新型再生混凝土的性能及其应用评析.pdf

许靖裕等： 新型再生混凝土的性能及其应刚评析 新型再生混凝土 的性能及其应 用评析 许靖裕， ( 华侨大学土木工程学院 施养杭 福建泉州3 6 2 0 2 1 ) 【 摘 要】 未来混凝土发展的趋势之一是利用废弃混凝土， 开发再生混凝土技术 ， 再生混凝土具有节约资源 及 良好的环境、 经济、 社会效益。介绍了再生混凝土的国内外发展概况和新型的再生混凝土， 深入探讨了新型再 生混凝土的特性及应用。 【 关键词】 再生混凝土 ； 研究现状 ； 新型再生混凝土； 类型； 主要性能 【 中图分类号】 T U 5 2 8 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 0 4 0 0 0 1 0 3 CHARACTERI S TI CS OlF NEW TYPE RECYCL ED CoNCRET E AND PE RS P ECT E REV W XU J i n g y u， S HI Ya n g h a n g ( D e p a r t m e n t o f C i v i l E n g i ， H u a Q i a o U n i v ， F u j i a n Q u a n z h o u 3 6 2 0 2 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e r e c y c l i n g o f w a s t e c o n c r e t e i s o n e d e v e l o p me n t t r e n d o f c o n c r e t e i n t h e f u t u r e Th e a p pl i c a t i o n o f thi s t e c h n i q u e c a n s a v e r e s o u r c e s a n d p r o t e c t e n v i r o n me nt Th i s p a p e r i n t r o du c e s t h e g e n e r a l d e v e l o p me n t s i t u a t i o n s o f r e c y c l e d c o n c r e t e a n d t h e n e w t y p e r e c y c l e d c o n c r e t e T h e c h a r a c t e r i s t i c s a n d a p p l i c a t i o n o f n e w t y p e r e c y c l e d c o n c r e t e a r e d i s c u s s e d Ke y wo r d s ： r e c y c l e d c o n c r e t e ； r e s e a r c h s t a t u s ；n e w- t y p e r e c y c l e d c o n c r e t e ；t y p e；c h a r a c t e r i s t i c s 建筑业的发展消耗了大量的资源， 建筑的使用期结束 后， 会产生大量的建筑垃圾 ， 对环境持续发展产生巨大的影 响。再生混凝土技术的应用可以处理建筑垃圾， 节约天然 资源， 具有良好的可持续发展前景， 但再生混凝土由于再生 骨料天然的缺陷， 使得再生混凝土的物理力学性能不稳定， 而新型再生混凝土的研究和应用弥补了再生混凝土的不 足 ， 具有更为广阔的发展前景。 1 再 生混凝土 的发展概况 二次世界大战以后， 外 国学者开始对再生混凝土进行 大量的研究。针对废弃混凝土的来源与分类、 破碎与加工 工艺， 再生混凝土的配合比设计、 物理力学性能、 耐久性、 安 全性及其改善措施等方面作了大量的实验研究和理论分 析。