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1、再生骨料及再生混凝土性能研究发布时间：2011-3-20 来源: 骨料,再生骨料,混凝土当前。随着低碳环保的发展理念日益深人人心，改变高投入、低产出和重污染经济结构特征的呼声日益高涨，在这种大背景下，节能减排可持续发展的产业被各界寄予了厚望。在建筑工程上也更加重视关于各类建筑废弃物的回收利用，尤其是近年我国交通与建筑行业的蓬勃发展，因大量拆迁产生的废弃混凝土急剧增加。据统计，我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30%40%。绝大部分建筑垃圾未经任何处理。便被采用露天堆放或填埋的方式进行处理，造成了严重的环境污染。同时，混凝土生产需要大量的砂石骨料，而随着对天然砂石的不断开采，天然骨料资源亦将
2、趋于枯竭，且其开采的运输能耗与费用惊人，对生态环境的破坏也十分严重。一、混凝土强度及主要影响因素混凝土工程是钢筋混凝土工程中的重要组成部分，混凝土质量的好坏，即对结构的安全，也对结构物的造价有很大影响，因此，在施工中我们必须对混凝土的施丁质量有足够的重视。混凝土质量的重要指标之一是抗压强度，从混凝土强度表达式不难看出，水灰比计算公式如下：Rh=0.46Rc（C/W-0.52）式中：Rh为混凝土的试配强度，Rc为水泥强度，C/W为灰水比，即水灰比W/C的倒数，其中c代表水泥，w代表水。从式中可以看出，混凝土强度同水泥强度成正比，同灰水比成正比，即同水灰比成反比，（水灰比为灰水比的倒数，1灰水比即
3、为水灰比，l水灰比即为灰水比），因此，灰水比越大则水灰比越小，混凝土强度越大则水灰比越小。综上所述，影响混凝土抗压强度的主要因素是水泥强度和水灰比。要控制好混凝土质量，最重要的是控制好水泥和混凝土的水灰比两相关主要环节。此外，影响混凝土强度还有其它不可忽视的因素。粗骨料对混凝土强度的影响，当石质强度相等时，碎石表面比卵石表面粗糙，它与水泥砂浆粘结性比卵石强，当水灰比相等或配合比相同时，两种材料配制的混凝土，碎石的混凝土强度比卵石强，因此，对混凝土的粗骨料的研究是必要的。二、再生骨料的基本性能1.再生骨料的堆积密度和表观密度同天然砂石骨料相比，再生骨料表面包裹着相当数量的水泥砂浆，由于水泥砂浆的
4、孔隙率大，棱角众多，所以，再生骨料的表观密度和堆积密度比天然骨料低。再生骨料表观密度、堆积密度，还与再生骨料母体混凝土的强度等级、配比、使用时间、使用环境及地域等因素有关。再生骨料的密度随着母体混凝土强度的降低而减低，降低幅度达到7%，当再生骨料的压碎指标变大，骨料强度降低时，骨料表观密度和堆积密度也随之变小。中华人民共和国建筑用卵石、碎石国家标准GB/T146582001规定：骨料的表观密度应大于2500kg/m3，堆积密度应大于1350kg/m3，再生骨料的表观密度和堆积密度达不到天然骨料的标准。但由于再生骨料的低密度有利于抗震，降低结构物自重，因此，有关再生骨料的相应规程应充分考虑再生骨
5、料实际性能。2.再生骨料的吸水率再生骨料的吸水率远高于天然骨料，当骨料的粒径范围为520mmm时，天然骨料的吸水率为2.2%左右，再生骨料的吸水率基本处于4%-l0%之间。影响再生骨料吸水率的因素很多，主要有以下几个方面：第一，影响再生骨料吸水率大于天然骨料的最主要原因是再生骨料表面包裹着一层砂浆，这层砂浆使得再生骨料表面比天然骨料表面粗糙、棱角更多；且母体混凝土块在解体、破碎过程中的损伤累积，使再生骨料表面砂浆内部存在大量微裂纹，这些因素使得再生骨料的吸水率和吸水速率大大提高。第二，再生骨料的吸水随着骨料粒径的减小而增大。第三，再生骨料的吸水率还受到母体混凝土材料的强度、组成及使用环境的气候
