1、8 低温建筑技术 2 0 1 0年第 1 1 期( 总第 1 4 9 期) 再生混凝土的强度研 究 郑远 , 郑会杰 f 1 中建一局华中建设有限公司 。 北京 1 0 0 0 7 3; 2 眙尔滨工大建设监理有限公 司。 殆 尔滨 1 5 0 0 01 【 摘要】 国内外学者对再生骨料和再生混凝土的各项性能进行了研究, 以充分利用废弃混凝土这一再生 资源。通过查阅大量相关文献, 本文对再生骨料及再生混凝土的强度进行了总结, 讨论了影响再生混凝土强度的 因素和对提高再生混凝土强度提 出了一些建议 。 【 关键词】 再生骨料; 再生混凝土; 强度 【 中图分类号】 T U 5 2 8 【 文献标
2、识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 1 1 0 0 0 8 0 3 再生骨料混凝土简称再生混凝土, 是指将废弃混凝土 块经过破碎、 清洗与分级后, 按一定的比例与级配混合形成 再生骨料, 部分或全部代替砂石等天然骨料配制丽成的新 混凝土。废弃混凝土块经过破碎、 分级并按一定的比例、 级 配混合形成的骨料称为再生骨料。粗细骨料全部采用再生 骨料配制的混凝土称为全再生混凝土, 否则为部分再生混 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。影响再生混凝土强度的因素主 要是再生骨料 的强度和配合 比。 1 再生骨料 1
3、1 强度 骨料的强度主要用压碎指标来反映, 压碎指标越大, 强 度越低。对于再生骨料来说, 一方面, 再生骨料表面附着的 水泥砂浆较多, 水泥浆体的密度小、 孔隙率大、 强度较低, 从 而导致再生骨料的强度低 ; 另一方面, 基体混凝土在使用过 程中由于多种外界作用( 如风化、 盐类腐蚀、 冻融等) 的影响 其各项性能发生衰退 , 使得再生骨料的强度低于天然骨料 的强度。 基体混凝土的强度等级对再生骨料的压碎指标影响较 大。随着基体混凝土强度等级的提高, 再生骨料表面附着 砂浆含量降低, 压碎指标降低。所以, 基体混凝土的强度等 级应该作为再生骨料分类的主要标准之一。低强度等级基 体混凝土的再
4、生骨料用于低强度的再生混凝土的配制, 中、 高强度等级的基体混凝土的再生骨料配制中、 高强度的再 生混凝土 。 1 2强化与改性 再生骨料改性研究主要采用机械活化和浆液活化两种 方法。机械活化有自重磨擦作用活化和球磨机活化两种方 式 , 目的在于破坏 弱 的碎石 颗粒 和除去 骨料 表面 的硬 化的 水泥砂浆, 进而改善再生骨料的性能。浆液活化是指将再 生骨料浸泡在高活性超细矿物掺合料的浆液中, 使浆液充 填再生骨料的孔隙和破碎过程损伤积累的一些微裂缝, 从 而提高再生骨料的强度。 与将再生骨料放入回转的滚筒, 靠 自重磨擦作用活化 相比, 经球磨机活化的再生骨料质量有较大提高, 压碎指标 降
5、低 1 2以上。同时, 机械活化后的骨料在配制再生混凝土 之前储存时间越短, 活化骨料在混凝土中的效果越好。 2 配合 比设计 水灰比、 单位用水量、 砂率是混凝土配合比设计的三个 基本参数, 它们影响着混凝土的各项性能。所 以, 进行再生 混凝土的配合比设计也主要从这三个方面着手。再生混凝 土的配合比设计与普通混凝土的配合比设计的不同之处在 于如何解决再生骨料吸水致使拌和物流动性降低的问题。 从目前研究来看 , 设计方法主要有两种 , 一是, 考虑再生吸 水性的基于 自由水灰 比之上的再生混凝土配合 比设计方 法, 二是, 普通混凝土配合比设计方法。 通常, 骨料的含水状态分为干燥状态、 气
