再生骨料混凝土及性能的研究

第33卷第3期2016年6月吉林建筑大学学报Journal of Jilin Jianzhu University Vol．33No．3Jun．2016收稿日期:2015－08－08．基金项目:吉林省科技发展计划重大攻关项目(20130204009SF ;20150203014SF )．作者简介:肖力光(1962 )，男，吉林省长春市人，教授，博士．再生骨料混凝土及性能的研究肖力光1张雪1王思宇2(1:吉林建筑大学材料科学与工程学院，长春130118;2:亚泰集团长春建材有限公司，长春130000)摘要:本文综述了再生骨料混凝土的国内外发展现状，重点介绍了再生骨料混凝土的工作性、力学性能和耐久性，合理取代率的再生混凝土完全可以替代原生混凝土在建设领域的应用，再生混凝土既解决了建筑垃圾的处理问题，又保护了环境，节省了天然骨料资源，是一种应该大力推广应用的绿色建筑材料．关键词:再生粗骨料;再生粗骨料混凝土;工作性;力学性能;耐久性中图分类号:TU 5文献标志码:A 文章编号:2095－8919(2016)03－0027－04Recycled Aggregate Concrete and its Performance StudyXIAO Li －guang，ZHANG Xue，WANG Si －yu(1:School of Materials Science and Engineering，Jilin Jianzhu University，Changchun，China 130118;2:Cahgnchun Building Materiars Co．，LTD，of Yatai Group，Changchun，China 130000)Abstract:The domestic and foreign development present situation of recycled aggregate concrete is reviewed in this essay，introduced the work ability，mechanical properties and durability of recycled aggregate concrete，the reasona-ble replacement ratio of recycled concrete can completely replace the original concrete application in the field of construction，the recycled concrete not only can solve the problem of construction waste processing，and protect the environment，save the natural aggregate resources，is a kind of application should vigorously promote green building materials．Keywords:recycled coarse aggregate;recycled coarse aggregate concrete;work ability;mechanical properties;dura-bility0引言随着我国建筑业快速发展，同时产生了大量的建筑垃圾，环境污染问题也随之加重，而建筑垃圾中重要组成部分为废弃混凝土，因此，废弃混凝土的有效再利用是建筑垃圾治理中极其重要的一部分，是发展绿色建筑的重要途径之一［1］，可解决普通混凝土制备过程中的产生的自然资源、能源、环境及相关社会问题，缓解骨料供求紧张的压力，是环境保护和可持续发展战略的重要举措［2］．1再生骨料混凝土国内外发展现状1．1再生骨料混凝土国外发展现状近30年，美国、日本、德国等国家和欧洲地区的发达国家对废弃混凝土再利用的研究主要集中在对再生混凝土基本性能和再生骨料的研究，这些基本性能包括物理性能、化学性能、结构性能、力学性能和耐久性能．美国制定的《超级基金法》规定:“任何企业生产产生的工业废弃物，必须由企业妥善处理，不得擅自随意28吉林建筑大学学报第33卷倾倒”［3］．1982年，在《混凝土骨料标准》(ASTM－33－82)中规定，破碎的水泥混凝土属于粗骨料范畴［4］．与此同时，“美国军队工程协会”也鼓励使用再生骨料［5］．美国在鼓励使用再生骨料的同时还对再生混凝土的性能做了系统的试验和研究．例如，Michigan［6］用再生骨料混凝土铺筑两条公路，技术人员进行了收缩性测试试验;20世纪80年代中期，Kansas交通厅利用旧混凝土，加工成再生骨料，用于新建的水泥混凝土路面，经过多年测试研究，再生混凝土用于混凝土路面面层．日本由于其国土资源匮乏，因此十分重视对废弃混凝土的回收和利用，1977年日本政府制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》，相继在各地建立了再生骨料和再生混凝土的加工厂．