再生混凝土的应用现状与性能分析.pdf

1 4 低温建筑技术 2 0 1 0年第 4期 ( 总第 1 4 2 期 ) 再 生混凝土的应用现状与性能分析 郑秀梅 ， 邓宏卫 ， 刘晓丹 ( 1 ． 佳木斯大学建筑工程学院。 黑龙江佳木斯1 5 4 0 0 7 ； 2． 哈尔滨工业大学土木工程学院， 哈尔滨1 5 o o s o} 【 摘要】 对再生混凝土的现状做了比较详细的分析 ， 总结了国内外在再生混凝土研究应用方面的各项进 展和已取得的成果 ， 并从微观结构和宏观性能两方面分析了再生混凝土的特点 ， 提出了进一步改善再生混凝土性 能建议， 以便于更好的利用再生资源。 【 关键词】 再生混凝土； 现状； 微观结构； 宏观性能 【 中图分类号】 T U 5 2 8 ． 0 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 { 2 0 1 0 } 0 4 — 0 0 1 4 — 0 3 T HE A C】 _ 【 J A I ， 】 [r I Y oF AP P LI C I 1 ON AN D P 】 R 1 ) 1 ． E I 1 [ I R 诬lACH OF R EGE]N 】 口 L1 ED 0o ] l E Z HENG Xi u— me i ，DENG Ho n g w e 1。 ，L I U Xi a o ． d a n ( 1 ． A r c h i t e c t u r a l E n g i n e e r i n g I n s t i t u t e ， J i a m u s i U n i v e r s i t y ， H e i l o n g i i a n g J i a mu s i 1 5 4 0 0 7 ， C h i n a ； 2 ． S c h o o l o f C i v i l E n 西 n e e r i n g ， H a r b i n I n s ti t u t e o f T e c h n o l o g y ， H ar b i n 1 5 0 0 9 0 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： R e u t i l i z a t i o n o f r e j‘ e c t e d c o n c r e t e h a v e t h e i m p o r t a n t e n gi n e e r i n g v a l u e a n d e n v i r o n me n t a l me a n i n g ， a n g i t C an ma k e t h e s u s t a i n a b l e d e v e l o p me n t o f t h e b u i l d i n g i n d u s t r y． Tn i s a r t i c l e ma k c ~ a d e t a i l e d analy s i s o n the a c t u a l i ty o f t h e r e g e n e r a t e d c o n c r e t e ， s u n I $u p the k i n d s o f p r o g r e s s and a c h i e v e me n t， and an aly s e s the c h a r a c t e ris ti c o f r e g e n e r a t ed c o n c r e t e o n the mi c ms t mc t u r e a n d ma c r o s t r u c tur e， a d v an c e s u q q e s t