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1、废弃混凝土作为再生骨料和掺合料的利用研究绪论近二三十年来，随着我国城市化进程加快，建筑业进入高速发展阶段，大量旧建筑物达到使用年限，或由于其他因素需要拆除。一般的混凝土工程使用年限约为50-100年，我国建国初期所建成的混凝土工程己经逐步进入拆除期，21世纪将是我国混凝土结构破坏的高峰期，伴随拆除而来的是大量的建筑垃圾，在建筑垃圾中作为最大宗的建筑材料废弃混凝土所占份额最大。废弃混凝土最常用的处理方式是填埋，这样不仅占用土地，而且污染环境。所以废弃混凝土的处理方式，能不能回收再利用是当今各国科学家研究的一个热点，并已有成效，如废弃混凝土作为再生骨料。再生混凝土不仅有效的解决了废弃混凝土的处理问
2、题，还减少了因此而产生的环境污染问题。另外，自然资源的日夜匮乏严重影响着传统混凝土工业的发展，因此我们必须改变传统的混凝土生产方式，将混凝土的生产方式转变到一个可持续发展的轨道上来。再生骨料混凝土技术可实现对废弃混凝土的再加工，使其恢复原有性能，形成新的建材产品，从而既能使有限资源得以利用，又解决了部分环保问题。这是发展绿色混凝土，实现建筑资源环境可持续发展的主要措施之一。 第1章 研究背景1.1混凝土的发展史 混凝土也称砼，是当代最主要的土木工程材料之一。它是由胶凝材料（无机的、有机的或无机有机复合的）、颗粒状集物以及必要时加入化学外加剂和矿物掺合料组分经合理配合的混合料加水拌合硬化后形成具
3、有堆聚结构的材料。混凝土具有原料丰富、价格低廉、生产工艺简单的特点，同时混凝土还具有抗压强度高、耐久性好、强度等级范围宽、使其使用范围十分广泛，因而其使用量越来越大；混凝土不仅在各种土木工程中使用，也广泛使用在造船业、机械工业、海洋的开发、地热工程等领域。 混凝土在古代就已得到使用，罗马人曾用火山灰混合石灰、砂制成的天然混凝土在古代的一些建筑中使用。天然混凝土具有凝结力强、坚固耐久、不透水等特性，使之在罗马得到广泛应用，大大促进了罗马建筑结构的发展，而且拱和穹顶的跨度上不断取得突破，造就了一大批至今为人们津津乐道的公共建筑。公元前1世纪中，天然建筑在券拱结构中几乎完全排斥了石材。 19世纪20
4、年代波特兰水泥出现，用它配制成的混凝土具有工程所需要的强度和耐久性，而且原料易得，造价较低，特别是能耗较低，因而深受人们喜爱。水泥、石灰、石膏等无机胶凝材料与水拌和使混凝土拌合物具有可塑性；进而通过化学和物理化学作用凝结硬化而产生强度。一般说来，饮用水都可满足混凝土拌和用水的要求，但是水中过量的酸、碱、盐和有机物都会对混凝土产生有害的影响。集料不仅有填充作用，而且对混凝土的容重、强度和变形等性质有重要影响。 20世纪初，水灰比等学说初步奠定了混凝土强度的理论基础。相继出现了轻集料混凝土、加气混凝土及其他混凝土。为改善混凝土的某些性质，各种混凝土外加剂也开始使用。为改善混凝土拌合物的和易性或硬化
5、后混凝土的性能,节约水泥,在混凝土搅拌时也可掺入磨细的矿物材料掺合料。它分为活性和非活性两类。掺合料的性质和数量，影响混凝土的强度、变形、水化热、抗渗性和颜色等。由于掺用外加剂有明显的技术经济效果，它日益成为混凝土不可缺少的组分。 60年代以来，广泛应用减水剂，并出现了高效减水剂和相应的流态混凝土；同时高分子材料进入混凝土材料领域，出现了聚合物混凝土；多种纤维被用于分散配筋的纤维混凝土。现代测试技术也越来越多地应用于混泥土材料科学的研究。1.2废弃混凝土的产生和处理 目前，我国每年浇注混凝土约15-20亿立方米，而混凝土中砂石骨料占总重量的70%以上，因此我国每年的开山采石约为14亿立方米。另