6、条件等因素的影响。再生骨料吸水率和压碎指标有密切联系，其吸水率随着压碎指标的增大而增大。主要原因可以解释为，再生骨料压碎指标的增大，骨料表面的水泥砂浆覆盖的越多，骨料表面的空隙率越大，因此，骨料的吸水率越大。同时，母体混凝土所出的环境越干燥，使用时间越长，再生骨料的吸水率也相应的越大。3.再生骨料的压碎指标压碎指标是表征骨料强度的一个参数。中华人民共和国建筑用卵石、碎石国家标准GB/T14658-2001规定：类骨料的压碎指标应小于10，类应小于20，类应小于30。大多数再生骨料能满足国标中类骨料对压碎指标的要求，又根据国标GB/T14658-2001，类骨料宜用于混凝土强度C30-C60，及
7、抗渗、抗冻和其它要求的混凝土。因此，再生骨料的压碎指标性能满足大多数实际工程的需要。再生骨料强度下降的主要原因有两点：第一，再生骨料表面包裹着水泥浆、砂浆和泥块等一些其它的杂物，由于这些包裹骨料表面杂物的较低强度以及破碎加工过程对母体混凝土中的天然骨料造成的损伤，使得再生骨料整体强度降低。第二，同时再生骨料的压碎指标还与再生骨料母体混凝土的强度和加工破碎方法有关。再生骨料母体混凝土的强度越高，再生骨料的压碎指标越小。加工过程中水泥浆体和砂浆脱落越多，再生骨料的压碎指标就越小。三、再生骨料混凝土的基本性能再生骨料混凝土简称再生混凝土。废弃混凝土块经过破碎、清洗与分级后形成的骨料简称再生骨料；再生
8、骨料部分或全部代替砂石等天然骨料配制而成的混凝土称为再生骨料混凝土。充分利用再生骨料混凝土，不但能有效降低建筑垃圾的数量，减少建筑垃圾对自然环境的污染，同时，利用再生骨料制造再生骨料混凝土还能减少建筑工程中对天然骨料的开采，达到了保护环境的目的。1.抗压强度众多的文献研究表明再生骨料混凝土的抗压强度和再生骨料的替代率密切相关，当再生骨料替代率在30%以下时，再生骨料混凝土与普通骨料混凝土抗压强度差距不大，再生骨料混凝土抗压强度随着再生骨料替代率的增大而降低。再生骨料50%取代天然粗骨料时，再生骨料混凝土抗压强度降低5%20%不等，当再生骨料100%取代天然粗骨料时，再生骨料混凝土抗压强度降低较
9、多，最大降幅达到30%。同时，相关试验表明：由于再生骨料混凝土和天然骨料混凝土的骨料成分不同，它们抗压强度随龄期的增长情况也不相同，与天然骨料混凝土相比，同一水灰比的再生骨料混凝土的28d抗压强度约低15%，但其相差的幅度会随着龄期的增长而慢慢缩小。再生骨料混凝土抗压强度受水灰比的影响非常大，再生骨料混凝土随水灰比增加，抗压强度急剧降低。水灰比平均增加0.1，抗压强度下降20%左右。2 再生混凝土的强度特征2.1 抗压强度Nixon、B.C.S.J、Ravindrarajah等、Gerardo、Hansen、Ramamurthy和Mandal的试验均发现，再生混凝土的抗压强度较普通混凝土降低，
10、降低幅度分别为20%、14% -32%、8% -24%、5%、5%-24%、15%-42%和15%。Wesche 综合分析了Buck ,Malhotra以及Frondistou-Yannas 等人的试验结果，发现再生混凝土的抗压强度较普通混凝土降低约10%。刑振贤、肖建庄等的试验也得出了类似的结果。一般认为，再生混凝土抗压强度较普通混凝土降低的主要原因是：再生骨料孔隙含量较多，在承受轴向力时容易形成应力集中现象；再生混凝土抗压强度的主要原因是由于再生骨料与新旧砂浆之间存在的较为薄弱的粘结区域；再则再生骨料的强度本身较天然骨料低。Yoda则发现再生混凝土的抗压强度较普通混凝土高出8.5%。Rid
11、zua的试验结果也表明再生混凝土的抗压强度比普通混凝土高2%到20%。Gupta还发现，当水灰比较低时，再生混凝土的抗压强度低于普通混凝土的抗压强度；但是当水灰比较高时，再生混凝土的抗压强度反而高于普通混凝土。而且，再生混凝土的抗压强度并不严格随水灰比的增大而减小。不同研究者结论的差异来源于采用的再生骨料、试验条件以及试验方法的差异，关于这方面的研究仍有待于进一步研究。2.2 抗压强度的变异特性B.C.S.J发现由试验室试验得到的再生混凝土抗压强度的变异系数与普通混凝土差别不大。Hansen、Coquillat、颜聪、Mukherjee等以及Larranag等人也得到了类似的结果。李佳彬完成了
