再生混凝土技术研究与应用效益分析.pdf

邢振贤等 ： 再生混凝 土技术研究与应用效益分析 1 3 再生混凝土技术研 究与应 用效益分 析 邢振贤， 刘云霞， 蔡宁峰 ( 华北水利水电学院土木与交通学院 ， 郑州4 5 0 0 1 1 ) 【 摘要】 文中用废混凝土破碎生产再生骨料， 代替粗骨料配制再生混凝土， 试验结果表明用废混凝土配制 的再生混凝土拌合物和易性符合施工要求 ， 强度与耐久性满足工程需要， 而且再生混凝土还具有密度小、 脆性低、 抗裂、 保温隔热性好等特点。应用效益分析表明， 工程建设时用再生混凝土代替中、 低强度等级的混凝土， 可以取 得更好的环境、 经济和社会效益。再生混凝土具有很好的应用前景。 【 关键词】 再生混凝土； 环境效益； 循环利用； 建筑节能 【 中图分类号】 T U 5 2 8 ， 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 0 1 0 0 1 3 0 3 RES EARCH AND APPLI CATI oN BENEFI T FoR RECYCLED CoNCRETE XI NG Zh e n- x i a n，LI U Yu n x i a， CAI Ni n g f e n g ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g a n d C o mm u n i c a t i o n ，N o r t h C h i n a U n i v o f Wa t e r R e s o u r c e s a n d E l e c t ri c P o w e r ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 1 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： I n t hi s p a p e r ，wa s t e c o n c r e t e i s c r us h e d t o p r o d u c e r e c y c l e d a g g r e g a t e i n s t e a d o f c o a r s e a g g r e g a t e t o pr e p a r e r e c y c l e d c o n c r e t e Te s t r e s u l t s s ho w t ha t t he c o n c r e t e p r e p a r e d wi t h r e c y c l e d wa s t e， wo r k a b i l i t y o f wh i c h me e t s t h e c o n s t ru c t i o n r e qu i r e me n t s，s t r e ng t h a n d d u r a b i l i t y o f wh i c h me e t the e n g i n e e r i n g ne e d s ，ha s s u c h c h a r a c t e ris t i c s a s l o w d e n s i t y，l o w b r i t t l e n e s s，c r a c k r e s i s t a n c e a n d g o o d t he r ma l i n s ul a t i o nAp p l i c a t i o n b e n e fi t a n a l y s i s s ho ws t ha t t h e u s e o f r e c y c l e d c o n c r e t e i n s t e a d o f c o n c r e t e wi th l o w o r me d i u m s t r e n gth g r a d e i n c o n s t r u c t i o n wi l l b rin g b e t t e r e n v i r o n me n t a l ，e c o n o mi c a n d s o c i