据统计，1995年日本废弃混凝土的再利用率达到了65%［7］，此外，日本还对再生混凝土的吸水性、配合比、强度、收缩、抗冻性进行了系统的研究［8］．荷兰是最早开展再生混凝土应用和研究的国家之一，早在20世纪80年代，荷兰就制定了利用再生混凝土骨料制备素混凝土、预应力钢筋混凝土和钢筋混凝土的规范．俄罗斯着重研究了再生混凝土配合比设计的特性，研究表明，随再生骨料取代率的不同，再生混凝土的韧性和弹性模量随之变化，再生混凝土的密实度小于普通混凝土［9］．1．2再生骨料混凝土国内发展现状虽然我国对再生骨料混凝土的开展和研究较晚，但也取得了相应成果，如顾佳勋［10］研究的建筑垃圾砌块技术已获得了国家专利．湖北省襄樊市公路建设中采用了大量混凝土破损路面，这种技术是拆除路面混凝土，破碎，制成骨料，把再生骨料用到新建路面结构中的基层或底基层，在水稳基层中采用30%的再生骨料，并使水稳基层的性能得到改善，成本也有所降低．同济大学、华侨大学、华中科技大学等高等院校已进行了再生骨料制取烧结砖和再生骨料混凝土的技术研究，取得了一系列研究成果．例如，华侨大学就再生骨料混凝土的不同来源、吸水率、含水率、破碎方法、材料物理性能、配合比、工程性能、构件应用性能等进行了一系列的研究［11］．在沪太路改造工程中，上海市政工程局把再生骨料用做水泥稳定层材料，性能均满足标准要求，并编制再生骨料混凝土标准，再生骨料混凝土有望在工程建设中得到更广泛的应用．2再生骨料混凝土的性能研究再生粗骨料的表观密度和堆积密度均小于天然粗骨料，吸水率大于天然粗骨料，由于再生骨料表面粘结一些水泥砂浆，砂浆孔隙率大，吸水率增大，导致再生骨料的物理力学参数差于天然骨料．2．1再生粗骨料对混凝土工作性的影响由于再生粗骨料是由机械破碎得到的，在破碎过程中不可避免地使骨料颗粒表面出现裂纹或微裂隙，并且附着一些水泥砂浆和小石屑，因此具有较大的吸水率．张名杰［12］的试验得出，在配合比不变的情况下，随着再生粗骨料取代率的增大，坍落度逐渐减小，并且取代率越大，坍落度减小的越显著．笔者认为，混凝土的工作性与骨料的颗粒级配、颗粒形态和吸水性有较大关系，颗粒级配和颗粒状态可以通过生产工艺进行改善，而较高的吸水率是由骨料本身内部及外部构造决定的，通过生产工艺很难改变，这对再生混凝土工作性的影响必须考虑，较高的吸水率将导致再生混凝土坍落度较小，易离析，可以通过对再生粗骨料进行界面改性，减小吸水率，当然，这方面的影响和解决方法需要大量的试验去验证和探究．2．2再生粗骨料对混凝土抗压强度的影响研究表明，混凝土的强度主要受两方面因素影响，一方面是骨料与水泥石之间的粘结强度影响;另一方面是混凝土自身的致密程度，即有效水灰比越小，混凝土越密实，抗压强度越大．大量试验表明，没有对再生粗骨料进行提前预湿处理，再生粗骨料取代率在50%以内，随着再生粗骨料取代率的增加，再生混凝土的抗压强度增加，此时混凝土的抗压强度主要由第二种因素决定;实践表明，加入粉煤灰和矿渣粉，在水化硬化过程中，粉煤灰和矿渣粉会填满再生粗骨料在机械破碎过程中产生的细微裂缝，与水泥水化产物、再生粗骨料吸附的水发生二次水化反应，水化产物能填充再生骨料的裂隙，从而使再生混凝土更致密，随着再生粗骨料取代率的增加，再生混凝土的强度也会随之提高［13－15］．崔雅倩［16］指出，还可以通过搅拌工艺改善骨料与水泥石之间的粘结强度，其工艺过程为先在骨料表面裹一层掺合料，通常为硅粉、矿渣、粉煤灰或两种混合掺合料，吸收水泥水化过程中富集在骨料表面的Ca(OH)2，形成CSH凝胶，从而使骨料与水泥石之间的界面过渡区减小甚至消除，提高混凝土强度．第3期肖力光，张雪，王思宇:再生骨料混凝土及性能的研究292．3再生骨料对混凝土耐久性影响2．3．1再生粗骨料对混凝土抗渗性的影响由于再生粗骨料在机械破碎过程中内部形成许多微裂纹及表面附着的水泥砂浆，使再生粗骨料内外形成许多相互连通的孔道，孔隙率较原生混凝土大，进而增大了渗透能力，吸水性较强，抗渗性低于原生混凝土，为此提高再生混凝土的密实度就成为提高再生混凝土抗渗性的重要途径［17－18］，张名杰在试验中没有对再生粗骨料进行预湿处理，结果表明:随着再生粗骨料取代率的增加，吸附的水量增加，有效水灰比减小，再生混凝土的抗渗性明显提高，优于原生混凝土．而张建强等［19］人试验中，对再生粗骨料提前预湿处理，得出结论:再生粗骨料随着取代率增加，抗渗性明显降低，且随着取代率增加，抗渗性降低幅度明显增加，原因是预湿后的再生粗骨料，裂纹和缝隙被水填满，水化硬化后混凝土中空隙较多，导致再生粗骨料拌制的混凝土抗渗性低于原生混凝土．马立国［20］指出，基于再生粗骨料加工过程中产生的裂缝，表面水泥砂浆的孔隙，再生粗骨料中旧界面等因素，导致再生混凝土较原生混凝土有更大的孔隙率，抗渗性较差，试验表明:通过降低水灰比、加入矿物掺合料等途径可有效提高再生混凝土的抗渗性．2．3．