块、砖瓦块等建筑垃圾经回收、破碎、筛分处理后得到再生粗、细骨料。然而由于水泥砂浆包裹、骨料纹理退化等因素影响，再生骨料与天然骨料不同，典型特征在于再生骨料表面形貌[1]。再生骨料具有丰富的表面纹理与构造，这决定了其复杂的界面特性。表面形态、级配和尺寸是表征再生骨料属性的常用指标，再生骨料形态特征与再生混凝土中相界面粘结强度密切相关，进而影响混凝土的孔隙分布、力学强度[2]。近年来，激光扫描技术在量化集料形态参数方面广泛应用，Komba 等研究者基于分形理论表征了粗集料的表观形貌特征[3]。盛三湘的研究发现再生粗、细集料的吸水率分别是天然粗、细集料的12~18倍和3倍[4]。王健仵等指出CO2矿化养护降低了再生骨料的吸水率[5]。李强的研究发现，经过有机硅树脂喷涂后的再生骨料，其抗收缩性能接近天然骨料[6]。李克亮等指出再生集料受制备工艺中机械力作用影响表面存在微裂缝，采用裹浆法可提升再生集料的性能[7]。研究设计了3种不同的碱激发浆液，基于定量表征分析发现，与原状再生集料相比，裹浆骨料表面粗糙程度降低、形貌更加接近球状、表面凹凸棱角相对减少。

2 再生骨料对水稳混合料性能的影响机制

由于再生骨料工程特性的复杂性，有研究提出再生骨料的压碎值指标与再生混合料的力学性能相关性不好。尽管当前研究者针对混凝土类再生骨料、砖瓦类再生骨料、砖混类再生骨料等多种类别的再生骨料开展了较多研究，但是仍旧没有统一的结论。

余红明等研究表明砖混再生基层混合料无侧限抗压强度较低导致道路回弹弯沉增大[8]。周芬等建立了再生混合料力学性能与水泥含量、砖粉再生骨料含量的关系[9]。长沙理工大学的李城研究了水泥剂量、再生骨料掺量、砖砼比例因素对水泥稳定再生混合料性能的影响[10]。张志伟的研究指出水泥掺量和混凝土颗粒含量分别为4%和25%时，再生混合料的无侧限抗压强度可满足路面底基层的要求[11]。周文娟研究表明水泥稳定类再生混合料的7天无侧限抗压强度值在2.8~3.4MPa [12]。栗威等提出了优化的混合料配合比设计方法[13]。笔者针对废旧混凝土块类再生骨料工程特性开展了部分研究，重点探讨了再生骨料的掺配率对水稳类混合料性能的影响，研究发现水泥剂量为4%时，再生骨料掺量分别为100%和50%时，再生混合料7天无侧限抗压强度分别为3.9MPa和4.2MPa。因此，水稳再生混合料完全可以满足道路工程基层材料的性能要求。

3结语

建筑垃圾再生骨料来源广泛，造成其工程性质变异性较大，但由于缺乏精细化的分类标准和关键技术指标，当前再生骨料依旧需要开展更加深入的研究，以期提炼精确表征再生骨料形态特性、界面状态的指标，为建立再生骨料的梯度技术标准提供数据支撑。

参考文献

[1]陈勐. 温-湿耦合作用下混凝土类建筑垃圾再生骨料沥青混合料疲劳性能研究[D].北京建筑大学,2022.

[2] Dimitriou G , Savva P , Petrou M F . Enhancing mechanical and durability properties of recycled aggregate concrete[J]. Construction and Building Materials, 2018, 158:228-235.

[3] Komba J J ,  Anochie-Boateng J K ,  Steyn W . Analytical and Laser Scanning Techniques to Determine Shape Properties of Aggregates[J]. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2013, 2335(1):60-71.

[4]盛三湘,李城.再生集料用于水泥稳定碎石基层中的抗疲劳性能研究[J].中外公路,2021,41(04):350-356.

[5]王健仵,胡忠君,孙照钧等.CO2矿化养护强化再生混凝土骨料研究综述[J].建筑结构,2022,52(S2):1087-1091.

[6]李强,温华梦,李国芬等.再生集料强化方法和掺量对水泥稳定碎石性能的影响[J].铁道科学与工程学报,2021,18(05):1188-1195.

[7]李克亮,弓晋伟,陈爱玖等.裹浆改性再生骨料的形态特征评价方法[J/OL].材料导报,2023(21):1-12

[8]余红明,孟涛,刘港归等.砖混骨料再生道路水泥稳定基层的路用性能与有限元模拟研究[J].新型建筑材料,2020,47(11):107-111.

[9]周芬,张力,杜运兴.含砖粉碎料水泥稳定再生集料的力学性能[J].湖南大学学报(自然科学版),2020,47(05):134-140.

[10]李城. 再生砖砼集料用于水稳定碎石基层中的抗疲劳性能研究[D].长沙理工大学,2021.

[11]张志伟. 道路用砖混类建筑垃圾再生材料试验研究[D].北京建筑大学,2020.

[12]周文娟,张志伟,徐玉波.建筑垃圾再生骨料无机混合料的力学及抗冻性能[J].材料导报,2020,34(S1):234-236.

[13]栗威,韦慧,王兆仑,李玉梅,冯学茂.城市建筑废弃物再生水泥稳定混合料路用性能[J].长安大学学报(自然科学版),2019,39(04):52-61.