63Advanced Materials Industry 再生骨料的基本特性研究

◇刘数华1 孙永波2

1.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室2.黄河勘测规划设计有限公司

骨料体积约占混凝土体积的70%～80%，而粗骨

料又约占全部骨料体积的60%～70%。对于普通混凝

土而言，水灰比是控制混凝土力学性能（包括抗压强

度）的重要因素，骨料的本身强度对混凝土性能影响

不大，长期以来骨料都被认为只是惰性填充物[1]。

再生粗骨料颗粒绝大部分为表面附着部分废旧

砂浆的次生颗粒，少部分为与废旧砂浆完全脱离的

原状颗粒，还有很少一部分为废旧砂浆颗粒，而且颗

粒表面附着的废旧砂浆量会对混凝土性能产生很大

影响。实践也证明，仅仅将骨料看作是混凝土制造成

本中的填充材料是不科学的，因为骨料不仅构成了

混凝土的骨架，而且在很大程度上决定着混凝土拌

和物的工作性能、硬化混凝土的力学性能与混凝土

构筑物的耐久性能。再生骨料的基本特性包括粒形、

表面结构、表观密度、吸水特性、强度、坚固性等，而

再生混凝土性能包括新拌混凝土的工作性及硬化混

凝土的强度、耐久性等。

一、再生骨料的粒形、表面结构

1.再生骨料的粒形

骨料的粒形是指颗粒的宏观几何形状，是颗

粒材料的重要几何性质，其粒形优劣关系到骨料▲ 骨料不仅构成了混凝土的骨架，而且在很大程度上决定着混凝土拌和物的工作性能、硬化混凝土的力学性能与混凝土构筑物的耐久性能rontier前沿F

