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再生混凝土性能研究与评述论文

论文 时间:2019-10-21 我要投稿
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  摘 要:为了有效减轻不断增加的废弃混凝土带来的环保压力,减少资源浪费,建议对废弃混凝土回收处理成再生骨料,部分或全部代替天然骨料来配置再生混凝土,使废弃混凝土变成土木工程领域的绿色资源。文章从再生骨料生产工艺、性能,再生混凝土物理性能、力学性能及其耐久性等方面介绍了再生混凝土技术在国内外的研究进展,主要从材料、结构、力学性能,耐久性方面分析了再生混凝土的基本特性及其研究存在的问题,指出了需进一步深入研究的方向,为再生混凝土技术在科研与工程应用中提供参考意见。

  关键词:再生混凝土;再生骨料;力学性能;耐久性

  1 再生混凝土简介及其研究的必要性

  再生混凝土(Recycled Concrete),是指将废弃混凝土块经裂解、破碎、清洗与筛分后,制成混凝土骨料,部分或全部代替天然骨料配制而成新混凝土。它是再生骨料混凝土(Recycled Aggregate Concrete,RAC)的简称。

  近年来,我国建筑垃圾逐年上升,建筑垃圾数量已占到城市垃圾总量的30%~40%,其中主要是废弃混凝土,这些垃圾严重影响了城市生活环境,造成了很大的环境污染。目前国内处理这些废弃混凝土的方法有两种:一、运往郊外堆存。这会成为新的垃圾源,显然不可取;二、作为回填材料简单地使用。这会浪费资源,不符合我国建设资源节约型社会要求。据估计,2008年发生的汶川特大地震,产生的建筑垃圾约3亿吨,地震所造成的建筑垃圾量远远超过中国每年建筑施工所产生的建筑垃圾的总和,地震所造成的建筑垃圾量十分庞大,如何对其进行资源化利用,是摆在我们面前的一个新的课题,也是一个挑战。再生混凝土技术是一个很好的解决方法,通过对废弃混凝土的再加工来恢复其原有性能,形成新的建材产品,从而既能对有限的资源进行再利用,又解决了部分环保问题。这既是发展绿色混凝土,实现建筑资源环境可持续发展的重要途径,也是建设资源节约型、环境友好型社会的具体体现。

  2 再生骨料的生产工艺及性能

  2.1 再生骨料的生产工艺

  对废弃混凝土进行充分再利用的前提是要保证再生骨料生产工艺是经济可行的。再生骨料的生产需要解决一系列问题,包括对废弃混凝土块或钢筋混凝土块的回收、破碎与筛分等。简单的混凝土破碎及筛分工艺如图1所示。

  2.2 再生骨料的性能

  经过破碎处理的废弃混凝土,生产出的再生骨料含有30%左右的硬化水泥砂浆,这些水泥砂浆大多独立成块,只有少量附着在天然骨料的表面,导致了再生骨料密度小,吸水率高,粘结能力弱的特点。一般地,再生骨料棱角较多,表面比较粗糙。对废弃混凝土块进行再生破坏过程中,由于积累了损伤,会使再生骨料内部产生大量的微裂纹。研究表明,同天然骨料相比,再生骨料孔隙率较高,密度较小,吸水性增强和骨料强度较低。

  3 再生混凝土物理性能及力学性能

  3.1 再生混凝土物理性能

  由于再生骨料的表观密度比天然骨料小,因此再生混凝土的密度比普通混凝土低。随着再生骨料掺量的增加,再生混凝土的密度有规律地减小,如果再生混凝土全部采用再生骨料,则其密度比普通混凝土相比,降低了7.5% 。再生混凝土有自重低的特点,这能降低结构自重,提高构件的抗震性能。同时,由于再生骨料孔隙较高,使得再生混凝土具有良好的保温性能。

  3.2 再生混凝土的强度

  再生混凝土的强度与基体混凝土(相对于再生混凝土而言,用来生产再生骨料的原始混凝土称为基体混凝土)的强度、再生骨料破碎工艺、再生骨料的替代率以及再生混凝土的配合比等密切相关。由于基体混凝土的强度等级、使用环境各不相同,裂解、破碎的工艺及质量控制措施的差异,导致再生混凝土强度变化的规律性不明显,不同的研究者所得的结论也有所差异。Hansen的试验结果表明,随着基体混凝土强度的降低,再生混凝土的强度也下降。一般情况下,再生骨料混凝土的抗压强度基体混凝土或相同配比的普通混凝土的抗压强度更低,降低范围为0%-30%,平均降低15%。邢振贤等全部采用废弃混凝土再生骨料制作出再生混凝土,指出再生混凝土的抗弯强度约为基准混凝土强度的75%-90% 。和配合比相同的基准混凝土相比,抗压强度降低了9%,抗拉强度降低了7%。