目前 ， 尤以美国、 德国、 E t 本等发达 国家研究和应用较 多， 并制定了相关的标准和规范。再生混凝土在我国的发 展还是比较快的， 我国对再生混凝土的应用还在初试阶段， 也取得了一定的成果， 但 国内数十家知名大学和研究机构 已经开展了大量的研究工作 ， 涉及的范围也较广。国内学 者对再生骨料物理力学性能、 再生混凝土的强度、 弹性模 量、 配合比、 收缩、 徐变、 抗渗性、 耐久性等进行了大量的研 究， 形成了基本的研究结论。再生混凝土的弹性模量和强 度较低， 变形大等特点。尽管我国的再生混凝土的研究与 应用有了相当的成果， 但我们应该清醒的认识到， 对再生混 凝土的研究还有许多需要加强的地方， 比如结构层次的研 究还不够充分， 现阶段再生混凝土的应用还有局限性。 2 新型再生混凝土的类型与主要性能 再生集料混凝土是指利用废混凝土破碎加工而成的再 生集料 ， 部分或全部代替天然集料配制而成的新混凝土， 简 称再生混凝土。新型再生混凝土可根据在制备中加入的材 料来进行分类， 主要有钢管再生混凝土、 钢纤维再生混凝 土、 矿渣和粉煤灰再生混凝土等。 2 1 钢管再 生混凝土 ( 1 ) 钢管再生混凝土的研究概况。到 目前为止， 我国 对钢管普通混凝土结构的研究已经相当充分。但是， 对钢 管再生混凝土的研究还 比较少。K o n n o 等研究发现钢管再 生混凝土的力学性能与钢管普通混凝土差别不大， 但钢管 再生混凝土在刚度和承载力方面都有所下降。 杨有福等对钢管再生混凝土构件和设计方法的一些问 题进行了探讨。其研究结果表明： 钢管再生混凝土试件与 相应钢管普通混凝土试件的荷载一变形关系曲线类似， 钢 管再生混凝土构件的承载力 、 轴压弹性模量及纯弯构件刚 度随着再生混凝土骨料取代率的增大 ， 呈下降的趋势 ， 并且 都低于相对应的钢管普通混凝土构件的力学指标。 ( 2 ) 钢管再生混凝土的主要性能及应用。钢管再生 混凝土利用钢管和混凝土在受力过程中的相互作用 ， 充分 基金项目 国家科技支撑计划项目2 0 0 8 B A J 0 8 B 1 0 0 5 ； 住宅与城乡建设部研究与开发重点项 2 0 0 9一 l ( 2 3 7 ； 福建省泉州市科技计 划重点项目 2 0 0 9 Z 4 6 ； 厦门市科技计划创新项目 3 5 0 2 Z 2 0 1 0 3 0 3 3 2 低温建筑技术 2 0 1 2年第 4期 ( 总第 1 6 6期 ) 发挥二者的优点， 同时弥补两种材料的各 自缺点。再生混 凝土增强了钢管的稳定性， 同时钢管对核心混凝土起到很 大的约束作用， 使再生混凝土的抗压强度和变形能力得到 的提高。钢管再生混凝土具有 良好的塑性和抗震性能， 经 济效果显著。但是再生混凝土强度较低限制了钢管再生混 凝土的应用范围。只有提高再生混凝土的强度， 研制出高 强度的再生混凝土， 才能使钢管再生混凝土用于承重结构。 2 2 钢纤维再生混凝土 ( 1 ) 钢纤维再生混凝土的研究概况。国内外对钢纤 维普通混凝土及其配筋构件和结构性能的试验研究 、 理论 分析 、 数值模拟、 设计方法 日趋完善， 而且钢纤维混凝土的 工程应用已经相当广泛。要进一步推动钢纤维混凝土理论 研究和实际应用， 有必要研究钢纤维再生混凝土的性能。 杨润年 ， 尹久仁等进行钢纤维再生混凝土的力学性能 试验 ， 结果表明： 钢纤维的加入显著地提高了再生混凝土的 劈裂 ， 但其抗压强度提高不大。高丹盈， 楼志辉等的试验表 明： 钢纤维再生混凝土抗压强度略低于钢纤维天然混凝土， 钢纤维的加入可以提高再生混凝土的抗压强度。 ( 2 ) 钢纤维再生混凝土的主要性能及应用。向再生 骨料混凝土添加钢纤维， 起到增强增韧的效果。再生混凝 土的骨料内部孔隙较多， 结构比较疏松， 易导致应力集中， 而由于钢纤维的加入 ， 能起到阻断裂缝开展的抗裂作用， 同 时再生混凝土的各项性能指标都有不同程度的提升。 