2再生粗骨料对混凝土抗氯离子渗透性能的影响张建强等［19］人试验得出，相同取代率情况下，随着水胶比增大，抗氯离子渗透性能变小，这是由于自由水越多，在水压力的作用下，氯离子越容易迁移所致;在相同水胶比情况下，随着再生粗骨料取代率的增大，抗氯离子渗透性能越来越小，由于再生粗骨料在破碎过程中内部产生很多微裂缝及表面附着的水泥砂浆，但是再生粗骨料孔隙率较原生粗骨料大，这些因素导致再生粗骨料为氯离子提供了更多通道．肖开涛［21］试验指出，随着再生粗骨料取代率增大，再生混凝土的抗氯离子渗透性降低，氯离子扩散系数逐渐增大，当体系中加入粉煤灰后，抗氯离子渗透性得到很大提高，这是由于粉煤灰填补了再生粗骨料的裂纹和孔隙或者是骨料与骨料之间的间隙，使骨料与水泥石的界面更加严密，粘结强度更高，从而抗氯离子渗透性加强．当加入高效减水剂和矿物外加剂时，再生混凝土此时的抗渗性接近于高性能混凝土．叶腾等［22］人试验得出，对于早龄期再生混凝土，掺加粉煤灰可以使再生混凝土抗氯离子渗透性得到改善，但不是越多越好，当粉煤灰掺量在30%时，氯离子迁移系数相对于未掺加粉煤灰的再生混凝土有所降低，当粉煤灰掺量为10%时达到最低．试验证明:采用二次搅拌工艺可以使提高再生混凝土的抗氯离子渗透性，使氯离子渗透深度降低26%;另外，对再生混凝土进行加湿养护，可以使其内部孔隙内未完全水化的水泥进行二次水化，水化产物将孔隙填充密实，进而提高混凝土的抗氯离子渗透性能．2．3．3再生粗骨料对混凝土抗冻性的影响张建强等［19］人试验得出，普通混凝土在冻融循环250次时，质量损失率为4．1%，没有超过5%，而再生粗骨料配制的混凝土，对再生粗骨料进行预湿处理，在取代率为40%且相同的冻融循环次数下再生混凝土的质量损失率为5．1%，超过了5%，且增幅随着取代率的增加而显著增加．就再生粗骨料取代率对混凝土抗冻性影响而言，在相同冻融循环次数下，混凝土的质量损失率随着取代率的增大而呈增加的趋势．赵飞等［23］人指出再生混凝土试件本身内部有很多孔隙，在进行冻融循环时处于水充足的浸泡状态，使得试件孔隙充满了水，而试件在冻融循环作用下，表面的水泥浆脱落，随着冻融循环次数的增多，试件的质量损失率逐渐增大，且随着再生粗骨料取代率增加，再生混凝土试件孔隙率越高，在冻融作用下吸水冻胀又产生大量裂缝，严重时使部分粗骨料脱落，再生混凝土试件质量损失严重．胡天安［24］试验得出，随着再生粗骨料取代率的增加，再生混凝土的抗冻融循环能力呈下降趋势，取代率在30%以内时，抗冻融循环能力降低不明显，取代率在45%时，抗冻融循环能力明显降低．大量试验证明:通过减小再生粗骨料粒径可以改善再生混凝土的抗冻性，再生粗骨料粒径范围为16mm 20mm;另外，采用半饱和面干状态的再生粗骨料，再生混凝土的抗冻性可显著提高．3结语再生混凝土既解决了建筑垃圾的处理问题，保护环境，而且节约自然资源，达到社会、环境及经济效益最优化，是一种可持续发展的绿色建筑材料．30吉林建筑大学学报第33卷参考文献［1］汪振双，崔正龙，周梅．再生粗集料对混凝土性能的影响［J］．沈阳大学学报(自然科版)，2014，26(1):1－5．［2］黄靖．不同粗骨料种类再生混凝土的基本性能试验研究［D］．南宁:广西大学，2012．［3］韦虹．混凝土用再生骨料的制备及应用技术研究［D］．广州:广州大学，2013．［4］李秋义，全红珠．混凝土再生骨料［M］．北京:中国建筑工业出版社，2011:4－5．［5］郑惠珍．再生粗骨料对自密实再生混凝土性能的影响［J］．长春工程学院学报(自然科学版)，2014，15(1):1－5．［6］Shi－Cong Kou，Chi－Sun Poon，Miren Etxeberria．Influence of recycled aggregates on long term mechanical properties and pore size distribution of concrete［J］．Cement and Concrete Composites，2011(33):286－291．［7］C．Medina，M．Frias b，M．I．Sanchez de Rojas．Microstructure and properties of recycled concretes using ceramic sanitary ware industry waste as coarse aggregate［J］．Construction and Building Materials，2012(31):112－118．［8］Pedro Nel Quiroga，BS，M．Sc．The Effect of the Aggregates Characteristics on the Performance of Portland Cement Concrete:［Doctor of Philoso-phy］．America:The University of Texas at Austin 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