  应该注意的是,再生骨料表面包裹着水泥砂浆,使再生骨料与新的水泥砂浆之间弹性模量基本一样,界面结合可能得到一定的加强。以此同时,再生骨料表面的大量微裂缝会吸入新的水泥颗粒,使得接触区的水化更加完全,最终形成致密的界面结构。由于界面结合得到加强,一定程度的补偿了因再生骨料强度较低而导致的再生混凝土性能的劣化。

  3.3 再生混凝土的弹性模量

  由于再生骨料中有大量的老旧砂浆附着于原骨料颗粒上,导致再生混凝土的弹性模量通常较低,一般约为基体混凝土的70%-80%。再生混凝土弹性模量低,变形大,因此它的抗震性能和抵抗动荷载的能力较强。水灰比对再生混凝土的弹性模量影响较大,当水灰比由0.8降低到0.4时,再生混凝土的抗压弹性模量增加33.7%。

  3.4 再生混凝土的干缩与徐变

  再生混凝土的干缩量和徐变量比普通的混凝土增加了40%-80%。再生骨料的品质、基体混凝土的性能以及再生混凝土的配合比决定了干缩率的增大数值。Yamato等人研究表明,当天然骨料与再生骨料共同使用时,再生混凝土的干缩率会增加;水灰比增加时,再生混凝土的干缩率也会增加。

  4 再生混凝土的耐久性

  4.1 再生混凝土的抗渗性

  与混凝土渗透性有关因素主要分为两类。

  (1)混凝土拌和料的组分、拌和物配合比以及工艺参数,即拌和料的制备、成型和养护等;

  (2)混凝土随时间而发生的变化,即在外部环境、结构应力、流体性能和渗透条件等因素作用下,混凝土内部发生的物理和化学变化。

  由于再生骨料的孔隙率较大,因此再生混凝土的抗渗性比普通混凝土低。但是往再生混凝土里掺加粉煤灰之后,由于粉煤灰能使再生骨料的毛细孔道细化,因而很大地改善了再生混凝土的抗渗性。

  4.2 再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀性

  再生混凝土的孔隙率及渗透性较高,它的抗硫酸盐侵蚀性比普通的混凝土差。同样的,往里面掺加粉煤灰,能够减少硫酸盐的渗透,使其抗硫酸盐侵蚀性有较大改善。

  4.3 再生混凝土的抗裂性

  与普通混凝土相比,再生混凝土极限伸长率增加了27.7%。再生混凝土弹性模量较低,拉压比较高,因此再生混凝土抗裂性比基体混凝土更好。

  4.4 再生混凝土的抗冻融性

  再生混凝土的抗冻融性比普通混凝土差。Yamato等人研究表明,再生骨料与天然骨料共同使用时或者减小水灰比可提高再生混凝土的抗冻融性。

  5 结语

  通过对再生混凝土的研究,我们得出以下结论与建议,希望能够引起行业或者有关部门的重视。

  第一,再生混凝土技术可以从根本上解决废弃混凝土的出路问题,既能减轻废弃混凝土对环境的污染,又能节省天然骨料资源,具有显著的社会、经济和环境效益,是发展绿色混凝土的主要途径之一,符合我国可持续发展战略的要求。

  第二,在工程应用研究中,不单要对如何提高再生混凝土的强度进行研究,而且还要对其耐久性如抗渗性、抗裂性等加强研究,来逐步提高再生混凝土的性能。

  第三,同普通混凝土相比,再生混凝土的配合比设计和施工工艺均有许多不同之处,应区别对待。

  第四,对再生混凝土进行合理设计,基本上能够达到普通混凝土的性能要求。为了更好地推广应用再生混凝土技术,我们还需要对其结构性能(抗弯,抗剪,抗冲切及抗震等)和设计方法多加强研究。

  第五,再生混凝土与普通混凝土在原材料、配合比以及施工工艺等方面有重大差异,按照现行普通混凝土的标准、规程等显然是有许多不足之处的;另一方面,国内的水泥、骨料与国外使用的水泥、骨料在成分和性能上差别也较大,因而更不能直接使用国外的相关标准。因此,建议结合再生骨料分级情况,尽早制定出适合国内情祝的再生混凝土的有关标准和规程。

  第六,通过对再生混凝土的经济性进行综合研究,在我国广泛推广应用再生混凝土,同样需要xx积极的产业政策扶持和国家的法律法规保障。

  参考文献

  [1] 苏南,王博麟.废混凝土回收粗粒料品质与再生混凝土工程性质之探讨[J].中国土木水利工程学刊,2009,12(03):435-444.

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  [3] 邢锋,冯乃谦,丁建彤.再生骨料混凝土[J].混凝土与水泥制品, 1999(02):10~13.

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