再生混凝土研究现状论文（通用11篇）
再生混凝土研究现状论文 篇1
0 引言
混凝土再生过程就是将混凝土废弃块破碎、清洗、筛分, 然后按照一定的级配混合形成再生骨料, 利用再生骨料全部或者部分取代石子而配制的混凝土, 叫做再生混凝土。
1 研究背景
我国建筑业自2000年起进入快速发展期, 混凝土需求量和产量也随之迅速攀升, 据资料[1]显示我国混凝土的年产量约为13~14亿吨, 占世界总量的48%左右。在混凝土总分量中石子分量大约占到3/4。也就是说中国建筑行业每年石子的需求量约为10亿吨左右。而石子的开采极大地破坏了开采地的环境平衡以及生态平衡。
此外, 城市更新过程中所拆除的建筑物而产生的废弃混凝土数量庞大。据统计[1,2], 我国每年生产的废弃混凝土数量约1600多万吨, 如果能够将这些废弃的混凝土进行回收循环利用, 每年可节省十几亿元。然而若将这些废弃的混凝土作为垃圾进行填埋或者露天堆放需要占用大量的土地, 运输和填埋费用也十分巨大。此外, 在运输和堆放过程中会产生的粉尘也严重污染了环境。
2 废弃混凝土的来源
我国废弃混凝土主要来自于一下几方面:
(1) 废弃混凝土主要来源是因老化或者使用年限到期后被拆除的建筑物。据资料[3]显示近几年来, 仅上海市每年产生的废弃混凝土数量约为600~700万吨。
(2) 商品混凝土公司生产的因质量及其它原因而废弃的混凝土, 其数量约占混凝土年产量的百分之二左右[4]。
(3) 拆除因台风、洪水、地震等自然灾害或战争而损毁的建筑物生成的废弃混凝土。
(4) 随着我国城市化进程和城市更新速度的加快, 因为道路、桥梁等大型基础设施的改造而生成的废弃混凝土数量也在急剧上升。
3 国内外研究现状
在二战中, 因在战争中损失较为严重且城市化程度较高的欧美苏日等国家在战后重建的过程中就展开了对废弃混凝土的再生利用的研究。
美国学者William Turley[5]在报告中指出, 废弃混凝土被加工成再生骨料从新应用到混凝土中的数量约占全美国骨料总量的二十分之一左右。废弃混凝土的再利用率超过90%, 其中近70%的再生骨料被用于道路基层和基础中, 15%被用于拌制沥青或者水泥混凝土, 7%左右用于坑塘回填。
日本是较早研究利用废弃混凝土的国家之一, 1977年日本政府就制定了相应的规范, 并在各地建立了废弃混凝土再生利用工厂。如今日本废弃混凝土的再生利用率已达到70%。韩国废弃混凝土再生利用率逐年上升, 2002年是其全国废弃混凝土利用率超过80%, 如今韩国全国有废弃混凝土再生骨料公司两百七十几家[6]。
我国在废弃混凝土再生研究方面的起步较晚, 目前还处在研究试验阶段, 研究人员对再生骨料的对再生混凝土界面过渡区微观结构进行了观察分析了起水分迁移特性, 这为解决再生骨料混凝土高收缩和高吸水的问题提供了理论依据。我国再生混凝土少数用于道路面层和基层, 在房屋建筑和桥梁工程中应用再生混凝土的技术尚未成熟, 这使得绝大多数的废弃混凝土被当做填充材料, 用于填筑作业, 形成了巨大的资源浪费。
4 再生混凝土使用存在的问题及对策
目前再生混凝土主要存在以下几方面问题:
(1) 缺少法律支持
关于再生混凝土的专题国际会议已经召开了多次。国外废弃混凝土利用率较高的国家都普遍采用立法形式保障废弃混凝土的再生利用。在这一点上我国应当借鉴国外的成功经验在法律和政策上对再生混凝土这一新兴产业加以扶持。
(2) 缺少技术标准
再生混凝土在我国仍处于起步阶段, 目前国内在这一领域尚未制定相关技术的标准, 这使得大批量生产的再生混凝土的质量的稳定性得不到保证。这需要国家建设部门组织这一领域的专家和研究机构进行系统研究, 尽快出台相应的技术标准。
(3) 缺少规模效应