将再生混凝土应用在普通路面上是可行的， 国外对再 生混凝土技术应用于公路交通 的研究比较早， 而且制定了 相应的规程。已有的研究已经证明在普通路面上采用再生 混凝土技术安全可行、 保护环境 、 节约资源， 充分利用了废 弃混凝土， 同时具有良好的经济效益。 2 3 粉煤灰再生混凝土 ( 1 ) 粉煤灰再生混凝土的研究概况。季天剑等对粉 煤灰再生水泥混凝土的疲劳性能进行了试验研究， 得到了 含有失效概率的疲劳方程， 粉煤灰再生混凝土的疲劳性能 与普通水泥混凝土相当， 可用于水泥混凝土路面建设。 黎明伟等采用废弃混凝土再生骨料、 普通硅酸盐水泥 和粉煤灰等原材料进行了大掺量粉煤灰再生混凝土的试验 研究， 认为影响坍落度的主要因素是再生骨料替代率和水 胶比； 影响抗压强度的主要因素是水胶比、 再生骨料替代率 和硅灰掺量 。 ( 2 ) 粉煤灰再生混凝土的主要性能及应用。粉煤灰 已经成为对混凝土改性的一种重要组分。在再生骨料中加 入粉煤灰， 可对其性能进行改性， 优化水泥的水化条件 ， 细 化再生混凝土的孔径， 改善了混凝土的界面过渡区， 使利用 再生骨料配制的混凝土也可达到较高强度， 提高其耐久性。 但有些性能是下降的， 其弹性模量、 坍落度和表观密度随再 生骨料掺量的增加而降低。超细粉煤灰的加入对提高再生 混凝土的强度有明显作用。加入复合粉煤灰， 可使再生混 凝土具有耐磨性、 抗开裂能力， 并降低了干缩性。掺入粉煤 灰可使再生混凝土各项污染指标均得到有效降低。 再生混凝土经常用在道路建设中， 随着我国经济快速 发展 ， 道路的运榆荷载日益增大， 使得一些道路状况逐渐变 差， 道路的修补费用也日益增大， 可将粉煤灰再生混凝土作 为道路修补材料。 有关单位对江西省吉安市直属公路段 G 1 0 5国道吉安 段水泥混凝土损坏路面的改建中采用了“ 复合超细粉煤灰 +再生骨料”配制而成的再生混凝土进行修复铺筑。结果 表明修补段的混凝土能够满足快速开放交通的要求， 未 见 有开裂现象， 再生骨料混凝土应用在路面的综合性能优良。 2 4 矿渣再生混凝土 ( 1 ) 矿渣再生混凝土的研究概况。孙浩、 王培铭等对 矿渣再生混凝土的坍落度， 抗压强度， 气体渗透性和碳化性 能进行了试验研究。结果表明： 矿渣再生混凝土抗压强度 随再生粗骨料取代率的增加有一定程度提高， 其坍落度随 再生粗骨料取代率的增加而降低， 通过加入矿渣可有效改 善再生混凝土的气渗性能和碳化性能。 李俊等的研究结果表明粉煤灰具有减水效果， 加入粉 煤灰降低了再生骨料混凝土的强度和弹性模量； 粉煤灰与 矿渣双掺效果要优于粉煤灰单掺。 ( 2 ) 矿渣再生混凝土的主要性能。通过掺入一定量 的水泥和矿渣能显著的改善、 提高再生混凝土的综合性能。 再生混凝土的耐久性和抗腐蚀能力、 抗压性能、 抗渗性能、 碳化性能得到提高， 混凝土的工作性和内部结构、 降低水化 热的温升、 提高混凝土的后期强度等得到改善。 2 5 矿渣和粉煤灰双掺的再生混凝土 粉煤灰与矿渣双掺对混凝土的影响随两者组合比例不 同而有所差异。当粉煤灰和矿渣以合适的比例和掺量掺入 再生骨料混凝土中时， 能充分利用水泥熟料、 粉煤灰 和矿 渣 ， 使得矿渣和粉煤灰对再生混凝土的润滑、 胶凝、 细化孔 隙作用相互补充 ， 产生叠加效应， 最终得到比单掺粉煤灰性 能更加优越的再生骨料混凝土。 2 6 高强度再生混凝土 由于通常配制的再生混凝土的强度较低， 大多只能用 在道路面层和垫层， 而在建筑物承重结构中的应用比较少。 因此研究开发经济合理的高强度再生混凝土才能真正推动 再生混凝土的发展。武汉大学的戈雪 良等， 利用 当地原材 料及配制高强混凝土的常用工艺成功配制 出了强度达到 6 0 MP a的再生混凝土， 使再生混凝土的高强化成为可能 ， 为 高强度再生混凝土应用奠定了基础。 