6、干状态、 饱和 面干状态和湿润状态等四种。骨料的含水状态不同, 在配 制混凝土时将会导致用水量和骨料用量误差很大, 影响混 凝土的质量。为了保证配料准确, 通常采用骨料的饱和面 干状态的含水率进行配合比设计, 其原因在于饱和面干骨 料既不从混凝土中吸取水分, 也不向混凝土中带入水分, 从 而使得混凝土用水控制比较准确。 邓寿昌等 通过大量的试验得出再生粗骨料吸水量基 本与其质量成正比的结论, 并建立了再生骨料的吸水量 ( t 0 ) 及再生混凝土附加含水量 A W的计算公式: A $ R A F f R A: 5 8 8 6 0 9 上 m I t ( 1 ) 1 +( ) “ A W:t 7
7、 ,R A ( s R 一 R ) 一( s o 一 -O O A ) ( 2 ) IF: + ( 3 ) 式中, 为再生骨料吸水量, k g , s 为再生骨料吸水 率, ;m R 为再生骨料质量, k g ; t 为时间, ra i n ;(-O R A 为再生 骨料含水率 , ; 。 为天然骨料含水率, ; 为再生混 凝土的单位用水量。 不少学者采用普通混凝土配合比设计方法进行再生混 凝土各项性能的研究。采用这种方法, 再生骨料的掺量对 其坍落度影响较大, 掺加高效减水剂或超细矿物掺合料, 可 改善其流动性。张亚梅等 在对再生混凝土的配合比进行 设计研究时发现, 采用这种方法配制的再生混
8、凝土的工作 性能与普通混凝土相比显著降低, 但强度高于普通混凝土。 邢振贤等 的研究表明水灰比对再生混凝土的强度及弹性 郑远等 : 再生混凝土 的强度研究 9 模量影响较大, 当水灰比由0 8降到 0 4时, 再生混凝土的 抗压强度增加 5 3 7 , 抗压弹性模量增加3 3 7 。 3 再 生混凝土强度和弹性模量 3 1 强度 大量资料显示, 在配合比相同的条件下, 再生混凝土的 强度要低于普通混凝土。文献 2 指出日本 B C S J等得出再 生混凝土抗压强度降幅为 1 4 3 2 , 并得出用再生细骨 料代替普通细骨料配制的再生混凝土的强度较再生粗骨料 代替普通粗骨料配制的再生混凝土的强
9、度低。R a v i d r a r a j a h 和T a m等 研究表明其降幅为 8 2 4 。 F r o n d i s t o u Y a n - nas 1 7 等试验结果表明其降幅为 1 0 左右。由以上研究结 果可以看出, 在降低的幅度方面尚存在着一定的分歧。 但也有一些研究表明, 当适当调整再生骨料的掺量时, 可以使再生混凝土的强度不降低甚至可以高于普通混凝 土。肖建庄 的研究发现, 再生粗骨料掺量分别为 3 0 、 7 0 和 1 0 0 , 再生混凝土的2 8 d抗压强度分别较普通混凝 土平均降低2 4 、 2 8 和3 0 左右。但是 , 当再生粗骨料的 掺量调整为
10、5 0 时, 混凝土的抗压强度高于普通混凝土。 笔者通过研究粗骨料全部为再生骨料, 细骨料中再生骨料 的掺量分别为 3 3 、 6 6 、 1 0 0 的混凝土抗压强度时发现 再生细骨料为 6 6 的混凝土的强度在三者中最高, 且高于 普通混凝土。吴红利等 的试验表明当水灰比为0 4 0时, 再生混凝土的2 8 d抗压强度比普通混凝土降低 2 M P a 。随着 水灰比的降低, 两者之间的差距也随之减小, 当水灰比降为 0 3 2时, 其强度差距仅有 0 2 M P a 。此外, 水灰比为 0 3 2的 再生混凝土 9 0 d抗压强度 6 5 2 M P a高于同条件下普通混凝 土的强度 6
