再生混凝土资源化利用及力学性能浅析.pdf

安徽建筑 2 0 1 5年第 3期( 总 2 0 3期 J DOI ： 1 0 1 6 3 3 0 j c n k i 1 0 0 7 - 7 3 5 9 2 0 1 5 0 3 0 8 0 再生混凝土资源化利用及力学性能浅析 Br i e f An a l y s i s f o r Re s o u r c e Ut i l i z a t i o n a n d Me c h a n i c a l Pr o p e r t i e s o f R AC 祖 宁 ( 西 安 高 科 国 际 社区 建 设 开 发 有限 公司， 陕 西 西 安 7 1 0 1 1 7 ) 摘 要 ： R A C技术不仅可以实现对废弃混凝土的有效再利用，而且 能够极大的节约土地资源、 改善生态环境、 解决环保等问题， 对实现建 筑资源环境可持续发展有重要酌社会意义。 同时从 R A c的强度、 耐久 性、 构件 结构受 力性 能等方面进行 了分析 ， 从 而为 RAC的进一步研 究提 供 了必要条件 。 关键词 ： 再生混凝土； 资源化利用； 力学性能 中图分类号 T U 5 2 8 1 文献标识码： B 文章编号 ： 1 0 0 7 - 7 3 5 9 ( 2 0 1 5 ) 0 3 - 0 1 7 7 0 2 0 前言 再生骨料混凝 - E l l ( R e c y c l e d A g g r e g a t e C o n c r e t e ， R A C) 简称 再生混凝J z ( R e c y c l e d C o n c r e t e ) ， 是将废弃混凝土块经过破碎、 清洗、分级后 ，按一定比例与级配混合形成再生混凝土骨料 ( R e c y c l e d C o n c r e t e A g g r e g a t e ， R C A) ， 部分或全部代替砂石等天 然骨料( 主要是粗骨料 ) 配制而成的新的混凝土。R A C技术不 仅可以实现对废弃混凝土的有效再利用， 而且能够极大的节约 土地资源、 改善生态环境 、 解决环保问题。所以， R A C的制备技 术是解决废弃混凝土资源化利用问题的行之有效的方法， 其研 究成果对于实现建筑资源环境可持续发展有重要的社会意义。 我国建筑垃圾每年以数亿吨的数量增长 ， 已经占到城市垃 圾 总量 的 3 0 4 0 ， 其中 5 0 一6 0 为废弃混凝 土。然而 ， 我 国对建筑废料的利用率极低， 绝大多数未经任何处理便被填埋 或露天堆放 ， 这种方式不仅占用大量耕地： 耗费大量清运经费， 而且造成严重的资源浪费和环境污染。 1 资源化 利用现状 1 1国外发展现状 2 0世纪中期， 欧、 美 、 日等发达国家和地区便开始了 R A C 的研究和开发利用工作。 欧洲各国对利用再生骨料制备混凝土 较早就制定了相关规范， 并对建筑废料的回收利用率做出了要 求。 美国 混凝土骨料标准 明文鼓励使用再生骨料。日本政府 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 ， 随 后相继建立了处理建筑垃圾的再生利用工厂 ， 生产再生水泥和 再生骨料。目前， 日本对建筑垃圾的再生利用率已达到 7 0 左 右 ， 废 弃混凝土利用率更 高。 1 2国 内现状 近年来， 我国政府对建筑垃圾的循环再利用高度重视。政 府中长期发展战略鼓励废弃物的开发利用。住建部将“ 建筑废 渣综合利用” 列人科技成果重点推广项目， 同时， 利用城市垃圾 生产建材等资源优化处理技术与成套设备也被放到优先发展 的项 目中。