资源利用型混凝土性能研究及应用效益分析.pdf

2 0 1 2年 第 7 期 (总 第 2 7 3 期 ) N u mb e r 7 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 3 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEoRETI CAL RES E ARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 7 0 0 6 资源利用型混凝土性能研究及应用效益分析 於林锋。王琼，李阳 ( 上海市建筑科学研究院 ( 集团)有限公司，上海 2 0 0 0 3 2 ) 摘要： 基于级配理论以石屑、 淤砂为主要原料配制复合砂， 将其作为细骨料制备资源利用型混凝土 ， 对混凝土的性能进行了系统研究 并分析了其应用效益。 结果表明： 复合砂资源利用型混凝土性能良好， 可达到与普通混凝土相当的水平， 部分指标甚至优于普通混凝土， 且具有明显的经济和社会效益， 值得大力推广。 关键词 ： 资源利用 ；石屑 ；淤砂 ；复合砂 ；性能 ；效益 中图分类号 ： T U5 2 8 叭 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 7 0 0 1 9 0 2 P r o p e r t ie s r e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n - b e n e f i t a n a l y s i s o f r e s o u r c e r e u s e d c o n c r e t e Y UL i n - f e n g ， WAN GQ i o n g ， L I Y a n g ( S h a n g h a i Re s e a r c hI n s t it u t e o f B u i l d in gS c i e n c e s ( G r o u p ) C o ， L t d ， S h a n g h a i 2 0 0 0 3 2 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Ba s e d o n g r a d a t i o n t h e o r y， p r e p are c o mp o s i t e s a n d ma i n l y wi th c r u s h e d s t o ne d u s t a n d s i l t T he n u s e i t a s fin e a g g r e g a t e t o p r e pare r e s o u r c e r e us e d c o n c r e te， r e s e arc h it s p r o p e r t i e s a n d an a l y z e i t s a p p l i c a t i o n be n e fit s Re s u l t s s h o w t h a t ： Th e p r o p e i e s o f r e s o u r c e r e u s e d c o n c r e t e are n e arl ythe s a mewi th n o r ma l c o n c r e t e ， s o mei n d e x e s a r e e v e nb e ae rt h a nno rm a l c o n c r e t e Al s o， i t i s aki n do f t e c h n o l og yn e e d e dt ob ewi d e l yp o p u l a r i z e d， wh i c h ha s o b v i o us e c o n o m i c an d s o c i a l b e n e fi t s Ke y wor ds ： r e s o urc e r e u s e d； c ras h e d s t o n e d us t ； s i l t ； c o mp o s i t e s and； p r o p e i e s ； b e n e fit 0 引言 近年来， 随着我国城市化推进速度的不断加快 ， 基础建设 的数量与规模也不断增大 ， 天然资源被大量消耗 ， 由此引发的 资源“ 供需” 不平衡问题 日益严重， 特别是天然砂资源。 针对这 一 现状 ， 结合国家“ 资源综合利用 、 节能减排” 工作 的开展， 作 者在前 期基 于级配理 论建立 骨料 密实堆积 模型 、 并 运用 线性 规划求解方法得到以石屑和淤砂为主要原料的复合砂配制技 术。 