6、一方面，我国每年废弃混凝土量约为600万立方米，其中一小部分用于填筑海岸、充当道路和建筑物的基础垫层外，绝大部分作为垃圾填埋，这不仅占用大量的土地(甚至是耕地)，而且造成环境污染。对解体混凝土的处理方法：一是开发能够消解、消化混凝土的技术，减少固体垃圾量，但此法不能将废弃混凝土作为一种资源加以利用，是对资源的浪费；二是可将解体混凝土作为原料通过破碎、粉磨、锻烧来生产水泥；三是可将解体混凝土破碎并筛分成粗细骨料，用以代替部分天然骨料来配制成混凝土即再生骨料混凝土，可节省天然的矿物资源，同时减轻固体废弃物对环境的污染。因此，我们必须改变传统的混凝土生产方式，将混凝土的生产方式转变到一个可持续发展的
7、轨道上来。再生骨料混凝土技术可实现对废弃混凝土的再加工，使其恢复原有性能，形成新的建材产品，从而既能使有限资源得以利用，又解决了部分环保问题。这是发展绿色混凝土，实现建筑资源环境可持续发展的主要措施之一。第2章 国内外废弃混凝土的再生利用现状2.1国外废弃混凝土研究现状再生混凝土的研究与应用并非从最近才开始。早在二次世界大战后, 苏联、德国、日本等国家重建家园，就注意到了废弃混凝土的问题，并对废弃混凝土进行了开发研究和再生利用, 国际已召开过三次有关废弃混凝土再利用的专题会议, 并制定了各种行动纲领和法规, 限制垃圾废料的大量产生,推动垃圾废料回收利用技术的开发研究。日本由于国土面积小, 资源
8、相对匮乏, 因此将建筑垃圾视为“ 建筑副产品”, 十分重视将废弃混凝土作为可用资源而重新开发利用。它将废弃混凝土破碎成直径约40mm 的粒状, 采用300高温加热, 使粒料相互混合、摩擦, 骨料及骨料外围粘附的水泥组分变成粉末完全分离, 所产生的水泥组分用于地基的改进材料, 分离出的骨料可与天然骨料一样用于结构物, 达到100%的回收利用。早在1977年日本政府就制定了再生骨料和再生混凝土使用规范, 并相继在各地建立了以处理混凝土废弃物为主的再生加工厂, 并制定了多项法规来保证再生混凝土的发展2。 美国政府制定了超基金法,给再生混凝土的发展提供了法律保障。美国采用微波技术,可100%地回收利用
9、再生旧沥青混凝土路面料, 其质量与新拌沥青混凝土路面料相同,而成本降低了1/3,同时节约了垃圾清运和处理等费用,大大减轻了城市的环境污染2。 德国目前将再生混凝土主要用于路面, 提出“在混凝土中采用再生混凝土骨料的应用指南”,要求采用再生骨料配成的混凝土必须完全符合天然骨料混凝土的国家标准3。2.2国内废弃混凝土研究现状 我国政府制定的中长期科教兴国战略和社会可持续发展战略, 也鼓励废弃物再生技术的研究与应用,建设部将“建筑废渣综合利用”列入1997年科技成果重点推广项目。2005年我国又提出了“建设节能型社会, 发展循环经济”。我国再生混凝土的研究尚处于试验室阶段。尤其是再生集料自身的复杂性
10、、变异性,使再生骨料混凝土的应用受到某些限制。虽然我国对垃圾废料的综合利用起步较晚,但也先后颁布了固体废料污染环境防治法、城市固体垃圾处理法, 提高了其重视度。目前少量再生混凝土用于路面、基础和非承重结构, 而用于承重结构如房屋建筑、桥梁工程还有相当一段路要走,多数废弃混凝土尚未得到较好的再生利用4。第3章 本试验研究的主要内容及研究思路3.1再生混凝土的概念和特性3.1.1再生混凝土的概念 再生骨料混凝土(Recycled Aggregate Concrete，RAC)简称再生混凝土(Recycled Concrete)，它是指将废弃混凝土块经过破碎、清洗、分级后，按一定比例与级配混合，部分
11、或全部代替砂石等天然骨料(主要是粗骨料)配制而成的新的混凝土。相对于再生混凝土而言，把用来生产再生骨料的原始混凝土称为基体混凝土(Original Concrete)1。3.1.2再生混凝土的分类 再生混凝土按骨料的组合形式可以有以下几种:骨料全部为再生骨料，粗骨料为再生骨料、细骨料为天然砂石，粗骨料为天然碎石或卵石、细骨料为再生骨料，再生骨料替代部分粗骨料或细骨料。3.1.3 再生骨料的制备和性质3.1.3.1再生骨料的制造过程 用来生产再生骨料的废弃混凝土主要有以下几种来源:1建筑物因达到使用年限或因老化被拆毁，产生废弃混凝土块，这是废弃混凝土块的主要来源；2市政工程的运迁以及重大基础设施