11、4 3 M P a 。 再生混凝土强度主要取决于水泥石强度及骨料表面粘 结强度。对于上述研究结果笔者认为可从三个方面来解 释: 再生骨料表面附着的硬化水泥砂浆是再生混凝土最 为薄弱的部位, 是影响其强度的根源。再生骨料孔隙率高、 强度低, 压碎指标高, 当配制再生混凝土时, 与外层新硬化 的水泥砂浆和内层原有的天然骨料相比, 再生骨料表面附 着的原硬化水泥砂浆承受外力能力极其微弱, 在受力时首 先发生破坏。从再生混凝土的破坏面可以证实这一点, 其 破坏面不像普通混 凝 土能看 到较 多新 的碎 石 , 而是粗 糙 的 水泥砂浆面。再生骨料生产过程中大量微裂缝的积累以 及表面附着的硬化水泥砂浆孔
12、隙率高等因素导致其吸水率 较大, 从而使得再生混凝土配制时单位用水量增加, 而水泥 水化所需水量变化不大, 这样多余水以毛细水状态存在于 再生骨料表面附着的硬化水泥砂浆孔隙里,使得 C a ( O H) 或凝胶体的结晶作用减弱, 影响了新旧砂浆的粘结强度。 待水分蒸发后在混凝土水泥石 中会形成毛细孔 , 使再生混 凝土的实际受力面积减少, 承载能力降低。此外 , 当承受外 力时易在孔隙周围引起应力集中而破坏。再生骨料表面 粗糙, 棱角较多, 一定程度上可增强与水泥砂浆粘结; 再生 骨料表面附着的原硬化水泥砂浆存有的大量微裂缝会吸入 新的水泥颗粒 , 从而使得界面处水泥水化更加完全; 再生骨 料
13、与新的水泥砂浆之间的弹性模量相差较小, 以上这些因 素有助于提高界面的粘结强度。 实际上除上述原因外, 影响再生混凝土强度的因素还 很多, 如基体混凝土的使用环境、 强度等级、 再生骨料加工 工艺、 吸水率 、 颗粒大小及级配、 含水率等, 尤其是目前没有 形成统一的配合比设计方法。 掺合料对再生混凝土的强度也有较大影响。李俊等 研究表明, 掺加粉煤灰 会降低再生混凝土的强度和弹性模 量, 且其对再生混凝土的抗折强度的影响比对其它力学性 能的影响更加显著。与粉煤灰掺合料相比, 在相同掺量的 情况下, 掺加矿渣使再生混凝土具有更高的强度和弹性模 量, 且能显著提高劈拉强度, 这对提高再生混凝土的
14、抗裂能 力非常有利。此外, 粉煤灰和矿渣的双掺效果强于粉煤灰 单掺, 但两者双掺的比例对再生混凝土的强度和弹性模量 的影响有显著差异。笔者对单掺粉煤灰、 单掺矿渣、 双掺的 再生混凝土的力学性能研究证实了上述观点 , 并且通过研 究发现随矿渣掺量的增加 , 再生混凝土强度降低。 龄期对再生混凝土的强度也有一定影响, 尤其对再生 混凝土的抗折强度影响较大。与普通混凝土强度的增长规 律相似 , 早期强度增长较快, 后期增长较慢。 3 2弹性模量 大量资料显示, 由于再生骨料的表面特征以及内部存 有的大量微裂缝 , 使得再生混凝土的孔隙率高于普通混凝 土, 导致再生混凝土的弹性模量通常较低 , 一般
15、约为普通混 凝土的 7 0 一8 0 。同强度下降相比, 其弹性模量下降更 多。肖建庄 研究发现水灰比对再生混凝土的弹性模量 影响较大, 当水灰比由 0 4上升到 0 8时, 再生混凝土的抗 压弹性模量降低 3 3 7 。 4 结语 通过合理的配合比设计可以改善再生混凝土的强度, 但是目前对再生混凝土强度的影响因素和机理的研究还没 有统一的标准, 各试验的差异性和随意性较大 , 对再生混凝 土强度机理还需要进行更深入的研究。 参考文献 1 杜婷, 李惠强, 吴贤国 再生混凝土的研究现状及存在问题 J 建筑技术, 2 0 0 3 , ( 2 ) : 1 3 3 1 3 4 2 王欣英 再生混凝土