本项目在试验基础上， 用两个品种石屑配制的复合砂为细 骨料， 制备资源利用型混凝土( 废弃物掺量 3 0 ) ， 并研究混 会效益。 1 原材料及 试验 方法 1 1 原材料 水泥： 万安P O4 2 5级水泥； 石子： 5 2 5 m i l l 连续级配碎石； 天然砂： 河道中砂 ， 细度模数 2 9 ； 特细砂 ： 长江河道淤砂， 细度 模数 O 7 ； 石屑 1 ： 细度模数 3 5 ， 石粉含量 4 O ， MB值 1 0 0 ； 石 屑 2 ： 细度模数 3 1 ， 石粉含量 4 9 0 0 ， MB值 1 2 5 ； 减水剂 ： Z K 9 0 4 萘系减水剂和建研缓释型聚羧酸减水剂。 由石屑 1 、 石屑 2 配制的复合砂分别编号为 F HS 1 、 F HS 2 ， 凝土的新拌、 力学 、 收缩及耐久性能， 分析其应用的经济和社 其组成成分及基本性能如表 1 所示。 表 1 复合砂成分及基本性能 1 2试 验 方 法 本试验主要对复合砂制备的资源利用型混凝土与普通混凝 土的性能进行了测试比较， 混凝土配合比见表 2 o 试验内容及方法 为： 坍落度及损失、 凝结时间等拌合物生能， 参照 G B T5 0 0 8 0 ； 抗压、 抗折、 静压弹模等力学性能， 参照 G B T 5 0 0 8 1 ； 早期 自收缩、 长期干燥收缩等性能， 参照 G B T 5 0 0 8 2 ， 其中早期 自收 缩采用非接触式方法， 干燥收缩采用接触式方法； 抗渗、 抗冻、 碳化、 抗氯离子渗透等耐久性能， 参照 G B T 5 0 0 8 2 ， 其中抗渗性 收稿 日期：2 0 1 2 - 0 1 0 8 基金项目：上海市科委项 目( 1 0 DZ 0 5 1 0 2 0 0 ) 采用逐渐加压法， 抗冻性采用快冻法， 抗氯离子渗透性能采用 电通量法 。 2 资源利用型混凝土性能试验结果与分析 2 1 混凝 土拌 合物 性能 复合砂制备的资源利用型混凝土及普通混凝土的坍落度及 损失、 凝结时间等拌合物性能测试结果如表 3 所示。 结合表 l 、 2 ， 对表 3 进行分析可知： Y 2 、 Y3两组资源利用型混凝土所使用复 1 9 表 2 混凝土配合 比 合砂细骨料中微细粉含量较高， 对外加剂吸附明显， 对其坍落 度及保坍性能不利 ， 但由于这两组混凝土掺加的是缓释型减水 剂， 且掺量相对较高 ， 可产生一次掺加、 缓慢释放的功效， 使得 Y 2 、 Y 3的保坍性能甚至比基准 Y1 略好； Y2 、 Y3的初凝和终凝 时间均略长于基准 Y1 ， 这可能与 Y 2 、 Y3 所使用的缓释型聚羧 酸减水剂有一定关 系。 表 3 混凝土拌合物坍落度及损失测试结果 2 2 混凝 土物理 力 学性 能 复合砂制备的资源利用型混凝土及普通混凝土的抗压强 度、 抗折强度、 静压弹性模量等物理力学性能测试结果如图 1 、 2 所示。 综合分析图 1 、 2可知： 资源利用型混凝土 Y 2 、 Y3的早期 强度( 1 、 7 d ) 略高于基准混凝土 Yl ， 后期强度( 2 8 d ) 则基本与 Y1 相当， 这一方面与其用水量相对略低有关 ， 另一方面与复合 砂良好的级配搭配形成的密实结构有关； 资源利用型混凝土Y2 的2 8 d 抗折强度和静压弹模都略好于基准 Y1 ， 而资源利用型混 凝土 Y3的 2 8 d 抗折强度和静压弹模接近于 Y1 。 总体而言， 利 用复合砂制备的资源利用型混凝土的物理力学性能接近、 甚至 略优于普通混凝土 。 龄期 ， d 图 1 抗压强度随龄期变化曲线图 编号 图 2 抗折强度与静压弹性模量 2 3混凝 土收缩 变形性 能 复合砂制备的资源利用型混凝土及普通混凝土的 9 0 d干燥 收缩、 7 d 早期自收缩等收缩变形性能测试结果如图3 、 4所示。 从图3 可以看出： 普通混凝土 Yl 各龄期的干燥收缩率最大， 资源利用型混凝土 Y 3次之 ， Y2最小。 混凝土干燥收缩率的大 小与其用水量密切相关， Y1 用水量最大因而干燥收缩率最大， 2 0 6 0 0 5 0 0 4 0 0 褂 3 0 0 嫱 2 0 0 1 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 l O 0 龄期 ， d 图 3混凝土干燥收缩率随龄期变化曲线 龄期 ， d 图 4混凝 土自收缩率随龄期变化曲线 Y 2的用水量最小， 其相应的干燥收缩率也最小。 这也间接表明 用复合砂作为细骨料不会给混凝土的干燥收缩带来负面影响。 分析图 4可知： 三组混凝土的早期 自收缩主要发生在混凝 土初凝以后的 3 0 h以内， 3 0 h以后的收缩变形基本趋于稳定， 且普通混凝土 Y1与资源利用型混凝土 Y2的自收缩率相近， 而 Y3的自收缩率最小。 