a l b e n e fit s Re c y c l e d c o n c r e t e h a s g oo d p r o s p e c t s Ke y wo r ds： r e c y c l e d c o nc r e t e； e nv i r o n me n t a l be n e fi t s； r e c y c l i n g； b ui l d i n g e n e r g y e ffic i e n c y 1 再生混凝土的技术性能 本文试验使用的再生骨料， 是由郑州某旧建筑物拆弃 的废混凝土破碎而成 ， 实测原废混凝土强度在 C 2 0到 C 2 5 之间。再生骨料、 粗骨料和细骨料的实测技术性质见表 1 。 从表 1中可以看出， 再生骨料比普通碎石骨料密度小、 吸水 率大、 强度降低， 原因是再生骨料中含有大约 3 0 水 泥砂 浆， 而这些水泥砂浆较岩石强度小， 孔隙率大， 所以使然。 1 1 再生混凝土拌合物的和易性与表观密度 和易性是指混凝土拌合物便于施工操作 ， 并能施工出 均匀密实混凝土的性能， 所以也叫施工性， 它包括流动性 、 粘聚性和保水性。 表 1 骨料的技术性质 表 2 混凝土的配合 比与拌合物性 能 从表 2可以看出， 在配合比相同的条件下， 再生混凝土 Wl 0 0的流动性( 用坍落度表示) 比普通混凝土 W0小。根 据当时试验观察， 再生混凝土的粘聚性和保水性 比普通混 凝土好， 原因是废混凝土骨料表面包裹有部分砂浆， 表面粗 糙且孔隙增多， 从而降低了混凝土的坍落度。同时， 表面粗 糙增大了拌合物在拌 和与浇筑时的摩阻力， 使混凝土的粘 聚性 和保水性增 强。 再生混凝土表观密度较普通混凝土降低 7 5 ， 原因是 1 4 低温建筑技术 2 0 1 1 年第 1期( 总第 1 5 1期) 再生骨料比碎石骨料视密度小。再生混凝土 自重降低 ， 对 减轻建筑物白重， 提高构件跨度有利。 1 2 再生混凝土的力学性能 表3中数据是实测的混凝土力学性能， 与相同配合比的 碎石混凝土相比， 再生混凝土的抗压强度降低 8 9 ， 抗拉 强度降低 6 9 ， 抗压弹性模量降低 2 7 5 ， 抗拉弹性模量 降低 3 4 4 。可见， 再生混凝土脆性降低、 韧性增加。 表 3 混凝土的力学性能 表3中再生混凝土的极限拉伸值 比普通混凝土增加 2 7 7 ， 拉压强度比增加 0 2 ， 压弹模降低 2 7 7 ， 拉弹模 降低3 4 4 。综合考虑， 再生混凝土比普通混凝土的抗裂 性要好 。 作者还试验了再生混凝土的热工性能， 发现再生混凝 土的导热系数 比相同配合比的普通混凝土降低 2 8 ， 如果 再掺用引气剂， 导热系数降低4 4 。这样， 用再生混凝土作 墙体材料， 能显著提高建筑物的保温隔热性能， 符合 国家建 筑节 能政策 。 2再生混凝土的应用效益分析 再生混凝土 的研究与应 用 ， 是在人类 寻求与 自然 和谐 、 维护生态平衡和可持续发展的思想指导下进行的。国内外 对再生混凝土基本性能的研究成果都表明， 再生混凝土的 性能接近普通混凝土的性能 ， 将其应用于工程结构是可行 的， 技术上也比较成熟。但是， 要在工程中推广应用再生混 凝土 ， 必 然涉及再生混凝 土的效益 分析 ， 这 是推 动再 生混凝 土应用的直接驱动力。 2 1 经济效益分析 再生集料的经济性构成包括： 再生集料市场销售收益， 废混凝土分类 回收成本 ， 再 生集料 加工成本 ， 对 不可 回收部 分最终处置成本。现在国内建筑市场上， 再生混凝土中骨 料大多使用天然骨料和再生骨料的混合骨料， 混合 比大约 为 3 ： 7 。目前市场上天然骨料的价格约为5 5 吨， 如果采 用混合骨料， 考虑加工和运输的因素， 再生骨料的价格约为 1 7 2 2 吨， 价格远远低于天然骨料， 由此混合骨料平均 价格在 3 O元左右。由于混凝土强度随着水灰比的增大而降 低， 考虑到混合骨料有很强的吸水能力， 由表 1可知， 再生骨 料的吸水率为 2 4 5 ， 因此， 再生混凝土有效水灰比会有所 提高。为了使再生混凝土保持强度， 实际水泥用量会适当 提高， 根据测算约为 5 。每 m 普通混凝土 C 2 0 C 2 5的 3 2 5级水泥用量约为 4 0 0 k g ， 如果采用再生骨料， 那么水泥 用量约为4 2 0 k g 。