再生骨料混凝土

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再生骨料混凝土
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第一节概述
一.关于建筑废料
●建筑废料：在建造或拆除建筑物时会产生巨量的建筑废料，包括废混凝土块、沥青混凝
土块、施工过程中散落的砂浆和混凝土、碎砖渣、金属、竹木材、装饰装修产生的废料、各种包装材料和其他废弃物等。

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第一节概述
建筑废料是城市垃圾的主要组成部分，约占城市垃圾的30%～40%。

据测算，我国每年施工建设产生的建筑废料就高达4000万吨。

目前世界上对于建筑废料的处理方法仍显得不多。

传统的建筑废料处理方法主要是运往郊外露天堆放或填埋。

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第一节概述
建筑废料不能再利用，会造成：一方面，这不仅占用大量的土地，且会造成严重的环境污染；另一方面，由于建筑废料的组成特点和它产生于建设工程现场的实际情况，建筑废料中很多是可以再生利用的，在资源日趋匮乏的今天，简单地遗弃建筑废料是资源的极大浪费。

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第一节概述
●碎砖、混凝土、砂浆、包装材料等约占总量的80%；而混凝土和砂浆所占比例最大，约
占总量的30%～50%。

●合理处理和回收利用建筑废料十分重要，它不仅符合生态环境保护的需要，也是可持续
发展的需要。

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第一节概述
二.再生骨料混凝土的定义
●再生混凝土或再生骨料混凝土，是指将废弃的混凝土块破碎后清洗分级作骨料(称再生
骨料)，部分或全部代替天然骨料(砂、石)，按一定配合比配制成的混凝土。

相对于再生混凝土，用来生产再生骨料的混凝土称原生混凝土或基体混凝土。

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第一节概述
●废弃混凝土的来源
●建筑物拆除过程中所产生的废弃混凝土块。

●市政工程的动迁及重大基础设施的改造产生废弃混凝土块。

●废弃的混凝土试块、试件。

混凝土生产和施工过程中产生的废弃或散落混凝土、砂浆及混凝土工厂、预制构件厂生产产生的废弃混凝土。

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第一节概述
●三.再生骨料混凝土的研究历史
日本早在1977年就制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》，并相继在各地建立了以处理混凝土废弃物为主的再生加工厂，而且，通过1991年的《资源重新利用促进法》、1996年的《再生资源法》等法规为废弃混凝土等建筑副产品的再生利用提供法律保障。

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第一节概述
●在德国，再生混凝土主要用于公路路面，如Lower Saxong的一条双层公路在总厚度
26cm中的底层采用了19cm的再生骨料混凝土。

1998年8月德国钢筋混凝土委员会提出“在混凝土中使用再生骨料的应用指南”，要求采用再生骨料配制的混凝土必须完全符合天然骨料混凝土的国家标准。

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第一节概述
●荷兰也是较早开展再生混凝土研究和应用的国家之一。

在20世纪80年代，荷兰就制
定了有关使用再生混凝土骨料制备素混凝土、钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土的规范，规定了利用再生骨料生产上述混凝土的明确技术要求，并指出，如果再生骨料在骨料中的重量含量不超过20%，则再生混凝土的的生产就完全按照普通天然骨料混凝土的设计和制备方法进行。

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第一节概述
●美国政府制定的《超基金法》给再生混凝土的发展提供了法律保障。

1982年起，在ASTM
C-33-82“混凝土骨料标准”中将破碎的水硬性水泥混凝土包含进粗骨料中。

美国已能
够采用微波技术100%回收利用再生旧沥青混凝土路面料，并保证其质量与新拌沥青混凝土路面料相同。

美国的道路建设中，一半采用沥青混凝土再生骨料，直接建设成本已能平均下降20%以上，间接的能源、环保等社会效益则更大。

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第一节概述
●法国利用废混凝土和废砖生产了砖石混凝土砌块，其技术指标完全符合与砖石有关的
NBNB21-001（1998）标准。

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第一节概述
●我国对再生骨料混凝土的开发研究晚于发达国家，但近年政府对建筑垃圾的循环再利
用高度重视，制定的中长期发展战略鼓励废弃物的开发利用。