另外， 与长期干燥收缩相比， 三组混凝 土的早期 自收缩是相对比较小的。 2 4混凝 土耐久性 能 复合砂制备的资源利用型混凝土及普通混凝土的抗渗、 抗 冻、 碳化、 抗氯离子渗透等耐久性能测试结果如表4所示。 表 4混凝土耐久性能测试结果 分析表 4可知： 资源利用型混凝土 Y 2 、 Y 3与普通混凝土 Y1的抗水渗透性、 抗冻性均较好， 都超过了 P 8 级、 F I O 0级， 能够 满足普通工程的需求； 资源利用型混凝土 Y2 、 Y 3与普通混凝土 Y1的 2 8 d碳化值十分接近 ， 且都达到了T I 等级； Y2 、 Y3的 2 8 、 5 6 d电通量都略小于基准Y1 ， 即其抗氯离子渗透性能略优于 普通混凝土。 总体而言， 利用复合砂制备的资源利用型混凝土耐 久陛能与普通混凝土基本相当， 且能够满足一般工程实践的需求。 3 资源利用型混凝土的应用效益分析 3 1经 济 效 益 上海建材市场各种原材料当前价格为： 水泥 4 2 0元 t ， $ 9 5 下转第 2 5页 土所产生的环境负荷进行评价比较，表明混凝土对环境的污染 主要来源于资源( A DP ) 、 能源( E D P ) 的消耗以及温室气体( c o： ) 所造成 的温室效应( G WP ) 。 ( 2 ) O P 、 S F A P 、 P A P混凝土的环境综合指数值分别为： 9 9 1 x 1 0 1 2 年、 9 7 8 x 1 0 年、 9 7 9 x 1 0 1 年， 表明 S F A P 、 P A P混凝土环 境性能相当但优于 O P混凝土。 ( 2 ) 综合考虑 O P 、 S F A P、 P A P工艺的施工繁简程度、 模具 生产加工、 物理性能指标、 环境性能指标、 经济性能指标， 表明 S F A P是简便 、 经济、 环保的工艺。 t e r n a t i o n al， 2 0 0 4 ( 3 0 ) ： 7 0 1 7 2 0 【 6 】苏瑛 两种不同材料公路路堤生命周期评价与比较 D 】 江苏： 东南大 学， 2 0 0 5 【 7 】沈卫国， 马威 3 种混凝土浇筑工艺的比较 J 】 _武汉理工大学学报， 2 0 0 7 。 2 9 ( 6 ) ： 4 6 49 8 吴清仁 ， 吴善淦 生态建材与环 M 】 京： 化学工业出版社 ， 2 o o 3 9 】刘江龙材料的环境影响评价【 M 】 E 京： 科学出版社， 2 0 0 2 【 1 0 N E V I L L EFM P r o p e r t i e s o f c o n c r e t e M L o n d o n ： P i t m a nP u b l i s h i n gL i m R e d， 1 9 8 1 参考文献 ： 【 1 1 MI N D E S S S ， Y OU N G J F， D A V I D D C o n c r e t e M N e w J e r s e y ： P e a r s o n f l 】1 E l l i s G a r t n e r ， I n d u s t r i a l l y i n t e r e s t i n g a p p r o a c h e s t o“ l o w - C O 2 c e me n t s J C e me n t C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 04( 3 4 ) ： 1 4 8 9 1 4 9 8 2 】WU Z h o n g w e i Hi g h p e rf o r ma n c e c o n c r e t e E C O c o n c r e t e 【 J C h i n a C o n c r e t e A n d C e m e n t P r o d u c t s ， 2 o o O ( 1 ) ： 3 - 6 【 3 】山本良一环境材料【 M 】 王天民， 译 E 京： 化学工业出版社 ， 1 9 9 7 【 4 MI C H AE L Z H e t a 1 R e c e n t d e v e l o p m e n t s i n l i f e c y c l e a s s e s s me n t J u mal o f E n v i ron me n t a l Ma n a g e me n t ， 2 0 0 9： 1 - 21 【 5 】R E B I T Z E R G， e t a1 L i f e c y c l e a s s e s s me n t P a r t 1 ： f r a me w o r k g o al a n d s c o p e d e f i n i t i o n 、 i n v e n t o r y a n a l y s i s a n d a p p l i c a t i o n s 叨 E n v i ron m e n t I n - 上接第 2 0页 矿粉 3 3 0元 t 、 H级低钙灰 1 0 0 元 t ， 聚羧酸减水剂 8 0 0 0元 t ， 萘系减水剂 2 5 0 0元 t ， 碎石 6 O元 t ， 中砂 6 0 元 t ， 碎屑 3 0元 t ， 淤砂 2 0元 t 。 