16、技术研究 的现状 与分析 J 辽宁建材 , 2 0 0 7 , ( 5 ) : 3 23 3 3 尚建丽 , 李 占印, 杨晓东 再生粗集料 特征性能试验研究 J 建筑技 术, 2 0 0 3 , ( 1 ) : 5 2 5 3 4 杜婷, 李惠强, 吴贤国 混凝土再生骨料强化试验研究 J 新 型建筑材料 , 2 0 0 2, ( 3 ) : 68 5 屈志中 钢筋混凝土破坏及其利用技术的新动向 J 建筑技 术, 2 0 0 1 。 ( 3 2 ) : 1 0 21 0 4 6 史巍, 侯景鹏 再生混凝土技术及其配合比设计方法 J 建 筑技术 开发 , 2 0 0 1 , 2 8 ( 8 )
17、: 1 82 0 7 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 ) : 2 0 2 4 8 张亚梅 再生混凝土配合 比设 汁初探 J 混凝土与水泥制 品, 2 0 0 2 , ( 1 ) : 7 9 9 邢振贤, 周 【 农 再生混凝土性能研究与开发思路 J 建筑 1 0 低温建筑技术 2 0 1 0年第 l 1 期( 总第 1 4 9 期) 无砂透水混凝土配合 比设计 樊晓红 ( 山西省运城 市建筑工程有限公 司 山西运城0 4 4 0 0 0) 【 摘要】 无砂透水混凝土是一种环境友好型混凝土, 具有明显的经济和社会
18、效益, 本文着重研究了适合无 砂透水混凝土特性的配合比设计方法, 最后研制出水灰比为 0 3 1 、 水泥浆膜厚度 8 0 0 m, 抗压强度大于 2 0 MP a 、 透 水系数大于7 m m s 的无砂透水混凝土。 【 关键词】 无砂透水混凝土; 配合比; 透水系数 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 1 1 0 0 1 0 0 2 目前, 大量路桥工程使用的混凝土几乎都是密实型的, 它们在起到应有作用 的同时带来一系列环境问题 , 如水泥 混凝土材料在太阳直射时大量吸热 , 使路面温度大幅
19、升高; 降雨时 , 不透水路面易积水, 影响车辆、 行人的舒适性和安 全性, 而降水大部分通过城市排水系统排出, 大大加重了排 水设施的负担, 同时, 无法缓解地下水的不足; 不透气路面 难与空气进行热量、 水分交换, 缺乏对地表温湿度的调节能 力; 致密的路面还会增加城市的噪音污染 2 J 。 无砂透水混凝土是一种特殊的路面材料, 具有吸声降 噪、 排水快等特点, 可以改善城市生态环境和雨水利用方 式, 减轻环境负担, 并且有利于水土保持, 具有明显的经济 和社会效益 , 符合可持续发展的要求 , 其研究和开发具有重 要意义 。 1 原材料及试验方法 原材料:采用 P O 4 2 5 普通硅
20、酸盐水泥; 粒级4 7 5 9 5 ram的碎石 , 表观密度 2 6 5 0 k g I I 1 , 紧密堆积密度 1 3 0 0 k g i n ; 萘系高效减水剂。 试验方法: 搅拌工艺、 成型方法和养护条件对无砂透水 混凝土的强度、 透水系数均有较大影响。 搅拌工艺: 采用水泥包裹法。先将全部骨料及 1 0 一 3 0 的水装入搅拌机中预拌, 再加人水泥拌合 , 以形成包裹 骨料表面的水泥浆壳, 最后加入剩余水搅拌均匀。这样的 投料顺序和搅拌程序能使骨料表面形成均匀厚度的水泥浆 层, 以保证混凝土的强度和透水性。然后将拌和均匀的混 合料装入 1 5 0 mm1 5 0 m m1 5 0
