废弃混凝土再生骨料的性能分析.pdf

2 0 1 3 年 第 7期 (总 第 2 8 5 期 ) Nu mb e r 7 i n 2 0 1 3 ( T o t a 1 No 2 8 5 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助 物料 M ATER I AI AND ADM I NI CL E 废弃混凝土再生骨料的性能分析 程玉 ，韩建军 ( 河南工业大学 土木建筑学院，河南 平顶山 4 5 0 0 0 1 ) 摘要： 介绍了废弃混凝土再生骨料是建筑产品高度发展的结果 ， 通过对废弃混凝土的有效处理 ， 解决了建筑垃圾给环境带来 的污染问题 ， 提高了再生混凝土骨料的使用价值， 对利用再生骨料 的企业具有十分重要的借鉴意义。 关键词 ： 再生骨料 ；力学特性 ；耐久性 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 7 0 0 6 5 0 3 Anal ys i s of w as t e c onc r e t e r ec yc l ed aggr egat e per f or m anc e C H E NG Y u ， H ANJ i a n j u n ( S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e ri n ga n dAr c h i t e c t u r e ， He n a nUn i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y， P i n g d i n g s h a n4 5 0 0 0 1 ， Ch i n a ) Abs t r ac t ： I t i n t r o d uc e d t h e r e c yc l e d c o n c r e t e a g g r e g a t e wa s b u i l d i ng t e c h n ol o g y pr o d u c t s h i g hl y d e v e l o pe d p r o d uc t ， t h r o u g h t he e f f e c t i v e t r e a t me nt o f wa s t e c o n c r e t e， s o l ve d t h e e n v i r o n me n t p ol l u t i o n wh i c h c a u s e d by c o n s t r u c t i o n wa s t e， i mp r o v e d t h e u s e of r e c y c l e d c o n c r e t e a g gre g a t e v a l ue， t h e us e o fr e c y c l e d a g gre ga t e s e nt e r pr i s e h a s v e r y i mp or t a n t s i g ni fic a n c e K e y wor d s ： r e c y c l e d a g gre g a t e ； me c h a n i c s c h a r a c t e r i s t i c ； d u r a b i l i ty 0 引言 随着我 国国民经济的迅速发展 ， 城市化建设 的步伐不 断加快 ， 高档 的建筑楼 群逐 步代替陈 旧的建筑 ， 由于受此 因素的影响， 大量的建筑垃圾已成为社会的一大公害， 不但 对环境造成严重的污染 ， 而且还 占用大量的耕地。 为 了解决 这一问题 ， 急需一种工艺 ， 既能减少对环境 的污染 ， 又能对 混凝土废弃物 加以利 用 ， 那就是再生骨料混凝土 ， 通过对 废弃混凝土采用破碎 、 清洗与分级的措施后就形成了再生 混凝土 ， 再生混凝土可部分或全部替代混凝土组成成分 中 的天然骨料。 0 1 再生骨料的概念 通过将废弃混凝土破碎 、 分 级并按照一定的比例进行 混合而形成的骨料被称为再生骨料或再生混凝 土骨料 。 采 取某种工艺对部分或全部再生骨料加 以利用 而形 成的混 凝土 ， 称为再 生骨料混凝土 ， 简称再生混凝土。 从再生混凝 土方面来说 ， 其用来生产再生骨料 的原始混凝 土通常称为 基体混凝土 ， 也可称为原生混凝 土。 从广义方面来说 ， 通过 对再 生混凝土骨料采取特殊处理及破碎 的方 法后 进行分 级 ， 按照一定 的混合 比例来配制满足不 同性能 和使用要求 的混凝土骨料 。 0 2国外发展概 况 荷兰是世界上最早开展再生混凝 土研 究和应用 的国 家之一 。 