目前我国大多数的废弃混凝土被用于坑塘的回填作业, 很少被用于再生混凝土。因此各城市应该建立废弃混凝土回收站点, 然后依托混凝土回收站建立再生骨料生产厂以及再生混凝土搅拌站, 一则可以形成产业规模效应、降低成本, 便于再生混凝土的推广, 形成良性循环;二则集中堆放可以节约土地, 降低污染。
(4) 强度偏低
与天然骨料相比再生骨料的表面粗糙率和吸水率都较大、但强度低。所以在相同配比的情况下再生混凝土的强度比天然骨料混凝土的强度要降低一些。其主要原因是:一、再生骨料在再生过程中收到不同程度的损伤;二、再生骨料吸水率高造成水泥和骨料的粘结界面局部水灰比增大, 粘结强度降低, 这反映到宏观角度上就显现为混凝土抗压强度和劈拉强度的降低。
其解决的办法是在再生骨料混凝土中掺入硅灰、减水剂等能够增加混凝土密实性或降低混凝土水灰比的外掺剂。
5 展望
随着我国经济发展, 城市的规模和建设步伐将不断扩大, 混凝土骨料的消耗量也将急剧上升, 这对混凝土的生产对环境和生态构成了相当大的威胁。而再生混凝土的推广使用可以缓解和消除这一威胁。因此再生混凝土的大面积使用将成为必然。
摘要：随着经济的发展我国各地的城市化进程不断加快, 新型建筑大量兴起旧建筑物被大面积的拆除。从这些旧建筑上拆除的废弃混凝土占据了大量的土地资源的同时也污染了环境。如何处理废弃混凝土已经成为各个城市所必须面对的问题。城市要实现可持续发展的必须将废弃混凝土重新回收利用。
关键词：废弃混凝土,再生骨料,再生混凝土
参考文献
[1]杜婷, 李惠强, 吴贤国.再生混凝土的研究现状和存在问题[J].建筑技术, 2003, (2) .
[2]尚建丽, 李占印, 杨晓东.再生粗骨料特征性能实验研究[J].建筑技术, 2003, (1) .
[3]杜婷, 李惠强, 郭太平, 周志强.废弃混凝土再生骨料应用的经济性分析[J].新型建筑材料, 2006, (4) .
[4]杨子江.废弃混凝土的开发利用[J].再生资源研究2003, 第5期.
[5]钟汉华, 罗岚, 刘能胜, 向亚卿.废弃混凝土回收利用现状及前景展望[J].广东水利电力职业技术学院学报, 2008, 第6卷, 第一期.
[6]李惠强, 杜婷, 吴贤国.建筑垃圾资源化循环再生骨料混凝土研究[J].华中科技大学学报, 2001, 29 (6) :83-84.
再生混凝土研究现状论文 篇2
关键词：再生混凝土；再生骨料；力学性能；耐久性再生混凝土简介及其研究的必要性
再生混凝土（Recycled Concrete），是指将废弃混凝土块经裂解、破碎、清洗与筛分后，制成混凝土骨料，部分或全部代替天然骨料配制而成新混凝土。它是再生骨料混凝土（Recycled Aggregate Concrete，RAC）的简称。
近年来，我国建筑垃圾逐年上升，建筑垃圾数量已占到城市垃圾总量的30%～40%，其中主要是废弃混凝土，这些垃圾严重影响了城市生活环境，造成了很大的环境污染。目前国内处理这些废弃混凝土的方法有两种：一、运往郊外堆存。这会成为新的垃圾源，显然不可取；二、作为回填材料简单地使用。这会浪费资源，不符合我国建设资源节约型社会要求。据估计，2008年发生的汶川特大地震，产生的建筑垃圾约3亿吨，地震所造成的建筑垃圾量远远超过中国每年建筑施工所产生的建筑垃圾的总和，地震所造成的建筑垃圾量十分庞大，如何对其进行资源化利用，是摆在我们面前的一个新的课题，也是一个挑战。再生混凝土技术是一个很好的解决方法，通过对废弃混凝土的再加工来恢复其原有性能，形成新的建材产品，从而既能对有限的资源进行再利用，又解决了部分环保问题。这既是发展绿色混凝土，实现建筑资源环境可持续发展的重要途径，也是建设资源节约型、环境友好型社会的具体体现。再生骨料的生产工艺及性能
