再生混凝土

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1、再生混凝土技术摘要:根据研究文献,总结了再生混凝土的技术和发展 ,主要包括再生混凝土的物 理性能、力学性能、耐久性、配合比设计、结构性能.结果表明,废弃混凝土的再 生利用是可行的,可以用于土木工程的非承重构件和某些承重构件中.与普通混凝 土相比,再生混凝土在配合比设计、材料性能及结构性能等方面均存在一定差异, 需要进行专门研究.此外,还讨论了混凝土中骨料与水泥石之间界面层形成机理、 基本特征和可能的强化措施 ,为再生混凝土的工程应用提供一定的参考 .最后,结 合国家的可持续发展战略,提出了再生混凝土技术开发需要进一步研究的问题. 关键词:再生骨料;再生混凝土;力学性能;耐久性0 引言近年来,由

2、于城市住宅更新和市政动迁规模的不断加大,大量旧建筑物被拆毁, 或由于地震破坏产生的城市建筑垃圾量越来越大.以前,建筑垃圾只是作为回填材 料简单使用,或者干脆运往垃圾场堆放,前者从一定程度上讲尚未合理利用回收资 源,后者则侵占了大量农田,导致严重的环境污染,更谈不上对回收资源的利用.如 何合理处理这些建筑垃圾已经引起了政府部门和公众的普遍关注.1 再生混凝土的基本性能物理性能由于再生骨料比天然骨料表观密度小,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地降低,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%1，这是因为再生骨料孔隙率高且密度小， 这

3、有利于减轻结构构件自重,因其孔隙率大,还具有消音和保温的优点。 1.2 工作性能一般认为,在用水量相同的情况下 ,与基体混凝土相比,再生混凝土的坍落度 减小,流动性变差,但粘聚性和保水性增强.如果原混凝土强度越低,新拌再生混凝 土和易性越差2.主要原因是再生骨料表面粗糙 ,孔隙多,吸水率大,使得再生混凝 土流动性差,坍落度变小.同时,由于骨料表面粗糙,增大了再生混凝土拌合物的摩 擦阻力,使再生混凝土的保水性和粘聚性增强.张金喜等人曾在北京工业大学的交通工程重点实验室做过再生混凝土的塌 落度试验(如图 1)，试验结果表明：随着再生骨料置换率的不断增大,再生混凝 土的坍落度值呈现明显的下降趋势;当

4、再生骨料置换率达到 40%时,再生混凝土的 坍落度已低于预设的混凝土坍落度下限(80mm);当再生骨料置换率达到100%时, 再生混凝土的坍落度只有20 mm,已几乎没有实际应用的可能。再生混凝土坍落 度下降的原因为:(1)由于天然碎石的吸水率和自然含水量之差为 1.51%,而再生骨 料的吸水率和自然含水量之差为 3.11%,即再生骨料需要更多的水才能使再生骨 料达到饱水且表面干燥的状态 ,因此再生骨料的吸水量较高 ;(2)再生骨料表面附 着有水泥砂浆,表面粗糙,因此再生混凝土的和易性降低3。1.3 力学性能如果把再生粗骨料按原生混凝土强度可以分为 :(1)高强骨料 :主要来自强度 大于 C5

5、0 的混凝土;(2)中强骨料:主要来自强度 C30C50 的混凝土;(3)低强骨料: 主要来自强度小于 C30 的混凝土;(4)复合骨料:来自上述三者或任何两者的复合 体.目前的研究主要集中在高强骨料、中强骨料和复合骨料配制的再生混凝土 , 很少见到关于低强骨料配制的再生混凝土的研究.试验研究表明,用高强再生骨料 配制的中低强度再生混凝土,其力学性能与同等条件下的天然骨料混凝土几乎没 有区别,如果掺入粉煤灰或高效减水剂或两者复合加入,均能配制性能优异的高性 能再生混凝土4.而对于中强骨料或复合骨料配制的中低强度再生混凝土 ,如果该 中低强度再生混凝土的强度低于或等于原生混凝土的 ,则其力学性能

6、略低于同等 条件下天然骨料混凝土,如果该中低强度再生混凝土的强度高于原生混凝土,则其 力学性能低于同等条件下天然骨料混凝土。1.3.1 抗压强度抗压强度是再生混凝土重要的力学性能, 但由于原生混凝土的强度、再生骨 料的取代率和潮湿状态、再生混凝土的处理方式、原生混凝土和再生混凝土水灰 比的不同,试验条件与方法等存在差异,不同学者的试验结果不尽相同。1.3.1.1 原生混凝土强度的对再生混凝土强度的影响Aland D. Buck5试验结果表明用抗压强度低于14MPa的原生混凝土生产 的再生骨料对再生混凝土的抗压强度没有不利影响。而Ilker Bekir Topcu和Selim Sengel用原生