早在 2 0 世纪 8 0 年代 ， 荷兰根据本国的实际情况 ， 制定了利用再生混凝土骨料进行制备素混凝土 、 钢筋混凝 收稿 日期：2 0 1 3 - 0 1 1 6 土和预应力钢筋混凝土的使用规范 ， 不但对利用再生骨料 生产再生混凝土骨料提 出了明确的技术要求 ， 而且还提 出 再生骨料在骨料 中的含量 ( 质量 ) 不应超过 2 0 ， 混凝土可 采用普通天然骨料混凝土的设计和制备方法进行配制。 据统计 ， 目前 E t 本在利用建筑废弃物方面的技术处于 世界领先地位 ， 对废弃物的利用率已达到 5 0 。 日本水泥协 会经过技术研究 ， 使再生混凝土的寿命能达到与普通混凝 土大体相 同。 采用这种新技术不但解决 了混凝土用碎石做 骨架的难 题 ， 而且 只采用水 泥成分做材料就 可以了 ， 当利 用混凝土再生技术时， 可用来全部制造水泥或混凝土即可。 0 3 国 内发展概 况 随着人类社会的高度发展 ， 环境成为人类生活面临的 重要问题 ， 如何有效解决建筑垃圾再循环利用 的课题是每 届政府的关键环节 ， 例如建设部早 在 1 9 9 7 年就提出将 “ 建 筑废渣综合利用 ” 列入科技成果重点推广项 目。 随之各有 关部门相继对出台相关措施 ， 给予资金与政策支持， 支持 建筑企业综合利用建筑垃圾减少对环境 的污染及生产新 型建材。 同时 ， 政府鼓励利用城市建筑垃圾来生产建材等进 行资源优化处理技术处理与成套设备被放到优先发展 的 项 目之 中。 1 再 生混凝 土性 能研 究 1 1 再生骨料的性能 ( 1 ) 堆积密度和表观密度 。 再生混凝 土骨料 由于来 源 65 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 于母体混凝土 ， 在其表面存有一定数量 的水泥砂浆 ， 表面 一 般 比较粗糙 ， 且存在棱角 ， 因此其水泥砂浆 的孔隙率大 、 吸水率较高 ， 再加上混凝土在解 体 、 破 碎时会造成再生骨 料 内部大量 的裂纹出现 ， 最终导致再生骨料的堆积密度和 表观密度比普通混凝土骨料低、 吸水率高等。 由此可知， 其 再生混凝 土骨料的堆积密度 、 表观密度及吸水率 主要与母 体混凝土的轻度等级 、 配合 比、 使用时间等因素有重要的关 系。 再生骨料的堆积密度和表观密度测试结果如表 1 所示 。 表 1 天然及再生骨料的密度 ( 2 ) 压碎指标 。 再生骨料 的压碎指标 是表示 再生骨料 强度的一个重要参数。 再生粗骨料 由于受其本身的特性 的 影响 ， 导致再生骨料 的压碎指标高于天然骨料 的压碎指标 。 再生骨料 的特性跟母体混凝土有 关 ， 因此 ， 其强度和加工 破碎方法与压碎指标具有密切的关 系。 母体混凝土强度越 高 ，混凝土再生骨料的压碎指标也就越高。 水泥浆体和砂 浆在加工过程中脱落的越多， 导致其压碎指标也就越小 。 ( 3 ) 吸水率 。 再生骨料 中的水泥砂浆含量及机械破碎造 成损伤程度对再生骨料的吸水率有很大的影响， 当其含量 越高 、 内部 的微裂纹越多 ， 则再生骨料的孔隙率高 、 吸水性 大。 同时 ， 母体材料强度 、 组成及气候条件在一定 的程度上 对吸水率也有影 响。 日本工业协会对再生细、 粗骨料经过多 次的试验论证了其在 吸水率上存在很大的差异， 如表 2 、 3 所 示。 由此可知 ， 再生细骨料 比再生粗骨料的吸水率高。 表 2天然粗骨料与再生粗骨料的吸水率 根据表 2 、 3可知 ， 再生骨料 的吸水率较大和表面具有 独特的性能 ， 造成再生混凝土的水分随着时间变化不断进 行减少 ， 最终导致混凝土不能凝结硬化 ， 进而对混凝土 的 质量造成很大的影响。 因此 ， 在试验和实际应用上解决再生 骨料 的吸水率 问题是必要的。 目前 ， 我 国主要采用以下两种方法 ： 其一 ：通过增加附加水法对再生混凝土进行拌制 ， 天 然骨料混凝土 的配合 比设 计的理论用水量一般 比再生骨 料 的用水量少大约 5 。 其二 ： 通过减小再生骨料吸水率及再生骨料 中水泥浆 的含量 ， 能有效改善再生骨料 自身的质量 特性 ， 减少其 吸 水率； 使用高效减水剂或塑化剂最终达到减小再生骨料吸 水率的 目的。 6 6 由于 自由水灰 比以上 的配合 比设 计能避免受吸水率 和再生骨料表面性质的影响 ， 因此 ， 在普通混凝土和其他 方面 的混凝土上应用较为广泛 。 自由水灰 比的性能主要根 据混凝 土的强度 、 和易性确定 ， 不 同性能的再生混凝 土骨 料， 其所需吸水率是不同的， 采用这种混凝土配合比设计 方法优化了再生骨料 的配制 ， 为混凝土配合 比制定了一个 统一 的技术标准。 