现在 3 2 5级矿渣水泥市场价格为 2 5 0 2 9 0 吨。综合分析可以得知， 再生混凝土每立方米价格 较普通混凝土要低 1 0 1 5 ， 减少了建设投资， 推广应用 再生混凝土的经济效益相当可观 J 。 2 2 环境效益分析 再生集料的开发应用的根本， 是解决城市中废 旧混凝 土的处理问题， 进而解决城市建筑废物的污染问题。废混 凝土如不进行处理， 堆积的废混凝土将 占用土地， 污染水体 和空气， 影响生态和人们的身心健康。由于以上几项损失 的货币估计比较复杂， 现仅对堆 占土地所造成的损失作一 估计。譬如上海市， 2 0 0 7年排放的废混凝土约 9 0 0万吨， 占 地9万 m ， 约合 1 3 5亩地， 根据城市郊区的土地估价 1 O万 亩， 则占地的损失费用为 1 3 5 0万元， 在地价飙升的今天， 这个数字就会更大 J 。如果将这些废1 日 混凝土制成骨料， 按照6 0 的成品率计算 ， 每年可以生产 5 4 0万吨再生骨料， 用其代替碎石生产再生混凝土， 就能消纳 5 40 万吨城市垃 圾 ， 具有明显的环境效益。 2 3 生态效益分析 地球上的资源是有限的， 许多是不可再生的。在建筑 工程中， 混凝土的用量最大 ， 而在混凝土的几种原材料中， 骨料用量又居首位。我国近两年的每年骨料用量高达9 0亿 吨。由于混凝土用量越来越大 ， 为了保证砂石的供应而进 行大量开山、 采石， 已经严重破坏了自然景观和绿色植被， 造成水 土流失或河流改道等 严重后果 ， 有 些地 区， 尤其是建 设强度比较大的中心城市已经没有可取的碎石和砂子， 混 凝土的骨料资源出现了严重危机。因此， 必须开发新的资 源作混凝土骨料， 并且要实现资源的可循环利用 J 。 我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的3 0 一 4 | D ， 绝大部分建筑垃圾未经任何处理， 便被施工单位花费 费用运往郊外 。另一方面 ， 在市 区重建新建 筑物 的时候 ， 从 中心城市就地得到混凝土骨料已经相当困难， 往往要从数 十公里， 甚至几百公里外运来。尽管再生骨料混凝土需一 系列的加工和分离处理， 但从可持续发展的角度考虑， 还是 要加大再生骨料、 再生混凝土的应用研究。如果在9 0亿吨 骨料用量 中， 有 1 0 的再生骨料 ， 每年就可 以减少 9亿 吨的 骨料开采， 保护大量的山体和大片的绿色植被， 具有非常显 著的生态效益与社会效益。 3 再生混凝土的应用前景 我国再生混凝土不仅运用到建筑业 ， 而且很多再生混 凝土运用在交通行业中， 当混凝土道路的混凝土路面到达 其使用年限， 或者重物碾压等原因破损， 则需要修补或者重 建时， 现在的一般做法是破除并废弃旧的水泥混凝土面层， 修补基层后， 重新进行铺筑。 目前 ， 在我国水泥混凝土路面 再生技术中主要应用的是现场再生技术， 即破碎或粉碎现 有路面， 然后将破碎或粉碎后的路面用作新路面结构 中的 基层或底基层， 这一种做法在我国公路养护维修中普遍采 用。例如合肥至南京的高速公路采用再生混凝土骨料作为 新拌混凝土的集料来浇注混凝土路面。另外， 在再生混凝 土高强化方面， 张亚梅等全部采用再生骨料作为粗骨料， 并 掺加了高效减水剂和粉煤灰， 配制出强度为 5 0 b l P a的再生 混凝土 J 。邢振贤等采用基体强度为 C 2 0一C 2 5的废弃混 凝土骨料， 通过掺加高效减水剂使水灰比降低到0 3 5 ， 也配 制出了强度为 40MP a 的再生混凝土 J 。 由此可见，只要措 江守恒等 ： 大体积混凝土实体强度发展规律及其表征 1 5 大体 积混凝 土实体 强度发展规律及其表征 江守恒 ， 朱卫 中 ( 黑龙江省 寒地建筑科学研究院 哈尔滨1 5 0 0 8 0 ) 【 摘要】 文中研究了6种不同养护制度下混凝土不同龄期的抗压强度， 结果表明， 温度匹配养护( T M C) 制 度下混凝土的早期强度增长速率快， 强度发展基本在 7 d一1 4 d内完成， 1 4 d可达到或超过标准养护 2 8 d强度， 后期 强度基本不再增长。