7、混凝土强度等级为 C14的再生骨料配制强度等级为 C16和 C20的再生混凝土时发现，圆柱体、立方体抗压强度分别降低33%和23.5%，这 与AlandD. Buck的观点有些不同，并且认为冻融循环对立方体抗压强度没有影 响。R. SirRavindrarajah和C. T. Tam试验结果表明再生混凝土 7天和28天 强度比相同成分组合的普通混凝土要低，最大下降 24%，出现在用低强度的混 凝土生产再生骨料配制的中等强度再生混凝土中。R. Sir Ravindraraja等还发现 对于中等强度的混凝土，再生混凝土的抗压强度下降 10%左右，且再生粗骨料 对强度的影响要大于再生细骨料。 And

8、rzej Ajdukiewicz 等9研究再生骨料对高强 高性能混凝土力学性能的影响认为，用抗压强度为 60MPa 的原生混凝土生产的 骨料可以配制出抗压强度为 80MPa 的再生混凝土，并且其应力应变曲线相似于 普通混凝土情况。由此可见，原生混凝土的强度对再生混凝土的影响并不是很大。 1.3.1.2水灰比对再生混凝土强度的影响对于普通混凝土而言,水灰比是影响其抗压强度的最主要因素。一般来说,混 凝土的抗压强度与水灰比成反比关系,水灰比越低,抗压强度越高。对于再生混凝 土而言,情况不完全相同。图 2 给出了 Rasheeduzzafar 和 Khan10 得到的关于再生混凝土抗压强度随水 灰比

9、的变化关系。从图中可以看出,当水灰比高于 0.4 时,再生混凝土的抗压强度 随水灰比的增大而减小,这一点与普通混凝土基本一致;当水灰比低于 0.4 时,再生 混凝土的抗压强度不随水灰比的降低而有效增加。其原因是当水灰比较高时 ,再 生骨料周围的水泥浆强度降低,混凝土的破坏始自水泥浆体的开裂；而水灰比较 低时,水泥浆的强度相对较高 ,再生混凝土的强度趋向于由再生骨料的强度决定 , 从而使得再生混凝土的抗压强度无法随水泥浆强度的提高而提高。图2再生混凝土的抗压强度与水灰比的关系1.3.1.3 再生骨料取代率对再生混凝土强度的影响M. C. Limbachiya，T. Leelawat 和 R. D

10、hir 11研究再生骨料取代率对再生混 凝土强度的影响，当再生骨料的取代率不超过 30%时，再生混凝土 7、28、60 和 90 天的抗压强度与普通混凝土几乎完全相同，随着再生骨料取代率的增大再 生混凝土抗压强度较普通混凝土不断下降。Jose M. V. Gomez-Soberoni2设计再生 骨料取代率分别为 0、15%、30%、60%和 100%，试验发现当再生骨料取代率 不超过 30%时，再生混凝土抗压强度与普通混凝土相同。而王显智等13则认为 只要再生骨料取代率不超过 50%，就不会对再生混凝土的 28 天抗压强度产生 明显不利影响。从以上研究情况可以看到，再生骨料取代率不超过 30%

11、时，对再生混凝土 抗压强度无明显影响，这一点可以作为工程实用的参考依据。但在不同骨料取代 率下，强度下降和取代率的量化关系没有给出，这需要进一步研究。1.3.1.4 骨料处理方式对再生混凝土强度的影响再生粗骨料在基体混凝土破碎过程中，由于受力而产生裂缝，使得骨料强度 降低;同时，再生粗骨料是由废弃混凝土加工而来，其中不可避免地有不良杂质， 会降低再生混凝土的强度。但另一方面，再生骨料表面包裹着水泥砂浆，使集料 与新的水泥砂浆之间弹性模量相差很小，界面结合得到加强，而在天然骨料混凝 土中，骨料和水泥浆的弹性模量相差较大，由于水泥水化、温度变化、荷载作用 导致二者变形不一致，产生界面裂缝，成为混凝