64新材料产业 NO.8 2009的堆积密度和空隙率、新拌混凝土

的工作性以及硬化混凝土的强度和

耐久性。

虽然卵石、碎石和再生骨料的表面

状况相差很远，但用传统三轴形状系数

计算方法测试得到的结果却相差无几，

大量研究表明，再生骨料的粒形与天然

骨料相近或稍好。针片状颗粒含量也是

表征骨料粒形优劣的一个重要指标，可

用于评价集料的颗粒形状和抗压碎的

能力。再生集料针片状颗粒含量一般比

天然碎石要小，不会对再生混凝土性能

产生显著的不良影响。

2.再生骨料的表面结构

再生骨料表面粘附水泥砂浆的多

少等情况与原生混凝土的强度等级、

骨料种类等因素有关，原生混凝土的

强度等级越高，则表面粘附的水泥砂

浆越多，碎石表面粘附的水泥砂浆比

卵石表面的多。

由于表面附着砂浆的存在，再生

骨料表面粗糙度比天然骨料大；再加

上解体破碎的过程中，部分石子因受力

而沿纹理开裂，这既增加了新的粗糙表

面，又增加了棱角效应。一般来说，碎石

相对表面粗糙度比卵石相对表面粗糙

度高，而再生粗骨料相对表面粗糙度比

碎石相对表面粗糙度高，再生粗骨料的

相对表面粗糙度比一般碎石要高10%

～15%，因此用再生粗骨料拌制混凝土

时，砂率应比碎石拌制混凝土时有所提

高[2]。再生骨料具有轮廓分明的边界，多

棱角，因而有较高的面积-体积比；表

面纹理粗糙且多孔，是由于其表面附着

的旧砂浆造成的。正是由于表面纹理粗

糙且多孔，再生骨料与水泥等粘结物的

粘结能力比天然骨料好。此外，被水泥

砂浆包裹的再生骨料再次与水泥砂浆

搅拌时，具有表面亲水性，能很好地为

水溶液所润湿。二、再生骨料的表观密度、堆

积密度和空隙率

1.表观密度

表观密度是指材料在自然状态

下的单位体积质量，其中自然状态下

的体积是指包括材料实体和内部空隙

的表观几何形状体积。再生骨料的表

观密度与再生骨料的粒径有关，由于

再生骨料表面附着旧混凝土砂浆，其

表观密度明显小于天然骨料，且再生

细骨料的表观密度值低于再生粗骨料

的表观密度值。日本有关资料报道，再

生粗骨料饱和面干状态的表观密度为

2120～2430kg/m3，再生细骨料的表

观密度为1970～2140kg/m3[3]。丹麦

建筑科技大学的Hansen和Narud试

验测得4～8mm和16～32mm再生

骨料气干表观密度分别为2340kg/m3

和2490kg/m3，相应粒径范围的天然

骨料气干表观密度分别为2500kg/m3

和2610kg/m3[4-6]。

2.堆积密度

骨料的堆积密度是指骨料在堆积

状态下单位体积的质量。硬化水泥砂

浆密度低、表面粗糙、空隙率大、在破

碎过程中内部产生大量微裂纹，这必

然使再生骨料的堆积密度和表观密度

低于天然骨料。由于原生混凝土的强

度等级、配合比、龄期、使用环境等因

素存在差异，因此目前文献显示的再

生骨料堆积密度和表观密度离散性较

大，再生细骨料的堆积密度和表观密

度分别为天然细骨料的75%～80%、

80%～85%，再生粗骨料的堆积密度和

表观密度分别为天然粗骨料的85%和

90%以上。3.空隙率

骨料的堆积体积包含了颗粒之间

的空隙，其中空隙体积所占的比例即

为骨料的空隙率。同一批废弃混凝土

破碎的再生骨料表观密度基本相同，

随着孔隙率的增加，再生骨料的吸水

率增大、表观密度减小。空隙率的大小

反映了散粒骨料的颗粒互相填充的致

密程度，可作为控制骨料级配的依据。

有数据表明，实测5～31.5mm级配

的再生骨料和天然骨料的堆积密度分

别为1410kg/m3和1540kg/m3，空隙

率分别为45%和42%，再生骨料较之

天然骨料堆积密度小而空隙率高。

再生骨料各个粒级的堆积密度不相

同，表1资料表明颗粒越大，堆积密度

越高，空隙率的变化规律则相反[7]。

连续级配的再生粗骨料空隙率并

不太高(43%～45%)。资料表明：20世

纪90年代初，北京石子的空隙率一直

在40%～43%之间，2000年达到46%以

上、甚至48%；而广东一带的石子空

隙率甚至达到50%[8]。所以相对于工程

应用的普通卵石或碎石而言，再生粗

骨料的空隙率增加不多，只有当自然

级配空隙率较大时，才考虑调整级配

来配制粗骨料。

三、再生骨料的吸水特性

由于天然岩石孔隙很少，孔隙率

很低，一般低于3%，极少超过10%，所

以常用的天然骨料吸水速率和吸水率

都很小。然而对于再生骨料，其颗粒棱

角多、表面粗糙，组分中包含相当数量

的硬化水泥砂浆(包裹在天然骨料表

面或以碎屑形式存在)，砂浆体中水泥

表1 再生骨料粒径对其堆积密度和空隙率的影响骨料粒径/mm4.759.516.019.026.531.5堆积密度/(kg/m3)109012201260128012501281空隙率/%575251505150rontier前沿F