1 2 物理力学特性 根据我国对再生混凝土主要力学性能方面的研究 ， 主 要表现在对不同再 生骨料掺量 的再生混凝土的抗压强度 和弹性模量两个方 面。 在再 生粗 骨料掺量相 同的条件下 ， 再生混凝土与原生强度在 不同水灰 比及不 同强度等级 的 变化时不同的如表 4 所示。 由此可知， 再生混凝土设计强度 等级小于等于 c 3 o 时效果较好 ； 当水灰 比处在 0 5 5以下 ， 再 生混凝 土强度 设计 值一 般要 比原生 的强 度大 约下 降 2 1 2 5 0 左右 。 如果再加入适量的外加剂 ，则其强度会 有略微的增加。 表 4 再生混凝土和原生混凝土的抗压强度比较 对再生混凝土强度 的研究结论 ， 可通过三种不同的试 验结果进行说明 ： ( 1 ) 伴随再生骨料掺量 的不 断增 加 ， 其混凝土强度 随 之降低 ， 降低 幅度范围为 0 3 0 。 ( 2 ) 随着废弃混凝土再生骨料的掺量不断的进行增加 ， 其混凝土强度也随之增加， 但强度增加 的幅度无 明显规律 。 ( 3 ) 再生骨料在一定 的掺量 下 ， 再生混凝土与基准混 凝土强度相差不大。 目前对再生混凝土的抗拉强度 、 黏结强度 的试验研究 欠缺。 通过试验证明 ： 再生混凝土的弹性模量通常会 随着再 生骨料掺量的不断增加而降低 ， 降低幅度在 2 0 左右。 总之 ， 目前在对再生混凝土强度的影响因素和机理的研究方 面 还不完善 。 1 3耐 久 性 ( 1 ) 混凝土的抗渗性主要反映的是混凝 土抵抗压力水 渗透 的能力 。 它是混凝土耐久性的一项重要指标 。 再生骨 料的掺入会降低了混凝土耐久性指数， 再生混凝土的耐久 性指数也会随着养护龄期增加而不断增加 ， ( 2 ) 再生混凝土 的抗硫酸盐和酸侵蚀性 。 由于再生混 凝土的孔隙率及渗透性较高的性能， 决定了其抗硫酸盐和 酸侵蚀性 比普通混凝土稍差。 为 了研究硫酸盐和酸侵蚀后 对混凝土的影响程度 ， 采用养护 2 8 d的标准棱柱体试样浸 入水 中 7 5 的硫 酸镁 、 7 5的硫酸钠和 p H值为 2的硫酸 中 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 进行试验 。 图 1 、 2是在不同条件下 的质量损失 率 。 由此可 以看 出再生骨料混凝土 的耐久 性放在硫酸盐和酸性 中与 高孔隙和渗透率的天然骨料的耐久性相差不大。 当加入 1 0 的粉煤灰后再生骨料混凝土的耐久性就有 了提高。 NAC RAC NACl RACl 图 1 不同混合料在 S O 溶液中的失重百分比 A RA A l KA l 图 2 不同混合料在硫酸盐溶液中的失重百分比 ( 3 ) 耐磨性 。 由于再 生集料 中含有 大量 的水 泥砂浆 ， 而水泥砂浆的耐磨性较差 ， 导致了再生混凝土的耐磨性 较差 。 ( 4 ) 体积稳定性 。 体积稳定性不 良的直接后果就 是引 发裂缝 ， 再生混凝土 的干燥收缩跟 同配合 比的天然骨料配 制 的混凝土相 比有较大幅度 的增加 ， 主要原 因是 ： 再 生骨 料 吸水率较大 、 刚度小且抵抗变形的能力差引起 的。 上接第 6 4页 ( 3 ) 再生混凝土取代率对橡胶混凝土 的抗压强度影 响 比较明显， 且有随着再生混凝土取代率增加而强度下降的 趋势。 ( 4 ) 经验算文献 1 0 中的统计公式基本适用于橡胶再 生混凝 土 ， 在此 基础上本文通过对试验数据 的统计 回归 ， 给出了橡胶再 生混凝 土立方体抗压强度与劈裂抗拉强度 之 间关 系的推荐 公式 ( 2 ) ， 为橡胶再生 混凝土的研究提供 参考 参考文献： 1 】刘长 中国轮胎资源循环利用行业发展及政策导向 橡胶技术 与装备， 2 0 0 8 ， 3 4 ( 3 ) ： 5 - 1 5 2 】T OU T AN J I H AT h e u s e o f r u b b e r t i r e p a r t i c l e i n c o n c r e t e t o r e p l a c e mi n e r a l a g g r e g a t e s J 】 C e me n t a n d C o n c r e t e C o mp o s i t e s， 1 9 9 6 ， 1 8 ( 2 ) ： 1 3 5 1 3 9 3 】B E NA Z Z O UK A， ME Z RE B K， D OYE N GE f f c t t O r o b b e r a g g r e g a t e s o f p h y s i c o me c h a n i c a l b e h a v i o u r o f c e me n t - rub b e r c o mp o s i t e s - i n fl u e n c e o f t h e a l v e o l a r t e x t u r e o f rub b e r a g g r e g a t e s 叽C e m e n t & C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 3 ( 2 5 ) ： 7 1 1 - 7 2 0 ( 5 ) 界面结构特征和改善措施 。 