2.1 再生骨料的生产工艺
对废弃混凝土进行充分再利用的前提是要保证再生骨料生产工艺是经济可行的。再生骨料的生产需要解决一系列问题，包括对废弃混凝土块或钢筋混凝土块的回收、破碎与筛分等。简单的混凝土破碎及筛分工艺如图1所示。
2.2 再生骨料的性能
经过破碎处理的废弃混凝土，生产出的再生骨料含有30%左右的硬化水泥砂浆，这些水泥砂浆大多独立成块，只有少量附着在天然骨料的表面，导致了再生骨料密度小，吸水率高，粘结能力弱的特点。一般地，再生骨料棱角较多，表面比较粗糙。对废弃混凝土块进行再生破坏过程中，由于积累了损伤，会使再生骨料内部产生大量的微裂纹。研究表明，同天然骨料相比，再生骨料孔隙率较高，密度较小，吸水性增强和骨料强度较低。再生混凝土物理性能及力学性能
3.1 再生混凝土物理性能
由于再生骨料的表观密度比天然骨料小，因此再生混凝土的密度比普通混凝土低。随着再生骨料掺量的增加，再生混凝土的密度有规律地减小，如果再生混凝土全部采用再生骨料，则其密度比普通混凝土相比，降低了7.5%。再生混凝土有自重低的特点，这能降低结构自重，提高构件的抗震性能。同时，由于再生骨料孔隙较高，使得再生混凝土具有良好的保温性能。
3.2 再生混凝土的强度
再生混凝土的强度与基体混凝土（相对于再生混凝土而言，用来生产再生骨料的原始混凝土称为基体混凝土）的强度、再生骨料破碎工艺、再生骨料的替代率以及再生混凝土的配合比等密切相关。由于基体混凝土的强度等级、使用环境各不相同，裂解、破碎的工艺及质量控制措施的差异，导致再生混凝土强度变化的规律性不明显，不同的研究者所得的结论也有所差异。Hansen的试验结果表明，随着基体混凝土强度的降低，再生混凝土的强度也下降。一般情况下，再生骨料混凝土的抗压强度基体混凝土或相同配比的普通混凝土的抗压强度更低，降低范围为0%-30%，平均降低15%。邢振贤等全部采用废弃混凝土再生骨料制作出再生混凝土，指出再生混凝土的抗弯强度约为基准混凝土强度的75%-90%。和配合比相同的基准混凝土相比，抗压强度降低了9%，抗拉强度降低了7%。
应该注意的是，再生骨料表面包裹着水泥砂浆，使再生骨料与新的水泥砂浆之间弹性模量基本一样，界面结合可能得到一定的加强。以此同时，再生骨料表面的大量微裂缝会吸入新的水泥颗粒，使得接触区的水化更加完全，最终形成致密的界面结构。由于界面结合得到加强，一定程度的补偿了因再生骨料强度较低而导致的再生混凝土性能的劣化。
3.3 再生混凝土的弹性模量
由于再生骨料中有大量的老旧砂浆附着于原骨料颗粒上，导致再生混凝土的弹性模量通常较低，一般约为基体混凝土的70%-80%。再生混凝土弹性模量低，变形大，因此它的抗震性能和抵抗动荷载的能力较强。水灰比对再生混凝土的弹性模量影响较大，当水灰比由0.8降低到0.4时，再生混凝土的抗压弹性模量增加33.7%。
3.4 再生混凝土的干缩与徐变
再生混凝土的干缩量和徐变量比普通的混凝土增加了40%-80%。再生骨料的品质、基体混凝土的性能以及再生混凝土的配合比决定了干缩率的增大数值。Yamato等人研究表明，当天然骨料与再生骨料共同使用时，再生混凝土的干缩率会增加；水灰比增加时，再生混凝土的干缩率也会增加。再生混凝土的耐久性
4.1 再生混凝土的抗渗性
与混凝土渗透性有关因素主要分为两类。
（1）混凝土拌和料的组分、拌和物配合比以及工艺参数，即拌和料的制备、成型和养护等；
（2）混凝土随时间而发生的变化，即在外部环境、结构应力、流体性能和渗透条件等因素作用下，混凝土内部发生的物理和化学变化。
由于再生骨料的孔隙率较大，因此再生混凝土的抗渗性比普通混凝土低。但是往再生混凝土里掺加粉煤灰之后，由于粉煤灰能使再生骨料的毛细孔道细化，因而很大地改善了再生混凝土的抗渗性。