3结语 ( 1 ) 新型再生混凝土技术， 能减轻对环境的污染 ， 同 时又能节省天然骨料资源， 减少能源消耗， 具有显著的社 会、 经济和环境效益， 符合可持续发展的要求， 是发展绿色 混凝土的主要途径之一。 ( 2 ) 再生骨料的性能对新型再生混凝土的基本性能 有很大的影响。从再生骨料生产工艺人手对再生混凝土骨 料进行研究 ， 提高新型再生混凝土的各种性能。 ( 3 ) 研究高强度再生混凝土， 并对其耐久性进行研 究 ， 逐步实现再生混凝土的高性能化。 张建安等： 颗粒体材料力学性质的离散元模拟 3 颗粒体材料力学性质 的离散元模拟 张建安 ， 蒋军 ( 浙江大 学建筑工程学院 杭 州3 1 0 0 5 8) 【 摘要】 基于离散单元法颗粒流理论 ， 对颗粒材料室内三轴试验进行 P F C 3 D模拟， 通过对比具有不同组 构颗粒半径及不同颗粒胶结强度的散体颗粒试样的试验结果， 定性分析探索了颗粒半径及胶结作用对于颗粒体 材料力学性能的影响， 发现减小组构颗粒半径以及提高颗粒间胶结强度对于颗粒力学性能都存在提升作用。 【 关键词】 离散元； 颗粒材料； 颗粒半径； 胶结接触 【 中图分类号】 T U 4 1 1 9 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 0 4 0 0 0 3 0 3 S 江ULA nON OF CHANI CAL PR0PERT S F OR GRANULAR M ATERI AL BY DI S CRET E EL E NT M ET HoD Z HANG J i a n a n， J I A NG J u n ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e ri n g a n d A r c h i t e c t u r e ， Z h e j i a n g U n i v e r s i t y ， Ha n g z h o u 3 1 0 0 5 8 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： On t h e b a s i s o f d i s c r e t e e l e me n t me t h o d o n t he the o r y o f g r a n u l a r flo w，the n u me r i c a l s t i mu l a t i o n wa s c a r r i e d o u t wi t h P F C 3 D t o a n a l y z e q u a l i t a t i v e l y t h e e f f e c t o f the p a r t i c l e r a d i u s a n d c e me n t a t i o n b e t w e e n p a rti c l e s o n the me c h a n i c a l p r o p e r t i e s b y c o mp a ri n g the s t i mu l a t i o n r e s u l t s o f d i ff e r e n t p a r t i c l e r a d i u s a n d c e me n t a t i o n C o n s e q u e n t l y ，i t w a s c o n c l u d e d t h a t the r e d u c t i o n o f p a r t i c l e s o r the r a i s e o f c e me n t a t i o n b e t w e e n p a r t i c l e s wo u l d o b v i o u s l y p r o mo t e t h e me c h a n i c s p r o p e rt i e s o f p a rti c l e s Ke y wo r d s： d i s c r e t e e l e me n t me tho d ；gra n u l a r ma t e ri a l ；p a r t i c l e r a d i i ；b o n d c o n t a c t 颗粒材料是 自然界中常见的一种离散体系， 如砂石砂 土、 谷粒 、 矿砂、 煤炭堆料等等， 其离散特性导致它表现出一 些不同于一般连续介质材料的特性。