65Advanced Materials Industry 石本身孔隙比较大，且在破碎过程中，

其内部往往会产尘大量的微裂缝，因

此，再生骨料的吸水性和吸水速率比

天然骨料要大得多。另外，经破碎后获

得的再生骨料除非进行水洗处理，否

则就会因含有较多的泥土和泥块，增

加其含水率和吸水率。混凝土科学中

所说的“泥”，不仅指普通意义的泥土，

也包含骨料中其他粒径小于0.08mm

的颗粒；而“泥块”则指骨料中粒径

大于5mm，经水洗或手捏后变成小于

2.5mm的颗粒。泥土不仅增加混凝土

的用水量，而且会降低混凝土的强度、

增加混凝土的干燥收缩率，有时甚至

还在混凝土构筑物中留下较大的洞，

因此必须对再生骨料进行冲洗，清除

其中的泥土等有害杂质。

1.吸水特性与表观密度的关系

国内外对再生骨料的吸水特性进

行了大量的试验研究，虽然吸水率测定结果数据比较离散，但大量试验结

果表明：再生骨料的吸水率随再生骨

料表观密度的降低而显著增大，如表

2所示[9]。

再生骨料的吸水率与表观密度有

如下关系[10]：

2.72.7Wx+1=式中，为再生骨料的表观密度

(kg/m3)，Wx为再生骨料的吸水率。

2.吸水特性与骨料粒径的关系

大量试验研究表明，当再生骨料

的粒径在16～32mm之间时，再生骨

料的吸水率仅为3.8%，而粒径为4～

8mm的再生骨料吸水率则迅速上升

为9.7%，可见再生骨料的吸水率随再

生骨料的粒径减小而迅速增大。日本

认为再生骨料的吸水率一般为：再

生粗骨料3.6%～8.0%，再生细骨料

8.3%～12.1%。表3表明，再生骨料的

吸水性随再生骨料粒径的减小而迅速增大，再生骨料的粒径越小，其吸水性

越大，吸水速率也越快。

3.吸水特性与原生混凝土强度的关系

表4是不同强度等级(C20、C30、

C40、C50)原生混凝土破碎得到的再

生骨料吸水率与天然粗骨料吸水率

的对比。显然，原生混凝土的强度等

级越高，其吸水率越小、吸水速率越

慢；而天然骨料的吸水率和吸水速

率都较低[11]。

4.吸水特性与再生骨料品质的关系

再生骨料的吸水率远远高于天然

骨料，且再生细骨料的吸水率远远高

于再生粗骨料。再生骨料的吸水性随

再生骨料粒径的增大而减小，再生骨

料的粒径越小，其吸水性越大，吸水速

率也越快；再生骨料的吸水性还与其

表观密度有关，且随其表观密度的减

小呈抛物线型迅速增加，因此用其配

制混凝土时，搅拌用水要比天然骨料

多5%左右。新拌再生混凝土的坍落度

损失比较大，这在设计再生混凝土的

配合比时是一个难点。根据日本的再

生骨料标准，在混凝土生产中，不推荐

使用吸水率超过7%的再生粗骨料和

超过13%的再生细骨料。部分学者参

考日本标准，以吸水率和稳定性作为

评价再生骨料的指标，把再生粗骨料

分为3类，再生细骨料分为2类，如表5

所示[12]。

四、再生骨料的强度

再生骨料强度通常指再生粗骨料

的强度。在相同配合比中，如果骨料强

度无法达到需要的混凝土强度，即使

增加水泥用量或降低水灰比，对混凝

土强度的增加仍然有限，甚至会降低，

且不符合经济要求，因此再生骨料的

强度也非常重要。

由废弃混凝土块破碎加工而得表3 吸水率与骨料粒径的关系

吸水时间天然粗骨料粒径/mm天然细骨料粒径/mm5～1010～1616～205～1010～1616～2010min2.4%1.2%0.8%5.5%3.9%2.9%30min3.2%1.6%1.0%6.2%4.4%3.2%40h4.0%2.0%1.4%6.6%4.7%3.5%

表5 吸水特性与再生骨料品质的关系

骨料品种再生粗骨料再生细骨料1类2类3类1类2类吸水率/%<3<5<7<5<10表4 原生混凝土强度与再生骨料吸水率的关系

吸水时间再生骨料（原生混凝土强度）天然骨料C20C30C40C5010min4.06%4.07%4.15%3.28%1.01%30min4.46%4.27%4.15%3.28%1.01%30h4.67%4.47%4.36%3.48%1.62%表2 不同表观密度再生骨料的吸水率表观密度/(kg/m3)2400190017001300吸水率/%3.89.712.822.2