t o i mp r o v e the p rop e r t i e s o f r e g e n e rat ed c o n c r e t e f o r ma k i n g U S e of the r e g e n e r a t e d r e s o u r s c． Ke y wo r d s ： r e g e n e rat ed c o n c r e t e ；a c t u a l i ty；mi e r o s t me t u r e ；ma c r o s t r u c tur c 近年来我国的建筑得到了迅猛发展 ， 建筑更新速 度不断加快， 大批废旧混凝土建( 构) 筑物被拆除， 产生 了巨大数量 的废 弃混凝 土。同时在新 的建筑施 工 中， 也会导致大量的废弃混凝土。据估计， 我国目前每年 产生的废弃混凝土可达 1 亿吨[ 。从环境保护和建筑 业可持续发展的角度出发 ， 十分有必要对这些废弃混 凝土加以高效回收利用。 再生混 凝 土就 是 在 这样 的背 景 下 应 运 而 生 的。 将废弃混凝土加以破碎、 加工、 分级成再生骨料， 来部 分代替或全部代替天然骨料配制新的混凝土， 就称为 混凝土的水胶比增大， 若要再生粗骨料混凝土与天然 碎石骨料 混凝 土保持坍 落度基本相 同 ， 则需采用增 加 用水量或增 大减水剂的方式进行调整 。 参考文献 [ 1 ] 马嵘． 论再生混凝土在生态建筑中的意义[ J ] ． 混凝土， 2 0 0 3 ， ( 1 0 ) ： 2 1 —2 3 ． [ 2 ] 肖建庄， 李佳彬， 兰阳． 再生技术研究最新进展与评述[ J ] ． 混凝 土 ， 2 0 0 3 ，( 1 0 ) ： 1 7 —2 o ， 5 7 ． [ 3 ] 孙跃东， 肖祥， 庞俭， 王涛． 再生骨料混凝土的配合比试验研究 [ J ] ． 山东科技大学学报 自然科学版 ， 2 O O 9 ， ( 2 ) ： 2 5—2 9 ． [ 4 ] 刘军， 李瑶， 刘宇， 袁大鹏． 无机预处理再生粗骨料的性能研究 [ J ] ． 沈 阳建筑大学学报( 自然科学版) ， 2 0 0 9 ， ( 1 ) ： 1 3 3—1 3 8 ． [ 5 ] 李云霞， 李秋义， 赵铁军． 再生骨料与再生混凝土的研究进展 [ J ] ． 青岛理工大学学报， 2 0 0 5 ， ( 5 ) ： 1 6 —1 9 ． [ 6 ] 李秋义， 王志伟， 李云霞． 加热研磨法制备高品质再生骨料的 研究[ c ] ∥智能与绿色建筑文集． 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 5： 8 8 3—8 8 9． [ 7 ] 李秋义， 李云霞， 朱崇绩 ． 颗粒整形对再生细骨料性能的影响 [ J ] ． 新型建筑材料， 2 O 0 6 ， ( 6 ) ： 1 7 — 2 0 ． [ 8 ] 李秋义， 李云霞， 姜玉丹． 再生细骨料质量标准及检验方法的 研究[ J ] ． 青岛理工大学学报， 2 0 0 5 ， ( 6 ) ： 6 — 9 ． [ 9 ] 李秋义 ， 李云霞 ， 朱崇 绩 ， 等 ． 再生 混凝 土骨料 强 化技 术研究 [ J ] ． 混凝土， 2 O O 6 ， ( 1 ) ： 7 4 — 7 7 ． [ 1 0 ] 杜婷， 李惠强， 吴贤国． 再生混凝土的研究现状和存在的问题 [ J ] ． 建筑技术， 2 0 O 4 ， 3 4 ( 2 ) ： 1 3 3 — 1 3 4 ． [ 收稿日期] 2 0 1 0 — 0 2 — 0 5 [ 作者简介] 李家和( 1 9 6 1 一) ， 男， 哈尔滨人， 教授， 从事建筑材 料研究 。 郑秀梅等： 再生混凝土的应用现状与性能分析 l 5 再生混凝土。