12、的改造产生废弃混凝土块； 3商品混凝土工厂产生的废弃混凝土；4因意外原因如地震、台风、洪水等造成建筑物倒塌而产生废弃混凝土块。用废弃混凝土块制造再生骨料的过程和天然碎石骨料的制造过程相似，都是把不同的破碎设备、筛分设备、传送设备合理的组合在一起的生产工艺过程。实际的废弃混凝土块中，不可避免的存在着钢筋、木块、塑料碎片、玻璃、建筑石膏等各种杂质，为确保再生混凝土的品质，必须采取一定的措施将这些杂质除去。 3.1.3.2 再生骨料的物理特性基体混凝土经过破碎处理生产的再生骨料含有30%左右的硬化水泥砂浆，这些水泥砂浆大多数独立成块，少量附着在天然骨料的表面，同时由于在破碎的过程中，混凝土受到挤压、
13、冲撞、研磨等外力的影响，造成损伤积累使骨料内部存在大量的微裂纹，使得基体混凝土块状骨料和水泥浆体的原始界面受到影响和破坏，粘结力下降。导致其相对于天然骨料吸水率高，吸水速度快，表观密度、堆积密度小、压碎指标大等特点。再生骨料的吸水率大和吸水速度快，而且受基体混凝土的影响吸水率的离散性比较大。吸水率随着再生骨料的最大粒径的下降而提高，而且随着基体混凝土强度的提高而下降。一般再生细骨料的吸水率在10%-12%，粗骨料的吸水率在2.5%-12%，远远高于天然骨料的吸水率。同时，再生骨料的吸水速率也远远大于天然骨料，其中前10分钟的吸水速率最大，之后吸水速率下降，基本趋于饱和。主要是由于骨料表面附着砂
14、浆，其孔隙率大，在短时间内即可吸水饱和，10分钟即可达到饱和程度的85%左右，30分钟可达到饱和程度的95%以上，这些特性对再生混凝土的配合比设计和工作性产生较大的影响。再生骨料的堆积密度和表观密度均小于天然骨料，从目前的文献看，其数值的离散性较大。再生细骨料的堆积密度为天然骨料的75%-85%，再生粗骨料的堆积密度为天然骨料的85%以上;再生细骨料的表观密度为天然骨料的80%-85%，再生粗骨料的表观密度为天然骨料的75%以上。再生骨料的压碎指标比天然骨料的压碎指标要高，同时，再生骨料的压碎指标还与基体混凝土的强度和加工破碎方法有很大的关系，基体混凝土的强度越高，再生骨料的压碎指标就越低，破
15、碎过程中水泥浆体和砂浆脱落越多，压碎指标越低。再生骨料表面粗糙、棱角较多，并且骨料表面还包裹着相当数量的水泥砂浆(水泥砂浆孔隙率大、吸水率高)，再加上混凝土块在解体、破碎过程中由于损伤积累使再生骨料内部存在大量微裂纹，这些因素都使再生骨料的吸水率和吸水速率增大，这对配制再生混凝土是不利的。同样由于骨料表现的水泥砂浆的存在，使再生骨料的密度和表观密度比普通骨料低。对于再生的粗细骨料，随着水灰比的增大，吸水率逐渐增大，而表观密度逐渐减小。这是由于水灰比越大，意味拌合混凝土时加入的水越多，凝结硬化后多余的水蒸发的越多，混凝土中的孔隙就越多，此时吸水率逐渐增大，表观密度逐渐减小。路面废弃混凝土经破碎、筛分后，再生粗集料按最大公称粒径分为两个粒级，分别为4.7519.0nm、19.031.5nm。 表观密度：由于再生骨料比天然骨料的表观密度小，因此再生混凝土的密度低于普通混凝土，随着再生骨料掺量的增加，再生混凝土的密度有规律的降低，全部采用再生骨料的再生混凝土密度较普通混凝土降低7.5%。再生骨料表面粗糙，摩擦阻力大，其混凝土难以振捣密实。再者再生骨料内部缺陷多，空隙率大1。 随着混凝土中再生骨料的取代比例增大，混凝土的含气量增大，表观密度变小。此外，再生骨料与河砂、卵石等天然骨料相比比重小，再生骨料使用的比例愈高，混凝土的表观密度愈小。用来生产砌块、空心砖、条板，取代传统
