南宁地铁3号线全长27.68km, 共设车站23座, 其中换乘站7座。南宁轨道交通集团坚持“四化一绿”的新发展理念, 倡导再生混凝土技术的研究。中铁十二局集团积极响应上级管理单位的要求, 主动承担南宁地铁3号线所有车站混凝土支撑梁破碎、钢筋回收、骨料整形、混凝土再生施工任务, 共回收钢筋4 132t, 破碎混凝土18 790m³, 作为南宁轨道交通首个混凝土支撑梁破碎回收的科研基地, 与南宁轨道混凝土有限公司合作研究废弃混凝土破碎再生混凝土技术。

一般回收的混凝土支撑梁结构都比较大, 采用液压破碎锤进行破碎, 生成≤50cm的混凝土块, 同时对支撑梁的结构钢筋进行分拣回收。

采用振动筛分机对2次破碎整形的骨料进行4级筛分, 生产5～10, 10～20, 20～31.5mm的再生粗骨料, 对筛分剩余<5mm的骨料通过风力分级生产0.15～5.00mm的再生细骨料, 通过吸尘设备再生粉体。

通过试验检测, 再生粗骨料和再生细骨料的级配均能满足JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》的要求 (见表1, 2) 。

将再生混凝土的用水量看作由2部分组成:一部分是按照普通混凝土配合比设计方法计算的单位用水量W;另一部分为再生骨料吸水额外增加的用水量△W, 这部分水完全被再生骨料吸收, 不考虑其对提高混凝土拌合物流动性的贡献, 称为附加用水量。再生混凝土单位用水量W_R可表示为:

其中, W可查JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》得到, △W主要取决于再生骨料的含水状况及饱和面干吸水率。

每立方米混凝土用水量以干燥状态下骨料为基准, 在计算用水量时需根据骨料实际含水状况调整用水量, 再生混凝土以部分再生骨料 (RA) 取代普通骨料 (ROA) , 其质量相等, 即m_RA=m_ROA;在计算附加含水量△W时, 应将普通骨料从干燥状态到饱和面干状态的吸水量减去, 即式 (2) :

式中, W_RA为再生骨料从自然状态到饱和面干状态的吸水量;S_RA为再生骨料饱和面干吸水率;棕_RA为再生骨料自然状态含水率;S_OA为普通骨料饱和面干吸水率。

再生粗骨料随着吸水时间的增加, 吸水量增大, 10min后吸水速率迅速减小, 基本趋于饱和, 用Origin进行曲线拟合, 可得式 (3) :

式中, k为增量系数, k= (S_RA-棕_RA-S_OA) ;△W=m_RA (S_RA-棕_RA-S_OA) =km_RA;再生粗骨料在24h后吸水基本饱和, 因此附加含水量△W=2.15%m_RA。

再生粗骨料有别于天然碎石和卵石, 其表面粗糙、吸水性强;因此, 再生混凝土与普通混凝土的抗压强度和灰水比公式中的骨料系数琢_a、琢_b不同, 如式 (4) 所示:

式中, f ^R_{cu, 28}为再生混凝土28d龄期的立方体抗压强度实测值;f_ce为水泥28d抗压强度实测值;C/W为灰水比;琢_a^R、琢_b^R为再生骨料系数。

再生混凝土有多种骨料组合形式, 并且还掺有外加剂等情况, 骨料系数不仅与骨料的种类有关, 还与水泥品种有关。我国幅员辽阔, 再生骨料种类繁多、来源各异, 外加剂亦有多种类别, 各地区强度公式的边界条件是不一样的。因此, 琢_a^R、琢_b^R应根据水泥和复合胶凝材料实测强度进行回归分析。

再生混凝土的配制强度沿用普通混凝土的计算公式:

有效水胶比应符合耐久性要求, 应不大于规范中规定的混凝土最大水胶比, 如式 (6) 所示:

式中, (W/B) ^R为再生混凝土有效水胶比;琢_a^R、琢_b^R为再生骨料系数;f_b为胶凝材料28d胶砂抗压强度。

根据施工要求的拌合物稠度和粗骨料的最大公称粒径, 查JGJ 55-2011确定单位有效用水量m_wo。

根据已得到的单位有效用水量m_wo和 (W/B) ^R水胶比, 可求出胶凝材料用量, 如式 (7) 所示:

式中, m ^R_b0为再生混凝土计算配合比单位胶凝材料用量;再生混凝土的最小胶凝材料用量应符合JGJ 55—2011中的规定。

单位矿物掺和料的掺量计算见式 (8) :

式中, m ^R_{f 0}为再生混凝土计算配合比单位矿物掺和料用量;茁_f为矿物掺和料掺量。

单位外加剂的掺量计算如式 (9) 所示:

式中, m ^R_{a 0}为再生混凝土计算配合比单位外加剂用量;茁_a为外加剂掺量, 应经混凝土试验确定。

单位水泥用量的计算如式 (10) 所示:

式中, m ^R_c0为再生混凝土计算配合比单位水泥用量。

根据有效水胶比和粗骨料的最大粒径, 查JGJ 55—2011, 选择适宜的砂率茁_s, 由于再生粗骨料表面较天然碎石粗糙, 砂率茁_s的取值宜适当增大。坍落度>60mm的再生混凝土, 在JGJ 55—2011的基础上, 按坍落度每增大20mm, 砂率增大1%的幅度予以调整。

采用质量法计算再生混凝土配合比, 粗、细骨料用量按式 (11) 和式 (12) 计算。

式中, m ^R_{g 0}、m ^R_s0分别为再生混凝土计算配合比单位粗、细骨料用量;m ^R_cp为再生混凝土单位拌合物的假定质量, 可取2 250～2 450kg/m³。

根据再生粗、细骨料的取代率及实测的再生骨料吸水率, 单位附加用水量按式 (2) 计算。

综上所述, 再生骨料表面包裹一层混凝土旧砂浆, 由于其具有高吸水性、低密度和残余砂浆量的特性, 再生混凝土配合比设计必须在普通混凝土配合比设计的基础上进行修正。