因此对颗粒体系材料 力学性能的深入研究对于生产生活有着重要的意义。 国内外诸多学者对于颗粒体系材料都进行研究， 一些 学者在细观层面通过理论分析研究了颗粒体中的力链体系 的受力变形性能拉“ 】 ， 更多的学者则是基于离散单元法对 颗粒体系宏观力学性能进行了一定的研究 ， 特别是对 于天然砂土的结构性对其力学性能的影响。但对于组构颗 粒半径对颗粒材料性能的影响还很少， 特别组构颗粒半径 与颗粒间胶结作用与宏观力学性能的关联还没有深入的研 究。文中拟采用离散单元法模拟特定颗粒材料室内三轴试 参考文献 王军龙 ， 肖建庄 钢纤维再生混凝土在路面工程中的应用研究 J 混凝土， 2 0 0 5 ， 1 9 4 ( 1 2 ) ： 7 5 7 9 孙清如， 尹健 复合超细粉煤灰对再生混凝土性能影响的研究 J 中南公路工程， 2 0 0 6 ， 1 ( 2 ) ： 1 5 0 1 5 3 Ko n n o K， S a t o Y， Ue d o T， e t a 1 Me c h a n i c a l p mp e 啊o f r e c y c l e d c o n c r e t e u n d e r l a t e r a l c o n fi n e m e n t J T r a n s a c t i o n s o f t h e J a p a n C o n c r e t e I n s t i tu t e ， 1 9 9 8 ， ( 2 0 ) ： 2 8 72 9 2 杨润 年， 尹久仁 ， 肖华 明 钢 纤维再生混凝土力学性能 的试验 研究 J 混凝土， 2 0 0 6 ， 1 9 5 ( 1 ) ： 2 7 4 2 卢建忠 ， 马嵘 “ 体积取代法” 碎砖再生混凝土的性能研究 J 嘉兴学院学报， 2 0 0 3 ， ( 1 0 ) ： 1 1 3一 l l 5 季 天剑 ， 肖鹏 ， 高 玉峰 掺粉煤灰再生混凝土疲劳性 能试 验研 究 J 河海大学学报， 2 0 1 0 ， ( 5 ) 孙浩， 废弃集料掺矿渣再立 凝土的试验研究 J 建筑施 工 ， 2 0 0 5 ， ( 1 1 ) 8 杨有福 钢管再生混凝土构件力学性能和设计方法若干问题 的探讨 J 工业建筑， 2 0 0 6 ， 3 6 ( 1 1 ) ： 1 5 9 孙浩 ， 王 培铭 矿 渣再 生混 凝土 的试 验研 究 J 山东 建材 ， 2 0 0 5， ( 1 1 ) ： 4 1 4 9 1 O 曾力，张超 高强度再生混凝土的开发研究 J 混凝土， 2 0 0 4 ， ( 1 1 )： 6 0 6 2 1 1 郭耀武， 赵昌清 粉煤灰再生混凝土的物理力学性能研究 J 湖南交通科技， 2 ( 10 8 ， 3 4 ( 2 ) ： 8 一 l 1 1 2 李俊， 尹健 ， 周士琼， 等 粉煤灰与矿渣对再生骨料混凝土力 学性能影响的研究 J 混凝土， 2 0 0 5 ， ( 6 ) ： 8 0 8 3 1 3 史文元， 卢药增 高性能再生骨料混凝土力学性能研究 J 科技 资讯 ， 2 0 0 8 ， ( 1 4 ) 【 收稿日期】 2 0 1 l l l 一 2 9 作者简介 许靖裕 ( 1 9 8 6一) ， 男 ， 福建龙 海人 ， 硕士 ， 从事再 生混凝 土研究 。 1 1 j 1 J _= J !J