建设部将“建筑废渣综合利用”列入1997年科技成果重点推广项目。

目前国内数十家大学和研究机构开展了再生混凝土的研究，取得了一定进展，并在北京、上海等地的建筑企业在建筑垃圾回收利用方面做了一些有益的尝试。

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第二节再生骨料
一.再生骨料的含义和分类
●从广义上讲，再生混凝土骨料是指经过特定处理、破碎、分级并按一定比例混合而成，
用于配制不同性能和使用要求的混凝土时替代天然骨料的材料。

这些材料包括混凝土块、碎砖瓦、玻璃、炉渣，此外还有废弃橡胶、塑料、木材等。

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第二节再生骨料
●再生混凝土骨料多数参考普通混凝土骨料的分类方法进行分类。

在我国，研究者多根据
《普通混凝土用砂质量标准及试验方法》和《普通混凝土用碎石和卵石质量标准及检验方法规定，将粒径在0.16～5mm之间的再生骨料称再生细骨料，粒径大于5mm的称再生粗骨料。

也有学者考虑到再生细骨料中含有细小水泥浆颗粒，将再生细骨料的粒径范围定为0.08～5mm。

日本于1994年4月颁布了《再生混凝土材料质量试行条例》，给出了再生骨料、再生基层材料、填充材料的质量标准，并划分了再生骨料的质量等级。

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二.再生骨料的生产工艺
● 研发了高性能再生骨料。

这种高性能再生骨料的生产过程包括三个阶
段:
● (1)预处理阶段：除去废弃混凝土中的其他杂质，用颚式破碎机将混凝土块破碎成40mm
直径的颗粒;
● (2)碾磨阶段：将混凝土块放入旋转的偏心筒中，相互碰撞、摩擦，除去附着于骨料表
面的硬化水泥浆。

(3)筛分阶段：将碾磨后的颗粒筛分，除去水泥和砂浆等细小颗粒，最后得到的即为高性能再生骨料。

其生产流程见图1。

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图1 日本高性能再生骨料生产流程
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三.再生骨料的主要性能
● 同天然骨料相比，再生骨料表面还包裹着相当数量的硬化水泥砂浆，这是导致再生骨料
性能比天然骨料差的根源。

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第二节 再生骨料
第二节 再生骨料
第二节 再生骨料
第二节再生骨料
● 1.再生骨料的堆积密度和表观密度
硬化水泥砂浆密度低、表面粗糙、孔隙率大、在破碎过程中内部产生大量微裂纹，这必然使再生骨料的堆积密度和表观密度低于天然骨料。

由于原生混凝土的强度等级、配合比、龄期、使用环境等因素存在差异，因此目前的文献显示的再生骨料堆积密度和表观密度离散性较大。

再生细骨料的堆积密度和表观密度分别为天然细骨料的75～80%，80～85%，再生粗骨料的堆积密度和表观密度分别为天然粗骨料的85%以上和90%以上。

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第二节再生骨料
● 2.再生骨料的压碎指标
水泥砂浆强度比天然骨料低，因此，再生骨料的压碎指标比天然骨料要高。

再生骨料包裹的水泥砂浆越少，压碎指标越接近天然骨料。

现行行业标准《混凝土粗骨料用碎石和卵石》(JGJ53-92)规定，用于配制C35以下的混凝土用碎石压碎指标要求不大于30%，配制C40～C55混凝土压碎指标不宜大于13%。

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第二节再生骨料
● 3.再生骨料的吸水率
再生骨料表面包裹的硬化水泥浆使得其表面粗糙，棱角较多，并且硬化水泥浆自身孔隙率大，又存在大量微裂纹，这使得再生骨料吸水率和吸水速度都比天然骨料大得多。

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第二节再生骨料
四.再生骨料的改性
● 1.机械活化
再生骨料在球磨机械研磨或偏心转筒机械碾碎作用下除去粘结在骨料表面的弱结合水泥砂浆，剩下的水泥砂浆由于与骨料结合力强从而提高再生骨料的界面粘结强度。