因其具有明显的社会、 经济和环境效益， 符合建筑业可持续发展的要求， 并且对于构建节约型 社会具有重要意义 ， 所 以 日益受到人们 的关注。 在研究 和应用再生混 凝土过程 中 ， 发现 了一 些 问 题 2， 如强度低 ， 易开裂等。所以本文就混凝土本身 的微观结构和宏观性能做了分析和研究 ， 并提出了几 点建议 ， 希望能对再生混凝土的进一步研究应用有所 帮助。 1 再生混凝土的研究应用现状 1 。 1 国外现状 国外利用再生混凝土技术 比较早 ， 在上世纪六、 七十年代， 苏联、 德国、 荷兰、 E l 本等国家就开始对建筑 废弃物特别是废弃混凝土进行了研究L 3 J ， 并且 已召开 过三次有关废弃混凝土再生利用的专题 国际会议。 这些发达国家在研究 的早期 主要研究 目的是认清再 生混凝土的特性和利用前景， 而后通过制定规章制 度 ， 甚至有的国家还 以立法 的形式来保 证和促进 研究 的进行 ， 现在已经进入了实际应用阶段， 技术等各方 面都 已经比较成熟 。 日 本是一个面积小资源少的岛国， 它在建筑垃圾 再生利用 研 究方 面做 的最好 ， 早在 1 9 7 7年 就 制 定 了 《 再生骨料和再生混凝土使用规范》 - 4 J ， 并相继在各地 建立了处理建筑垃圾的再生利用工厂。目前， 日本对 建筑垃圾的再生利用率已达到 7 0 ％左右了。 美国不但鼓励再生混凝土的利用， 而且还对再生 混凝土的性能做了系统性的研究和试验。通过研究， 表明再生混凝土的干缩率要 比天然骨料的混凝土要 大。美国的C Y C L E A N公司采用微波技术可以 1 0 0 ％的 回收利用路面沥青混凝土， 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 和处理费用， 大大减轻了城市的环境污染。 丹麦、 荷兰等一些石料紧缺、 依赖进 口天然骨料 的国家， 十分重视建筑废料的再生利用， 丹麦的回收 利用率可达 6 7 ． 2 ％， 荷兰回收率最高可达 9 o ％。德国 目前将再生混凝土主要应用于公路路面。法国还利 用碎混凝土块和碎砖生产出了砖石混凝土砌块， 所得 混凝土块已被测定 ， 符合与砖石混凝土材料有关 N B ． N B 2 1 —0 0 1 ( 1 9 8 8 ) 标准。 1 。 2 国内现状 我国是个地大物博 的 国家 ， 一定 时期 内不 会 出现 混凝土骨料原料的缺乏， 所以对资源的再生利用观念 形成较晚。但是建筑垃圾带来的环境污染问题越来 越严重， 使我国政府和公众认识到节约能源、 保护环 境的重要性 ， 并开始进行建筑垃圾资源化利用的研 究。目前我国的再生混凝土研究工作基本上处于实 验室阶段 ， 没有 大范 围 的应 用 ， 只有一 些局 部 的试 验 性应用。在试验设备上比较落后， 在理论上也比较缺 乏， 没有解决的问题还很多， 距离大规模应用还有相 当长的时间。 2 再生混凝土的微观结构分析 混凝土作为一种不均质的多相复合材料 ， 在内部 必然存在一定的结构薄弱环节， 其主要薄弱环节就是 相对均质的集料与水泥浆体之间的过渡区。尽管水 泥水化可与集料黏结在一起， 但其黏结强度仍相对较 低， 混凝土的破坏主要沿其界面发生。 而在再生混凝土的结构中， 存在三种这样 的界 面： 集料 一旧砂浆界面、 旧砂浆 一新砂浆界面及集料 一 新砂浆界面， 再生混凝土的破坏也常常是沿这三种 接触界面破坏。但究竟最先沿哪种界面破坏， 则取决 于这三种界面的黏结强度。有研究发现- 5 J ， 再生混凝 土中集料与新砂浆之间的黏结强度最低， 该界面依然 是再生混凝土中最薄弱环节。 研究者通过电镜扫描发现L 6 J ： 再生混凝土中集料与新砂浆之间有明显的界面， 且有一 定厚 度 的结 合带 ， 界 面 区的宽 度 为 1 0 0— 2 0 0 v m， 并存在大量的孔洞， 很容易看到发育 良好的板 状 C a ( O H ) 2晶体和层状的 C—S —H凝胶。 