12、大量试验，发现再生混凝土抗压强度的变异特性与普通混凝土无显著差别，同时发现再生混凝土的抗压强度服从正态分布和对数正态分布。值得注意的是，上述这些试验中采用的再生粗骨料均来源单一且质量较为均匀，对于实际工程中再生粗骨料来源不同的情况，废弃混凝土的性能可能差异较大，此时再生混凝土抗压强度的变异性将会有所增加。2.3 棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的关系试验表明，再生混凝土轴压强度试验呈现的破坏过程与普通混凝土存在一定的差别，主要表现为更大的脆性。由于再生混凝土材疏质脆，在轴向荷载的作用下，再生混凝土立方体试件横向约束作用较普通混凝土弱，导致再生混凝土立方体抗压强度与棱柱体强度相比增加不多，表现为再
13、生混凝土轴压强度与立方体抗压强度的比值较普通混凝土增加，许多试验都证实了这一点。Xiao试验给出的两者间的关系为:fc=0.80fcu（1）前苏联给出的两者之间的关系为:fc=0.845fcu（2）式中，fc和fcu分别为再生混凝土的棱柱体和立方体抗压强度（MPa）。综合Ravindrarajah、Xiao、宋灿、de Oliverira和施钟毅等人的试验结果，本文建议再生混凝土棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的关系为:fc=0.824fcu（R=0.86）（3）2 再生混凝土的强度特征2.1 抗压强度Nixon、B.C.S.J、Ravindrarajah等、Gerardo、Hansen、Ram
14、amurthy和Mandal的试验均发现，再生混凝土的抗压强度较普通混凝土降低，降低幅度分别为20%、14% -32%、8% -24%、5%、5%-24%、15%-42%和15%。Wesche 综合分析了Buck ,Malhotra以及Frondistou-Yannas 等人的试验结果，发现再生混凝土的抗压强度较普通混凝土降低约10%。刑振贤、肖建庄等的试验也得出了类似的结果。一般认为，再生混凝土抗压强度较普通混凝土降低的主要原因是：再生骨料孔隙含量较多，在承受轴向力时容易形成应力集中现象；再生混凝土抗压强度的主要原因是由于再生骨料与新旧砂浆之间存在的较为薄弱的粘结区域；再则再生骨料的强度本身
15、较天然骨料低。Yoda则发现再生混凝土的抗压强度较普通混凝土高出8.5%。Ridzua的试验结果也表明再生混凝土的抗压强度比普通混凝土高2%到20%。Gupta还发现，当水灰比较低时，再生混凝土的抗压强度低于普通混凝土的抗压强度；但是当水灰比较高时，再生混凝土的抗压强度反而高于普通混凝土。而且，再生混凝土的抗压强度并不严格随水灰比的增大而减小。不同研究者结论的差异来源于采用的再生骨料、试验条件以及试验方法的差异，关于这方面的研究仍有待于进一步研究。2.2 抗压强度的变异特性B.C.S.J发现由试验室试验得到的再生混凝土抗压强度的变异系数与普通混凝土差别不大。Hansen、Coquillat、颜聪、Mukherjee等以及Larranag等人也得到了类似的结果。李佳彬完成了大量试验，发现再生混凝土抗压强度的变异特性与普通混凝土无显著差别，同时发现再生混凝土的抗压强度服从正态分布和对数正态分布。值得注意的是，上述这些试验中采用的再生粗骨料均来源单一且质量较为均匀，对于实际工程中再生粗骨料来源不同的情况，废弃混凝土的性能可能差异较大，此时再生混凝土抗压强度的变异性将会有所增加。2.3 棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的关系试验表明，再生混凝土轴压强度试验呈现的破坏过程与普通混凝土存在一定的差别，主要表现为更大的脆性。由