T M C制度下混凝土的强度最接近大体积混凝土的实体强度， 建议采用 T MC制度测得的混凝 土强度来评价大体积混凝土实体强度， 并应以温度 一强度为基本思路进行大体积混凝土配合比设计。 【 关键词】 大体积混凝土； 匹配养护； 实体强度； 强度规律； 掺合料 【 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 1 ) 0 1 0 0 1 5 0 3 0 引言 大体积混凝土内部最高温度可达 7 5 ， 甚至更高， 高温 持续时间长。在硬化 早期 ， 混凝土 实质上 是高 温硬 化过程 ， 相当于“ 准蒸养” 状态。就水泥水化速率与温度关系而言， 温度越高水化反应速率越快， 同样， 温度高也使矿物掺合料 的活性增加， 大体积混凝土实际抗压强度远远高于同龄期 标准养护( 或同条件养护) 条件下的强度值。强度发展规律 是大体积混凝土配合 比设计的前提依据之一 ， 只有充分地 掌握了强度发展规律 ， 才可能设计出科学合理的混凝土配 合比。即通过降低混凝土的单方水泥用量， 选用适当剂量 的缓凝剂与活性矿物掺合料， 达到降低混凝土内部温升、 控 制 温度应力进 而防止 温度裂缝 产生 的 目的。 1 混凝土原材料与 配合 比 水城水泥厂“ 乌蒙” 牌 P O 3 2 5低热普通硅酸盐水 泥 ； 机制砂， 细度模数 3 0 4 ， 含泥量 7 0 ， 按贵州省地方标 准 D B J 2 2 0 1 6 9 5 山砂混凝土技术规程 规定进行检验， 符合标准； 5 01 6 0 m m和 1 6 03 1 5 m m二级配碎石， 连 续级配 ， 针片状 含量 4 ， 含泥量 0 7 ， 为非碱活性 集料 ； 安 顺电厂生产的 I 级粉煤灰， 质量符合 C B T 1 5 9 5 用于水泥和 混凝土中的粉煤灰 规定； 山西黄河牌 F D N缓凝型高效减水 剂 。C 2 5大体积混凝土 配合 比如表 1 所示 。 表 1 ，C 2 5大体积 混凝 土配合比 2 不同养护制度试验方案 2 1 不同养护制度混凝土试件的成型 所 有研究 用混凝土试件取 自某工 程第 1 层 实 际施 工刚 浇筑振捣完成的混凝土。为保证t 昆凝土的匀质性 ， 采取在 混凝土浇筑到结构中心时集中取样成型。分别制作标准养 护、 T MC 、 同条件养护与混凝土内部同条件芯样养护 ( 以下 简称芯样养护) 试件。考虑到芯样养护与钻芯样均为圆柱 形试件 ， 为了消除试件尺寸效应对抗压强度产生的影响， 所 有养护制度的抗压试件都采用圆柱形试件 ， 钻芯机的取样 直径为8 0 ram， 其它的圆柱形试件均采用直径 8 0 m m的模具 成 型。 2 2 不同养护制度混凝土试件养护与测试 2 2 1 养护 各组混凝土试件成型后立即放置于相应的养护制度下 进行养护。标准养护试件成型后立即移入标准养护室进行 养护； T MC试件立即放人起始温度与人模温度相同的 自制 施得当， 再生混凝土仍可以获得比较满意的力学性能。但 是， 目前建筑物施工方面 ， 中低标号的混凝土仍然占有较大 份额， 从经济和安全性考虑 ， 再生混凝土代替中低强度混凝 土 ， 推广应用前景会更好些 。 利用废弃混凝土做集料来生产再生混凝土， 对资源循 环利用、 净化环境、 保持混凝土材料的可持续应用具有重要 意 义。 参考文献 1 邢振贤， 周日农再生混凝土的性能研究与开发思路 J 建 筑技术开发 ， 1 9 9 8 ， ( 1 0 ) ： 2 8 3 1 2 2 曹奇 再生混凝土的技术经济分析 J 基建优化， 2 0 0 5 ， ( 6 ) ： 3 3 肖建庄 ， 杨洁 上 海市废 弃混凝 土来 源与 回收前景 J 粉 煤 灰 ， 2 0 0 6， ( 3 ) ： 4 1 4 3 4 陈家珑 关于我国建设用骨料的再思考 r J 混凝土世界， 2 0 1 0， ( 1 ) ： 1 8 2 1 5 张亚梅 ， 秦红根 ， 等 再生混凝 土 合 比设 计初探 J 混凝 土 与水泥制品 ， 2 0 0 2 ， ( 1 ) 6 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 ， ( 6 ) ： 3 0 3 2 收稿 日期 】 2 0 1 00 93 0 作者简介 邢振贤( 1 9 5 8 ) ， 男， 河北高邑人， 教授， 从事高 性能生态混凝土研究。