新 一旧界面旧砂浆界面区不明显， 两者结合紧 密。尽管界面处存在一些孔洞， 但界面处水化产物比 较密实， 呈板块状， 在孔洞处很少看到片状、 絮状或针 状的水化产物。这是由于旧砂浆吸水能力强， 它所吸 收的水分既能保证界 面周 围水 泥的水化 ， 又 不 至于形 成较大的充水空间， 所以， 水化产物在这 一区域十分 密实。同时， 旧水泥砂浆表面的许多微细裂缝会吸入 新的水泥颗粒 ， 使接触面的水化更加完全 ， 形成致密 的结构， 这样由于界面结合得以加强， 因而新 一旧砂 浆的界面黏结强度较高。 而在集料 一旧砂浆界面， 由于再生集料溶解度大 于天然集料的溶解度 ， 所以会给再生集料表面造成一 定的腐蚀， 形成高低不平的表面， 而增大水泥浆与集 料的啮合力 ， 从而增加界面上的黏结力。 所以， 从微观上来讲采用再生集料代替天然集料 作为粗骨料配置的再生混凝土的强度与原生混凝土 相差不大， 因为再生混凝土界 面中水泥水化 比较充 分 ， 水化硅酸钙胶体较多， 形成一层膜覆 盖在集料周 围。再生集料表 面 的多 棱 角导 致 它 与水 泥 砂 浆 能够 更充分的接触， 因而在过渡区内水泥的水化更充分， 结合更致密。 3 再 生混凝土的宏观性能分析 3 ． 1 再生混凝土 的强度 影响再生混凝 土强度 的因素除了水灰 比、 减水 剂、 矿物掺合料等因素外， 基体混凝土的强度及使用 1 6 低温建筑技术 2 0 1 0年第 4期 ( 总第 1 4 2 期 ) 情况 、 再生骨料 破 碎工 艺、 再生 骨料 含水 状态及 再生 骨料取代率等因素也密切影响着再生混凝土的强度 规律， 又由于试验方法和条件有所不同， 所 以各研究 者得 出的结论也不尽相同。 再生混凝土强度普遍低于普通混凝土强度， 而且 龄期越低， 差距越大， 也就是说再生混凝土的早期强 度偏低得多， 而后期强度相差较小。分析其原因， 主要 是再生骨料孔隙率较高， 再生骨料与新旧水泥砂浆之 间存在一些结合较弱的区域， 在龄期较低时， 由于水 化刚开始进行 ， 形成的水化产物不充分， 导致强度较 低。而随着龄期的延长， 水化程度的提高， 水化产物充 满孑 L 隙， 结合区域也变得密实得多， 进而大大的提高 了强 度。 另外， 有研究表明[ ， 通过降低水灰比、 增加粉煤 灰的掺量， 也可有效地提高再生混凝土的各龄期 的 强度 。 3 ． 2 再生混凝土的弹性模量 混凝土的弹性模量是其重要的力学性能参数之 一 ，对于评价结构 、 构件的变形特征具有重要意义。与 普通混凝土相比， 再生混凝土各龄期的弹性模量绝对 值也均降低 ， 龄期越早 ， 其差别越大。有试验结果显 示L 8 J ： 不同龄期再生混凝土弹性模量降低程度大致在 2 3 ％ 3 0 ％之间。再生混凝土弹性模量降低的主要原 因有两个 ： 一是再生骨料的弹性模量较低 ， 二是再生 混凝土的抗压强度也较普通混凝土低。 对于如何提高混凝土的弹性模量， 刑振贤等人研 究结果表明， 当水灰比从 0 ． 8 降到 0 ． 4时， 再生混凝土 的抗压弹性模量增加了 5 3 ． 7 ％。屈志中报道的俄罗 斯混合再生混凝土骨料配制混凝土在掺入 1 0 ％的膨 胀剂时可提高弹性模量 8 ％ 一1 0 ％。 3 ． 3 再生混凝土的其它性 能 再生混凝土的收缩性、 抗冻性、 抗渗性、 抗碳化能 力、 耐腐蚀性及耐磨性均较变通混凝土差， 其原因主 要是再生骨料的孔 隙率及 孔隙径要较普通 混凝土 大 ， 另外在再生混凝土内部存在着三种薄弱界面， 形成不 同的薄弱区域。 综上所 述 ， 再 生混凝土 的整体 性能有待 于进一 步 提高， 这就给研究者们一个新的课题： 研究出提高再 生混凝土性能的方法， 制配出高性能再生混凝土， 使 再生混凝土更早的更广泛的应用于建筑结构中， 真正 实现建筑业的可持续发展。 