4.2 再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀性
再生混凝土的孔隙率及渗透性较高，它的抗硫酸盐侵蚀性比普通的混凝土差。同样的，往里面掺加粉煤灰，能够减少硫酸盐的渗透，使其抗硫酸盐侵蚀性有较大改善。
4.3 再生混凝土的抗裂性
与普通混凝土相比，再生混凝土极限伸长率增加了27.7%。再生混凝土弹性模量较低，拉压比较高，因此再生混凝土抗裂性比基体混凝土更好。
4.4 再生混凝土的抗冻融性
再生混凝土的抗冻融性比普通混凝土差。Yamato等人研究表明，再生骨料与天然骨料共同使用时或者减小水灰比可提高再生混凝土的抗冻融性。结语
通过对再生混凝土的研究，我们得出以下结论与建议，希望能够引起行业或者有关部门的重视。
第一，再生混凝土技术可以从根本上解决废弃混凝土的出路问题，既能减轻废弃混凝土对环境的污染，又能节省天然骨料资源，具有显著的社会、经济和环境效益，是发展绿色混凝土的主要途径之一，符合我国可持续发展战略的要求。
第二，在工程应用研究中，不单要对如何提高再生混凝土的强度进行研究，而且还要对其耐久性如抗渗性、抗裂性等加强研究，来逐步提高再生混凝土的性能。
第三，同普通混凝土相比，再生混凝土的配合比设计和施工工艺均有许多不同之处，应区别对待。
第四，对再生混凝土进行合理设计，基本上能够达到普通混凝土的性能要求。为了更好地推广应用再生混凝土技术，我们还需要对其结构性能（抗弯，抗剪，抗冲切及抗震等）和设计方法多加强研究。
第五，再生混凝土与普通混凝土在原材料、配合比以及施工工艺等方面有重大差异，按照现行普通混凝土的标准、规程等显然是有许多不足之处的；另一方面，国内的水泥、骨料与国外使用的水泥、骨料在成分和性能上差别也较大，因而更不能直接使用国外的相关标准。因此，建议结合再生骨料分级情况，尽早制定出适合国内情祝的再生混凝土的有关标准和规程。
第六，通过对再生混凝土的经济性进行综合研究，在我国广泛推广应用再生混凝土，同样需要xx积极的产业政策扶持和国家的法律法规保障。
参考文献
再生混凝土研究现状论文 篇3
关键词：再生混凝土；应用现状；问题；分析
从现如今的建筑工程中可以看出，混凝土材料是不可缺少的材料类型。主要是由于混凝土材料的基本特点是其他材料没有的。而且随着社会发展的不断加快，很多很多建筑物都被拆除，从这些建筑中产生很多废弃的混凝土材料，这些混凝土块的作用也比较突出。所以说可以进行重新应用。如果应用方式不当就会造成严重的环境问题，成为影响城市形象的重要因素。因此，对废弃的混凝土材料进行合理地应用不仅具有一定的经济价值，同时还有一定的生态价值。
1、再生混凝土的研究现状
所谓的再生混凝土就是将一些原本废弃的混凝土材料进行破碎和清洗，然后按照科学的比例制成再生骨料的形式，使其能够代替天然骨料在建筑工程中进行应用，人们将这种混凝土结构称为再生混凝土。
对废弃混凝土结构进行应用最早出现在二战时期，西方的一些发达国家就对再生混凝土材料的性能和应用可行性进行研究，并且在工程中得以应用。而且这种研究受到了国际可持续发展研究结构的充分认可，发达国家在对混凝土材料进行应用的过程中，不仅速度相对加快，而且还逐渐以立法的形式来对再生混凝土材料的研究推向高潮。
1.1国外研究和应用情况
从国外的研究中可以看出，日本是相对比较典型的国家。在日本的一些城市中可以看到废弃混凝土的加工厂，在研究的过程中主要是对再生混凝土的吸水性以及强度等因素进行研究。在美国，为了对再生混凝土的研究工程进行鼓励，政府加大了对研究工作的投资力度。事实证明，对再生混凝土结构进行应用，不仅可以减少对城市环境的污染程度，还可以提升混凝土材料的利用率。