天然骨料和新 、 老砂浆 都会影响再生混凝土骨料的各项 力学性 能 ， 一方 面 ， 再 生 粗集料主要被已硬化的“ 老” 水泥浆 ( 砂浆 ) 所包裹 ， 有利于 提高界面的黏结强 度 ； 从 另一方 面来说 ， 由于此界 面过 渡 区( I T Z ) 的晶体及 孑 L 隙等仍大于水泥浆 本体 ， 再加上定 向 排列晶体 的结构， 会影响再生混凝土的界面结构 。 目前主要从掺入活性矿物掺合料、 改善集料表面状态 两个方面改善再生混凝土界面过渡区结构。 2结束语 综上所述 ， 再生混凝土应用技术在 国内外得 到十分广 泛 的应用 ， 通过对再生骨料 的表观密度和堆积密度 、 物理 力学性能及耐久性 的论述 ， 再生骨料将不断地向新 的技术 方向发展 ， 提高再生骨料的使用性能 ， 有 利于缓解 了天 然 骨料 的供求矛盾 ， 对利用再生骨料的企业具有十分重要的 参考价值。 参考文献 ： 1 肖建庄， 孙振平， 李佳彬废弃混凝土破碎及再生工艺研究 建 筑技术， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 1 4 1 1 4 4 2 王智威 高品质再生骨料的生产工艺【 J I 混凝土， 2 0 0 6 ( 9 ) ： 4 8 5 1 3 】 李旭平 废弃混凝土再生利用研究 c 】 丽水学院建筑工程系研究 报告 。 2 0 0 7 作者简介 联 系地址 联系电话： 程玉 ( 1 9 7 7 一 ) ， 女， 硕士 ， 讲师 ， 主要研究方向： 土木工 程专业的教学和科研工作。 河南省郑州市高新技术开发区莲花街 河南工业 大学土 木建筑学院 ( 4 5 0 0 0 1 ) 1 5 2 2 51 8 0 51 9 4 】王占锋 ， 王社良， 翁光远 不同粗骨料取代率再生混凝土力学性 能试验研究 J J 郑州大学学报 ： 工学版 ， 2 0 1 2 ( 4 ) ： 3 2 3 5 5 】亢景付 ， 任海波 ， 张平祖 橡胶混凝土的抗裂性能和弯曲变形性 能l J l _ 复合材料学报， 2 0 0 6 ， 2 3 ( 6 ) ： 1 5 8 1 6 2 6 】肖建庄， 李佳彬， 孙振平， 郝眩明再生混凝土的抗压强度研究J 】 同济大学学报： 自然科学版， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 1 2 ) ： 1 5 5 8 1 5 6 1 7 】 R AVI NDR AR AJ AH R， T AM C T Re c y c l e d c o n c r e t e a s fi n e a n d c o a r s e a g gre g a t e i n c o n c r e t e J J Ma g a z i n e o f C o n c r e t e Re s e a r c h ， 1 9 8 7 ， 3 9 ( 1 4 1 ) ： 2 1 4 2 2 0 8 I8 刘日鑫， 侯文顺， 徐永红， 等废橡胶颗粒对混凝土力学性能的 影响 J 1 建筑材料学报 ， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 3 4 1 3 4 4 9 】G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ， 普通混凝土力学性能试验方法标准 5 】 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 2 1 0 】 王传志， 滕智明 冈 筋混凝土结构理论 M 】 E 京： 中国建筑工业 出版社 ， 1 9 8 5 作者简介 ： 联系地址 ： 联 系电话： 张卫东( 1 9 8 1 一 ) ， 男 ， 讲师， 硕士 ， 主要从事再生混凝土 研究。 江苏省淮安市北京北路 8 9号 淮阳工学院建筑工程学 院( 2 2 3 0 0 1 ) l 3 5 05 2 41 8 96 6 7 5 4 3 2 1 0 女 、 羞 陋 嗍 4 3 2 1 O 筮 旦删 水 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m