由此结合表 2中三组混凝土的配合比， 对其经济成本进行 分析可知： 普通混凝土 Y1的原材料成本为 2 4 2元 m3 ； 资源利 用型混凝土 Y2 、 Y 3的骨料成本虽然较低， 比 Y1 分别低了2 4 、 2 2 元 ms ， 但 Y 2 、 Y3为了保证工作性能外加剂成本有所提高 ， 使得其原材料总成本反而比Y1 分别高了 4 、 6 元 mS ；另一方 面， Y 2 、 Y3中固废( 粉煤灰、 石屑、 淤砂) 掺量较高， 分别达到了 3 0 3 、 3 1 3 ， 满足财政部、 国家税务总局 2 0 0 8年发布的免征 增值税政策要求 ， 每方混凝土可免增值税 1 5元 ， 使得 Y2 、 Y3 的实际成本比Y1 分别低了 1 1 、 9元 m3 。 因此， 由复合砂制备的 资源利用型混凝土具有良好的经济效益。 3 2社会 效益 利用复合砂制备资源利用型混凝土技术若能有效推广 ， 将 会产生非常显著社会效益， 具体表现为： 变石屑、 淤砂等废弃 物为宝， 节约大量天然资源的消耗 ， 减少大量开采引起的环境 破坏 ； 避免石屑、 淤砂等固废的大量堆放 ， 减轻环境污染， 并 节省宝贵土地资源 ； 契合国家“ 循环经济” 政策 ， 提高混凝土 绿色度， 推动行业的可持续发展。 4结论 ( 1 ) 以石屑、 淤砂为主要原料的复合砂用作混凝土细骨料 时， 混凝土拌合物的坍落度及保坍性能有所降低 ， 可采用缓释 型聚羧酸减水剂进行改善 。 ( 2 ) 复合砂制备的资源化利用型混凝土的物理力学性能接 近、 甚至略优于普通混凝土， 耐久性能也与普通混凝土基本相 当， 且不会给早期 自收缩和长期干燥收缩带来不利影响， 可以 Ed u c a t i o n， I n c， 2 0 03 1 2 MI C H A E L E B， S T E F AN I E H I d e n t i f y i n g i mp rov e m e m p o t e n t i a l s i n c e me n t p rod u c t i o n w i t h l i f e c y c l e a s s e s s me n t J E n v i ron S c i T e e h n al， 2 0 1 0 ( 4 4 ) ： 9 1 4 3 9 1 4 9 作者简 介： 联系地址 ： 联系电话 ： 沈卫国( 1 9 7 1 一 ) ， 男， 教授， 博士。 武汉市洪山区珞狮路 1 2 2号 武汉理工大学材料学院 ( 4 3 0 0 7 0 ) 1 5 0 7 2 4 7 04 5 5 满足一般工程实践的需求。 ( 3 ) 复合砂制备的资源化利用型混凝土原材料成本约比普 通混凝土高 5元 m3 ， 但由于满足免税要求， 其实际成本可比普 通混凝土节约 1 0 元 m3 ， 经济效益显著。 ( 4 ) 复合砂资源利用型混凝土技术可节省土地资源、 节 约天然资源消耗 、 减轻环境破坏、 提高混凝土绿色度 ， 社会效 益 明显 。 总体而言，复合砂资源利用型混凝土在技术是可行的， 且 具有比较明显的经济、 社会效益， 是一项值得推广的新技术。 参考文献： 1 】 任静 石屑对混凝土性能的影响 D 】 哈尔滨 ： 哈尔滨工业大学， 2 0 0 9 2 】 陈震华， 姚利君 源拓展 J 】 上海建设科技 ， 2 0 0 1 ( 4 ) ： 4 0 4 1 3 】 李玲玉， 於林锋， 王琼 复合砂混凝土保坍性能的改善技术研究 J 】 粉 煤灰 ， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 2 2 2 4 4 王琼 复合砂配制技术及其性能研究【 J 】 粉煤灰， 2 0 1 l ( 2 ) ： 2 1 2 3 【 5 杨琴琴 石屑混凝土的性能及其环境效益【 D 太原 ： 太原理工大学 ， 2 O1 0 作者简介 ： 联系地 址： 联系电话 ： 於林锋( 1 9 8 4 一 ) ， 男 ， 硕士研究生， 主要从事固体废弃物资 源化利用方 向。 上海闵行区申富路 5 6 8 号( 2 0 0 0 3 2 ) 0 21 5 48 31 4 2 5 2 5