在科研方面， 诸多研究机构已经开展了再生混凝土 的研究 ， 并在骨料 的结构特性 、 水分迁 移特性及 界面过渡 区的 微观结构的研究方面， 取得了一定成果。 作者简介： 祖宁( 1 9 8 0 一 ) 。 男， 山东临沂人 ， 毕业于西安建筑科技大学， 硕士 ， 工程师。 根据对砌体及钢筋混凝土结构建筑施工过程中材料损耗 的粗略统计 ， 在每万平方米建筑的施工中， 会产生 5 0 0 t 6 0 0 t 的 建筑废渣。 大量的建筑垃圾随之带来一系列 自然资源 、 能源、 环 境保护及可持续发展的问题。为符合发展循环经济的战略要 求， 实现混凝土产业的可持续发展， 在建筑工程中使用再生混 凝土势在必行。 2 R AC力学性能研究现状 2 。 1 R A C强度国内外研究现状 在再生骨料性能的研究方面 ， 试验研究表明： 再生骨料与 天然骨料相比， 具有压碎值指标高、 孔隙率大 、 密度小、 吸水性 增强、 粘结能力弱、 骨料强度较低等特点。 在力学性能的研究方 面， 试验研究表明： R A C抗压强度平均低于普通混凝土 1 5 左 右， 经过分析总结出强度较低的最主要原因， 就是基体混凝土 中的天然骨料与原砂浆之间以及新砂浆交界处都存在薄弱过 渡 区 。 国内学者在 R A C力学性能方面也做了大量的研究 ，研究 结果表明： R A C抗压强度比普通混凝土低 9 一 1 2 。抗拉强度 低 7 左右。在弹性模量方面， 试验研究表明： R A C弹性模量随 着取代率的增加而降低 ，水灰比是影响 R A C弹性模量的重要 因素，当水灰比从 0 8降至 0 4时， R A C抗压弹性模量增加了 3 3 7 。R A C强度等级越高 ， 相应的抗压强度与普通混凝土相 比下降越快； 随着再生粗骨料取代率的提高与粉煤灰掺量的增 加 ， 高强度 R A C的早期强度和后期强度都大幅下降， 其强度的 大小与水灰比、 高效减水剂等外加剂掺量都应根据基体骨料强 度试配决定 ， 而合理的选择基体材料和外加剂等掺量以及对骨 料进行预处理则可以配制出超过 5 0 MP a 的 R A C 。 2 2 R A C耐久性的国内外研究现状 对 R A C耐久性的研究 ， 主要是对其抗冻性 、 抗渗性、 抗裂 性、 抗硫酸盐侵蚀性和抗碳化能力以及混凝土徐变等方面的试 验研究17 - 9 1 。在抗冻性研究方面 ， 一些学者研究了再生骨料完全 替代天然骨料时， R A C抗冻融性明显低于普通混凝土。研究表 明： 替代率为 1 0 0 时 R A C耐久性系数超过 9 5 。在抗渗性研 究方面， 试验研究表明： R A C抗渗性能低于普通混凝土， 且随着 取代率增加抗渗性降低。在抗裂性研究方面， 屈志中等研究结 果表明： R A C最大延长率要比普通混凝土增加约 2 7 7 。 另外， 对于徐变的研究，一些学者认为 R A C徐变要比普通混凝士高 3 0 6 o ， 且取代率越大 ， 徐变越大， 而通过增加再生骨料弹 性模量和减小水灰比的方法， 可减少其徐变。R A C抗硫酸盐侵 蚀性和抗碳化能力的研究结果表明： 其抗硫酸盐侵蚀低于相同 水灰比的普通混凝土，而 R A C抗碳化能力目前仍没有可信的 研究成果。 、 2 3 R A C构件 结构受力性能的国内外研究现状 2 3 1 R A C梁国内外研究现状 对于 R A C 梁的研究，国内外研究者主要集中在梁的抗弯 和抗剪性能的研究， 并取得了一定的成果。 在 R A C梁抗弯性能 ( 下转 第 1 7 9页) I I _- _一 = - _ 建 筑 材 料 安 徽 建 筑 _ 安徽建筑 2 0 1 5年第 3期 总 2 0 3期 ) 化放热的多少和速度取决于水泥的物理、 化学性能和掺入粉煤 灰的量 ， 譬如若按重量计用粉煤灰取代 3 0 的水泥时， 可使因 水化热导致的绝热温升降低 1 5 左右。 