21、 m m的试模中, 分别用于抗 压强度、 透水系数和孔隙率的测试。 成型工艺: 为预防由于振捣引起石子表面水泥混合砂 浆包裹层的脱落, 采用静压成型的方式 , 成型压力 1 5 M P a , 在 3 ra i n内加至预定压力, 稳压 1 m i n 。 养护方法: 采用标准养护制度。 透水系数测试方法 : 定义单位面积上水流过混凝土的 速度为透水系数, 单位取 I l i n l 8 。采用变水位测定方法, 主 要以变水柱高度下试件的竖向渗流速度来表示试件的透水 性能。采用与成型面垂直的两个侧面为透水面, 透水仪置 于非成型面的中间, 对其它4面及测试面中超出透水仪尺寸 的面积进行抹浆处理
22、, 并将透水仪和试件之间的接缝密封, 向透水仪中加水直至试件下表面有水流出, 记录水柱自然 下降刻度为3 0 0 mm至0的时间, 精确到0 1 S 【 4 j 。透水系数 按式( 1 ) 计算 : K= ( 1 ) 式中, 为混凝土透水系数, m m s ;h为水位变化高度, mm; A t 为水位下降一定高度所经历的时间 , 8 。 2无砂透水混凝土配合比设计 通常根据透水性混凝土所要求的孔隙率和结构特征, 技术开发, 1 9 9 9, ( 7) : 2 93 1 1 O 肖开涛, 林宗寿, 万惠文, 杨力远 再生混凝土氯离子渗透性 研究 J 由东建材, 2 0 0 4, ( 2 5 )
23、: 3 1 3 3 I 1 蒲心诚 超高强高性 能混凝土 M 重 庆: 重庆大 学出版 社, 2 0 0 4: 8 89 0 1 2 吴红利, 宋少民 再生骨料混凝土耐久性试验研究 J , 熏庆: 商品混凝土 , 2 0 0 6, ( 4 ) : 2 5 3 0 1 3 V i v i a n W Y T a m Mi c ms t r u c t u r a l a n a y s i s o f r e c y c l e d a g w e g a t e c o n c r e t e p r o d u c e d f r o m l w os t a g e mi x in g a
24、 p p r o a c h J C e m e n t a n d Co n c r e t e R e s e a r c h, 2 0 0 4 1 4胡玉珊 , 邢振贤 ,粉 煤灰掺入 方式对 再生混凝 土强度 的影响 J 新型建筑材料, 2 0 0 3 , ( 5 ) : 2 6 2 7 1 5 宋瑞旭, 万朝均, 王冲, 刘宁 粉煤灰再生混凝土试验研究 J 新型建筑材料 , 2 0 0 3 , ( 2 ) : 2 6 2 8 1 6 宋瑞旭 , 万朝均 , 王冲, 等 高强度再 生骨料 和再生高性 能混 凝土试验研究 J 混凝士, 2 0 0 3 , ( 2 ) : 2 9 3 1
25、1 7F r o n d i s t o u Y a n n a Wa s t e c o n c r e t e a s a g g r e g a t e c o n c r e t e f o r n e w c o n c ret e j J o u r n a l o f A C I , 1 9 7 7 : 2 1 2 2 1 9 1 8 肖建庄 再生混凝土材料与结构研究新进展 J 世界科学, 2 0 0 6 , ( 1 2 ) : 2 9 3 1 1 9 吴红利, 宋少民 再生骨料混凝土耐久性试验研究 J 商品 混凝土 , 2 0 0 6, ( 4 ) : 2 5 3 O 2 0 李俊 , 尹建 , 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 08 3 收稿日期】 2 0 1 0 0 7 一 l 2 作者简介】 郑远( 1 9 8 2 一) , 女 , 河南许昌人 , 工程师, 研究 方向: 建筑施工技术、 绿色建筑施工管理。