德国、比利时和荷兰都是不得不提到的国家。不同的国家都形成了不同的研究成果。在将再生混凝土和天然骨料混凝土进行对比的过程中，对再生混凝土的稳定性，收缩性等方面进行了深入研究，还对混凝土的弹性模量进行细致地分析。可见，国外一些国家的研究范围相对较广，我国应该积极借鉴。
1.2国内研究和应用的现状
从我国的研究范围和研究力度上看，不仅起步晚，而且成果明显不如发达国家。通过相关的实验表明，我国一些混凝土骨料的吸水量相对较大，因此，在实际的研究中也加强了对再生混凝土优化的力度。但是由于缺乏系统性和完整性的规范和体系，最终研究工作一直停滯不前。国内也出现了很多混凝土回收的例子，而且不同的城市都进行了不同程度的尝试。我国的再生混凝土研究还具有一定的发展空间。
2、再生混凝土存在的问题
从混凝土材料的应用和配制的过程中可以看出，骨料是相对比较重要的材料类型。不仅对混凝土的骨架的稳定性产生严重的影响，而且还决定着混凝土本身的工作性和力学性。对于再生混凝土来说，其本身的空隙相对较高，吸水性强，这和普通的混凝土骨料之间存在着一定的差别，在其应用的过程中存在的问题比较严重。
2.1强度问题
由于再生骨料的来源是原本废弃的混凝土，因此，其本身会出现一定的裂缝现象，骨料的强度也会受到严重的影响。由于混凝土碎块的成分比较复杂，所以混凝土的强度也就不同。往往混凝土表面会出现严重的碳化现象。混凝土骨料在经过腐蚀侵蚀之后，内部会变得酥软，强度明显下降。一般情况下，混凝土骨料的强度相对较低，应用情况相对比较复杂。现阶段，我国的再生骨料混凝土主要是用来对中档或者是低挡的混凝土来进行配制。要想提升混凝土的强度，就应该不断增强骨料的强化作用。在此过程中，不可避免地要进行机械和溶液的处理。在机械处理的过程中，其主要的目的就是要去除混凝土骨料表面的水泥砂浆等成分。相关的实验和研究表明，如果再生混凝土骨料经过球磨机活化之后，必然会提升自身的质量。而且，再生骨料的压碎指标明显降低，可以在钢筋混凝土构件中得以高效的应用。
溶液处理的复杂程度相对较高，需要经过酸液和其他的化学浆液的清理之后，再对骨料进行浸泡，待其完全干燥之后就可以进行高效地处理。另外，还应该对可再生骨料的结构进行优化，提升其密集程度，提升骨料的稳定性和坚实程度。
2.2收缩率大问题
由于可再生混凝土材料颗粒中的棱角相对较多，其表面比较粗糙，在很大程度上包含水泥砂浆在其中。所以说，孔隙必然较大。严重的还会出现尺寸相对较大的裂缝。这种再生骨料和天然骨料相比，其吸水性和吸水速度都比较大，而且在砂率和再生骨料的含量等方面也存在着一定的差异。砂浆量岷县增加，吸水率也在不断增加。在实际的配置过程中，混凝土土地的干缩程度明显增加，应该加强对骨料，水泥品种以及养护方式的重视，减少再生混凝土的收缩率。
2.3耐久性
由于再生骨料孔隙率较高，吸水率大，再生混凝土抗渗性能较相同配合比的普通混凝土差，氯离子的渗透性也差。对于再生混凝土的抗冻融性的实验结果差异较大，有比普通混凝土抗冻融性差的结果，造成实验研究结果差别较大的原因可能是由于再生骨料的来源和性能的差异较大。
2.4变异系数
基于实验室得出的再生混凝土抗压强度的变化系数与普通混凝土相差不大，一般也在2%～7%之间，但实验中采用的再生骨料来源均较为单一，质量相对均匀，而对于实际工程中来源、性能不同的再生骨料，因其本身性能随机和变异性较大会使再生混凝土抗压强度的变异性大幅增加。
3、总结
总而言之，世界各国都在利用拆毁的混凝土废弃物，在重建工程中用作再生骨料，有效地节约天然资源的优质骨料，这对于节省能源和资源、保护生态环境具有重要意义。
参考文献：
[1]谢玲君，翟爱良，翟文举，王纯合，季昌良.影响烧结砖瓦再生骨料混凝土强度主要因素的试验研究[J].混凝土.2012（05）