4 结语 ( 1 ) 再生混凝土的综合效益远高于普通混凝土， 它有利于保护环境、 节约能源、 保持生态平衡， 是可持 续发展的重要内容。但要使再生混凝土能够推广利 用 ， 就需要政府和国家出台政策和相关的法律法规来 支持， 同时也需要加深研究， 把再生混凝 土的生产过 程标准化、 规范化。 ( 2 ) 在再生混凝土内部存在三种界面： 骨料 一旧 砂浆界面、 新 一旧砂浆界面及骨料新砂浆界面， 这三 个界面也就是再生混凝土的薄弱区域。在骨料 一新 砂浆之间有明显的界面， 界面区内水化产物为疏松多 孔的颗粒 ， 形状不规则， 并存在大量孔隙， 因此骨料与 新砂浆的黏结强度较低， 是最薄弱的环节。在新旧砂 浆之间虽然存在一些孔隙， 但界面水 化产物 比较密 实， 呈板块状 ， 因此， 新旧砂浆界面黏结强度较高。 而骨料与旧砂浆界面的黏结强度则 取决于废弃 混凝土在破碎过程中是否存在微裂缝 ， 若存在微裂 缝， 则该接触界面很容易破坏， 若保持完好 ， 则该接触 界面就不容易遭受破坏。 ( 3 ) 由于旧水泥砂浆的存在， 再生混凝土的孔隙 较大， 吸水性强 ， 导致再生混凝土的强度、 弹性模量均 比普通混凝土低， 尤其是在早期 ， 而后期的强度与弹 性模量与普通混凝土只是略微降低。 再生混凝 土的收缩性 、 抗冻性 、 抗渗性 、 抗碳 化能 力、 耐腐蚀性及耐磨性均较普通混凝土差， 随着时间 的延长 ， 这种相差越来越明显。 可以通过降低水灰比、 掺加矿物掺合料及掺加相 应的外加剂的方法来解决再生混凝土性能上的缺陷， 使之更好的服务于全人类。 参考文献 [ 1 ] 邓寿昌， 张学兵， 罗迎社． 废弃混凝土再生利用的现状分析与 研究展望[ J ] ． 混凝土， 2 0 0 6 ， ( 1 1 ) ： 20— 2 4 ． [ 2 ] 邢振贤， 周日农． 再生混凝土的基本性能研究[ J ] ． 华北水利水 电学院学报 ， 1 9 9 8 ， 1 9 ( 2 ) ： 3 0—3 2 ． [ 3 ] 肖开涛． 再生混凝土的性能及其改性研究[ D ] ． 武汉： 武汉理工 大学 ， 2 O 0 4 ． [ 4 ] H it o t a k aK AWAN O ． T h e s t a t e o f u s in gb y —p r o d u c t s i n c o n c r e t e i n - j a p a n a n d o u t l in e o f J i d T r O I1“ r e c y c l e d c o n c r e t e u s in g r e c y c l ed a g g r e — g a t e ” [ R ] ． J A P A N ： P u b l i c W o n k s R e s e a r c h I n s t i t u t e ． [ 5 ] 陈云刚， 孙振平， 肖建庄． 再生集料混凝土界面结构特点及其 改善措施[ J ] ． 混凝土， 2 0 0 4 ， ( 2 ) ： 1 0 — 1 3 ． [ 6 ] 李福海， 叶跃忠， 赵人达． 再生集料混凝土微观结构分析[ J ] ． 混 凝土 ， 2 O 0 8 。 ( 5 ) ： 3 0—3 3 ． [ 7 ] 张亚梅． 再生混凝土配合 比 设计初探[ J 】 ． 混凝土与水泥制品， 2 0 0 2 ， ( 1 ) ： 7— 9 ． [ 8 ] 胡敏萍． 再生混凝土的早期力学性能试验研究[ J ] ． 混凝土， 2 0 0 8 ， ( 5 ) ： 3 7—4 1 ． [ 收稿日期】 201 0 — 0 1 — 0 3 [ 作者简介】 郑 秀梅 ( 1 9 7 6一) ， 女 ， 黑龙江兰西人 ， 讲 师， 从事混 凝土耐久性研究。