但是机械活化方法会加剧再生骨料内部微裂纹产生扩展，加剧损伤积累，在一定程度上会降低骨料强度，这一点值得注意。

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第二节再生骨料
● 2.浆液浸泡
用高强度等级水泥和防水剂、膨胀剂配成浆液对再生骨料进行浸泡、干燥。

混合浆液能渗入再生骨料的内部，填充再生骨料的孔隙，改善骨料的微观孔隙结构和表面性能来改善骨料的性能。

用于强化再生骨料的浆体要有较好的流动性、低黏性、较长的凝结时间和浆体结石后体积不缩小的特点才能深度进入骨料内部，充分填充孔隙。

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第二节再生骨料
● 3.化学处理
用水玻璃溶液或加入超细活性矿物掺加料比如优质粉煤灰的水泥浆液浸渍再生骨料。

水玻璃会与再生骨料表面的氢氧化钙反应生成硅酸钙凝胶，提高骨料密实度；矿物掺料除能填充水泥颗粒间孔隙外，也能与水泥水化生成的氢氧化钙发生反应，改善界面粘结力。

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第三节再生骨料混凝土
● 1.再生骨料混凝土配合比
再生骨料各方面性能不同于天然骨料，所以，再生混凝土的配合比不能简单地套用普通混凝土的配合比设计方法。

国内外很多学者对再生混凝土的配合比设计进行了专门的研究。

与天然混凝土相比，再生混凝土的配制主要考虑两个方面：①再生骨料强度对再生混凝土各方面性能(主要是力学性能)的影响；②再生骨料大孔隙率引起的高吸水率对再生混凝土配合比中水的用量及新拌混凝土各方面性能的影响。

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第三节再生骨料混凝土
●对第一个方面，试验发现，当水灰比为0.5时，利用强度等级分别为C20、C25和C30
的废弃混凝土破碎加工成的再生骨料配制的再生混凝土的强度分别为普通混凝土的85%、86%和90%。

可见再生骨料强度对再生混凝土强度有一定影响，但并不明显。

另外，随着用来加工再生骨料的原生混凝土强度的降低，再生混凝土的强度呈下降趋势，并且影响的程度也相应减小。

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第三节再生骨料混凝土
●对第二个方面，不少学者从再生骨料的含水状态入手。

C.S.Poon等研究了自然干、烘
干和饱和面干三种不同含水状态的再生粗骨料按同一自由水灰比配制的再生混凝土。

结论是：再生混凝土初始坍落度取决于原始自由水量，坍落度损失值跟再生骨料含水状态有关，其中用烘干的再生骨料配制的再生混凝土坍落度损失相当严重；骨料自然风干的再生混凝土3、7、28天都有着最高的强度，并且随再生骨料替换率的增加，骨料烘干的再生混凝土各龄期强度增加，骨料面干饱和的则与之相反。

由饱和面干和烘干的再生骨料制备的再生混凝土的劈裂抗拉强度和干缩值明显高于其他混凝土。

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第三节再生骨料混凝土
●也有学者主张将再生混凝土拌和水用量分为两部分:一部分是再生骨料达到面干饱和状
态所要吸附的水分，不起到润滑和提高流动性作用，称吸附水；另一部分为自由水，分布在水泥砂浆中，起到提高拌和物流动性并在混凝土凝结硬化时参与水化反应。

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第三节再生骨料混凝土
● 2.再生骨料混凝土物理性能
由于再生骨料表观密度比天然骨料的低，再生混凝土的表观密度要低于普通混凝土。

再生骨料掺量越多，再生混凝土的表观密度就越小。

有实验表明：当全部采用再生骨料时，再生混凝土的表观密度为2235 kg/m3，相比于同样配合比下的普通混凝土的2370 kg/m3低了5.7%。

混凝土自重降低，对降低建筑自重，增强构件抗震性能，增大构件跨度等方面有利。

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第三节再生骨料混凝土
● 3.再生骨料混凝土工作性
一般认为在用水量相同的情况下，与基体混凝土相比，再生混凝土的坍落度减小，流动性变差，但粘聚性和保水性增强。