温度升高时水泥水化速 率会显著加快 ， 研究表面： 与 2 0 C相比， 3 0 时硅酸盐水泥的 水化速率要加快 1 倍。一些大体积混凝土结构， 由于设计强度 等级提高， 所用水泥的强度也随之提高， 单位水泥用量的增大， 加之现在的水泥越磨越细， 施工现场养护不足 ， 这些不利因素 的叠加， 致使混凝土硬化过程中温升明显加剧 ， 是导致很多混 凝土结构在施工期间拆除模板就发现大量裂缝的原因。 粉煤灰 混凝土可降低水泥的水化热 ，减少构件由于温度而造成的裂 缝 。 3 5掺粉煤灰可改善混凝土的耐久性 在混凝土中掺粉煤灰对其冻融耐久性有很大影响。 当掺用 质量较好的粉煤灰同时可以适当降低水胶比， 可以收到改善抗 冻性的效果， 但是当粉煤灰质量较差 、 颗粒较多、 含碳量高对混 凝土抗冻融性有不利影响， 随着掺量的增加 ， 其抗冻融耐久性 降低 。 4结语 由于混凝土技术的进展， 使混凝土可以在比较低的水胶比 条件下制备，这就使粉煤灰在混凝土中的作用出现显著的变 化。而近些年来水泥活性增大、 混凝土设计等级提高促使水泥 用量增大 ， 以及构件断面尺寸加大 ， 在混凝土体温度上升的前 提下， 进一步促进了粉煤灰在混凝土中作用的发挥， 以至可以 说： 粉煤灰在许多情况下可以起到水泥所起不到的作用， 成为 优质混凝土必不可少的组分之一。 我国的水泥产量多年来居世界首位， 占 1 3以上。同时我 国粉煤灰的年排量也是居世界首位。 过去在混凝土里掺用粉煤 灰， 是为了节约水泥、 降低工程材料费用， 今天对混凝土掺用粉 煤灰的认识， 应该提高到保护环境 、 保护资源， 使混凝土材料可 长久地持续应用于基础设施建设中的高度上来认识。 因此大量 推广粉煤灰混凝在我国土木建筑工程中的应用， 是一件于国 于民有显著效益的事业， 必定有强大的生命力， 有广阔的发展 前景。 参考文献 【 l 】 G B T S 0 0 8 1 2 0 0 2 ， 普通混凝土力学性能试验方法标准【 s 】 北京： 中 国建筑工业 出版社 ，2 0 0 2 【 2 】 G B ， r 5 0 0 8 o _ 2 o o 2 ， 普通混 凝土拌合物性 能试 验方法标准 s 1 北京 ： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 2 【 3 】 G B T1 5 9 6 2 0 0 5 ， 用于水 泥和混 凝土 中的粉煤 灰【 S 】 北京 ： 中 国标 准出版社， 2 0 0 5 4 】 J I S A 6 2 0 1 1 9 9 9 ， 混凝土用粉煤灰【 S 】 北京 ： 中国标准出版社， 1 9 9 9 ( 上接 第 1 7 7页) 的研究方面， 研究结果表明， R A C梁与普通混凝土梁基本相同， 但 R A C梁有较大的挠度和裂缝宽度， 开裂弯矩较低， 且服从平 截面假定。 在抗剪强度的研究方面， 对不同配筋率、 剪跨比和配 箍率的 R A C梁进行了抗剪试验， 结果表明： R A C梁抗剪设计不 能沿用普通混凝土的设计方法。对取代率为 5 0 的 R A C梁抗 剪性能进行了研究 ， 对比分析表明： R A C梁抗剪承载力和斜裂 缝分布同样受配箍间距的影响较大。 通过对比再生混凝土梁和 普通混凝土梁的挠度发现， 在正常使用情况下， 再生混凝土梁 要 比普通混凝土粱大 1 0 2 5 ，在极限状 态下要 大 3 0 5 0 ， 对于 R A C粱受剪切破坏的试验研究指出， 取代率越大 的梁抗剪承载力越低。 