12、土强度的薄弱环节；同时，再生 骨料表面粗糙，棱角突出，提高了骨料和水泥砂浆之间的机械啮合力和粘结力； 再加之，再生粗骨料吸水性强，使得接触区的水化更加完全，形成致密的界面结 构，另外，高吸水率不仅降低了粗骨料表面的水灰比，还降低了混凝土的有效水 灰比;而且，通过多次的破碎、筛分过程，原有集料中粒形不良的颗粒会被淘汰， 这些都对混凝土强度的提高有积极作用。因此，RAC和NAC的强度相差不大。使用裹浆法可以提高再生混凝土的强度，再生粗骨料的表面有许多微裂缝且 吸水性强，微裂缝会吸入预先裹的水泥浆，使得再生骨料的表面缺陷得到修复， 骨料强度得到提高，相当于对混凝土的增强效果 ;另外，粗骨料表面包裹着

13、水泥 浆，使得界面结合得到加强。而预湿水法处理，使再生粗骨料得到清洗，杂质减 少，但不可避免地引入多余水份，间接提高了混凝土的水灰比，使得强度有所下 降。1.3.1.5 龄期对再生混凝土强度的影响 早期的研究表明,再生混凝土抗压强度的发展规律与普通混凝土基本相同。近年来,SalemW、Dhir等人的试验进一步证实了这一点。图3是Dhir等人的 试验结果。图 3 再生混凝土抗压强度的发展规律1.3.1.6 再生骨料潮湿状态的影响M.BarradeOliveira和E.Vazquezt16研究了再生骨料的潮湿状态（干燥状态、饱 和面干状态、半饱和面干状态）对再生混凝土抗压强度的影响,认为半饱和面干

14、状 态的再生骨料对抗压强度的提高最为有利 ,尤其有利于抗弯强度的提高。 C.S.PoonW也研究了再生骨料的潮湿状态（气干状态、烘干状态、饱和面干状态） 对再生混凝土抗压强度的影响,发现气干状态骨料混凝土表现出较高的抗压强度, 饱和面干状态的骨料对抗压强度最不利。这可能因为它增大了预潮湿骨料的含水 量。并且提出取代率不超过 50%时,气干状态的再生骨料可以用来生产普通强度 的再生混凝土。认为再生骨料的潮湿状态应和骨料的吸水率应一起研究 ,来确定 用水量。1.3.1.7 界面过渡区的影响C.S.Poon 等还研究了界面过渡区的微观结构对再生混凝土抗压强度的影响, 试验结果表明原生混凝土为高性能混

15、凝土的再生混凝土经过 90 天养护能够达到 设计强度,原因是界面过渡区的强度对混凝土的抗压强度影响很大,高性能再生骨 料混凝土的界面过渡区比较密实,强度较高,不像由普通强度再生骨料混凝土的界 面过渡区因为存在疏松、多孔的化学生物层,影响再生混凝土的水分扩散与内部 化学反应，强度较低。J.s.Ryui8认为水灰比为0.55时,老界时过渡区性能优于瓣界 面过渡区性能,水灰比为 0.25 时,情况相反。再生混凝土的抗压强度由两者中的弱 者控制,在低水灰比时,强度由老界面过渡区强度控制,也就是由骨料的性能控制。 高水灰比时,强度由新过渡区性能控制。 J.S.Ryu 在试验中还采用二次撑和添加粉 煤灰法

16、来改善新界面过渡区的性能 ,进而提高再生混凝土的抗压强度。从上面可 以得出,界面过渡区性能的好坏直接影响到抗压强度的高低,因此可以通过改善界 面的性能来提高再生混凝土强度,具体的改善措施还值得进一步进行研究。1.3.2 再生骨料混凝土的劈裂抗拉强度19再生骨料混凝土 28d 劈裂抗拉强度测定结果见图 4。与抗压强度的情况类似, 水胶比对再生骨料混凝土的抗拉强度起决定作用。但不同于抗压强度的是 ,在同 等配合比条件下，再生骨料混凝土的抗拉强度均低于基准混凝土。当W/B=0.60时, 再生骨料混凝土与基准混凝土抗拉强度的这种差异尚不明显 ,二者抗拉强度基本 持平;但随着 W/B 的降低,如当 W/B=0.40 或 W/B=0.26 时,抗拉强度的差异逐渐增 大。再生骨料混凝土的抗拉强度均低于基准混凝土 ,是由于再生骨料比天然骨料 含有更多的先天缺陷所致。虽然混凝土的受压破坏与受拉