主要原因是再生骨料表面粗糙、孔隙多、吸水率大，从而使得再生混凝土流动性差，坍落度变小。

同时由于再生骨料表面粗糙，增大了再生混凝土拌合物的摩阻力，使再生混凝土的保水性和粘聚性增强。

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第三节再生骨料混凝土
● 4.再生骨料混凝土力学性能
关于再生混凝土力学性能的研究较多，但由于再生混凝土的强度除了受到影响普通混凝土强度的因素的影响外，还与原生混凝土的强度及使用情况、再生骨料破碎工艺、再生骨料级配及含水状态、再生骨料替换率等因素有关。

这导致再生混凝土强度的规律性较差，再加之试验条件和试验方法的差异，不同的研究者的结论也有所不同。

各种情况具体数据如表1。

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第三节再生骨料混凝土
再生混凝土强度比普通混凝土低的原因一般认为是：再生骨料孔隙率较高，在承受轴向应力时容易形成应力集中现象；再生骨料与新旧水泥浆之间存在一些结合较弱的区域；再者再生骨料本身强度较低。

研究者们还发现，基于实验室试验得出的再生混凝土抗压强度变异系数与普通混凝土相差不大，一般在2%～7%之间。

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表1 再生骨料混凝土的强度情况
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图2 再生骨料混凝土的水灰比与抗压强度的关系
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5.再生混凝土的干缩与徐变
与普通混凝土相比，再生混凝土的干缩量和徐变量增加40～80%。

干缩率的增大数值取决于基体混凝土的性能、再生骨料的品质以及再生混凝土的配合比。

粘附在再生骨第三节 再生骨料混凝土
第三节 再生骨料混凝土
第三节 再生骨料混凝土
料颗粒上的水泥浆含量越高，再生混凝土的干缩率越大。

研究表明：再生骨料与天然骨料同时使用时，再生混凝土的干缩率增加；水灰比增加，再生骨料的干缩率增大。

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第三节再生骨料混凝土
当采用较低水灰比或较高强度的再生骨料时，可降低再生混凝土的徐变值。

对于再生混凝土干缩和徐变值较大的原因，通常认为是再生骨料颗粒上附着一定量的硬化水泥浆或再生骨料的弹性模量较低。

还有观点认为再生骨料中本身含的砂增大了再生混凝土的砂率，使再生混凝土中砂浆量大大提高，致使再生混凝土的干缩率和徐变增大。

再生混凝土高干缩和徐变，无疑会影响其推广和利用。

如何控制再生混凝土干缩与徐变，有待于进一步研究。

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第三节再生骨料混凝土
● 6.再生混凝土耐久性
影响混凝土耐久性的各种破坏过程几乎都与水有密切关系，因此混凝土的抗渗性被认为是评价混凝土耐久性的重要指标。

一般来讲，混凝土的抗渗性取决于孔隙的孔径大小、分布、形状、弯曲程度以及连贯性。

由于再生骨料孔隙率高、吸水率大，再生混凝土的抗渗性能较普通混凝土差。

试验研究结果表明：水灰比为0.5～0.7，坍落度为210mm的再生混凝土的渗透性是普通混凝土的2～5倍，且试验结果较为离散。

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第三节再生骨料混凝土
●由于再生骨料性能的差异，关于再生混凝土的抗冻融性的研究结果也有说差别。

如在早
期的研究中发现再生混凝土的抗冻融性并不低于，甚至在某些情况下优于普通混凝土；
但后期有的试验则发现再生混凝土的抗冻性较普通混凝土差得多。

还通过试验发现再生骨料的含水状态对再生混凝土的抗冻性影响很大。

●由于再生混凝土的孔隙率高、抗渗性差，其抗硫酸盐、氯离子侵蚀以及抗碳化性能均低
于普通混凝土。

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第三节再生骨料混凝土
●再生混凝土的抗磨性较差。

试验结果表明再生骨料取代率为100%的再生混凝土的磨损
深度较普通混凝土增加34%。

试验发现随着基体混凝土强度的提高，再生混凝土抗磨性增强；随着再生骨料尺寸的减小，再生混凝土耐磨性明显降低。