2 3 2 R A C柱国内外研究现状 对 R A C柱的研究国外鲜见报道， 部分学者对钢管 R A C柱 的受力性能进行了试验研究 ，研究了不同偏心距下的 R A C柱 的受压破坏特征 ， 分析结果表明： 随着加载偏心距的增大， R A C 柱有明显的轴心受压破坏、 大小偏压破坏 、 界限压弯破坏的破 坏特征，而 R A C取代率对破坏形态的影响不大。进行了 R A C 短柱轴心受压试验， 结果表明： R A C柱与普通混凝土柱具有相 似的破坏机理。对不同配筋率 ， 剪跨 比为 1 7 5 、 取代率分别为 5 0 和 1 0 0 的4根短柱进行了抗震性能试验， 结果表明： R A C 柱的承载力随着再生粗骨料的增加而逐渐降低。 研究了不同掺 量下 R A C大偏压长柱的变形和承载能力 ， R A C柱变形能力较 普通混凝土柱大， 而随着取代率增加， 承载力却无规律下降。 2 3 3 R A C梁 一柱节点国内外研究现状 国外学者对于全取代率下的节点进行了抗震性能试验， 并 研究了 R AC中掺加粉煤灰对节点性能的影响，指出粉煤灰对 于改善节点抗震性能有较好的作用。 国内学者则完成了不同取 代率的 R A C框架边节点的抗震性能试验研究， 研究结果表明： R A C节点的抗震性能仍满足抗震设防要求。对钢筋与 R A C之 间的粘结锚固以及梁柱节点受力性能进行了研究 ， 相比普通混 凝土节点， R A C节点在相同设计参数的情况下， 在低周反复荷 载作用下的耗能能力要比普通混凝土节点稍有降低。 3 结论 国内外学者对 R A C的研究 ，主要是针对不同取代率下 R A C的基本力学性能 、 耐久性 以及结构的性能进行研 究 ， 但 是 对于 R A C的性能改善仅仅从基本力学角度进行了探索性的初 步试验研究 ， 研究仍套用普通混凝土的相关规范， 较少考虑现 行规范对 R A C以及性能改善后 R A C的适用性。此外。 从节约 资源、 改变粗放型生产方式的角度考虑， 变废为宝 ， 利用建筑垃 圾制备可应用于建筑、 道路等设施的混凝土， 是改善城市建设 环境、 发展低碳和循环经济的一个有效途径， 有利于我国经济 建设可持续发展，其研究成果具有重要的理论意义和社会效 益 。 参考文献 【 l 】 肖建庄 再生混凝土【 M 】 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 8 【 2 】 李维红 浅析 2 1 世纪建筑材料的再生循环与利用和可持续发展【 J 1 大连大 学学报 。 2 0 0 0 ( 4 ) 【 3 】 李佳彬 再生混凝土基本力学性能研究【 D 】 上海： 同济大学， 2 0 0 5 4 】 兰 阳 再生混凝土梁受力性 能研究【 D 】 上海： 同济大学 ，2 0 0 5 5 】 周静海 ， 杨永生， 等 再生混凝土柱轴心受压承载力研究【J l_ 沈阳建 筑大学学报( 自然科学版 ) ， 2 0 0 8 ( 4) 【6 】 尹海鹏， 曹万林， 等 不同配筋率的再生混凝土柱抗震性能试验研 究 震灾防御技术， 2 O L O ( 1 ) 【 7 】 吴波， 刘伟， 等 再生混合钢筋混凝土短柱的轴压性能试验【 J 1 工程 抗震与加 固改造 。 2 0 1 0 ( 3 ) 8 】 杨有福 钢管再生混凝土构件受力机理研究f J 1 工业建筑 ， 2 0 0 7 ( 1 2 ) 9 】 孙跃东 再生 混凝土框架 抗震 性 能试 验研究 【 D 】 上 海 ： 同济大学 ， 2 0 0 6 _ I _ I 盎 l 建 筑 材 料 安 徽 建 筑 固