[2]寇光钦.浅议我国建筑垃圾现状及再生利用研究[J].科技致富向导.2012（15）
[3]古松，雷挺，陶俊林.再生混凝土配合比设计及早期强度试验研究[J].工业建筑.2012（04）
再生混凝土应用现状研究 篇4
再生混凝土是废弃混凝土通过破碎、筛分而得的粗骨料而制成的节能环保构件,随着社会的发展,建筑行业的兴起以及大量的建筑结构的兴建,使得大量的陈旧建筑需要更新换代,这样也使得废弃的混凝土对环境产生很大的压力,不利于社会的可持续发展和节能环保的宗旨。
废弃的混凝土通过破碎、筛分后,将其中的粗骨料进行分离,再混以新的水泥砂浆制成的混凝土,称为再生混凝土,而分离出的废弃砂浆进行细化从而作为建筑填料或者垫料使用,分离出的钢筋则进行回收再利用,这样既可以缓解废弃混凝土对环境的压力,也契合了可持续发展和节能环保的社会倡议。同时研究再生混凝土的性能为再生混合构件的工程应用研究打下良好的基础和提供必要的参考。
2 再生混凝土应用现状分析
目前再生混凝土的应用形式主要包括以下方面。
2.1 管约束再生混凝土
管约束再生混凝土主要包括:1)普通钢管:主要包括圆钢管和方钢管,文献[1]的研究结果表明钢管约束再生混凝土常见的破坏形式为试件中部发生鼓曲,核心再生混凝土发生斜剪破坏,同时研究还表明与钢管约束普通混凝土相比,钢管约束再生混凝土的受力过程与前者基本相同,都分为弹性和塑性发展两个阶段;核心再生混凝土由于钢管的约束其强度得到显著提高,同时其变形性能也得到较大改善;2)型钢:王浩[2]通过试验研究表明,与普通型钢混凝土相比,型钢再生混凝土的受力特点和破坏形态与前者基本相同,粘结作用较差,骨料取代率对抗震性能影响不大,而轴压比和体积箍筋率的影响较大;3)异形钢管:王威赛[10]通过对异形钢管(T形、L形、十字形等)再生混凝土的研究得出在其他条件相同的情况下,再生混凝土构件的受力性能和变形性能与相应的普通混凝土构件相差不大;相比于普通混凝土构件,再生混凝土构件具有更好的变形能力;4)GFRP/FRP/BFRP管约束:FRP管—再生混凝土—钢管组合柱作为一种新型组合构件,由外FRP管、内钢管以及两管之间填充的再生骨料混凝土三部分组成,曾岚[3]通过对21根试件的研究得出该新型组合构件相比于填充普通骨料的双管构件承载力有所下降,但延性却有明显提高,有利于抗震。
2.2 纤维增强再生混凝土
纤维增强再生混凝土主要包括:1)纺织纤维:王建坤[6]通过试验研究得出以下结论,当纺织废地毯含量为2%时,与普通混凝土相比,纺织废地毯再生纤维增强混凝土的抗压强度、抗剪切强度和抗弯曲强度等力学性能得到提高,能量吸收性和干燥收缩性以及由此引起的韧性较普通混凝土都有显著改善,从以上研究结论可以看出纤维增强再生混凝土值得深入研究进而得到广泛使用,如果实现则不仅可节约资源还可以保护环境;2)聚丙烯纤维:杨永生[4]通过大量的试验研究得出以下结论,随着纤维掺入量的增加纤维再生混凝土的抗压强度和抗拉强度也随之逐渐提高,但是再生骨料的情况却刚好相反,再生混凝土的抗压强度和抗拉强度随着再生骨料掺入量的增加都降低,混凝土力学性能与再生骨料的掺入量有一定关系,即聚丙烯纤维对混凝土的增强作用随着再生骨料的掺入量增大反而越小。同时试验研究还表明纤维对再生混凝土劈拉强度的增强作用很显著,明显高于纤维对再生混凝土抗压强度的增强作用;3)钢纤维:胡圣军[5]的试验研究表明,随着水胶比和再生骨料取代率的增大,钢纤维再生混凝土的28 d抗压强度在逐渐减小,粉煤灰取代率对其没有影响,28 d劈裂抗拉强度随着水胶比的增大而减小,而再生骨料取代率和粉煤灰取代率对其没有影响。
2.3 其他对再生混凝土的改性分析
1)橡胶再生混凝土:蒋连接[7]的研究结果表明橡胶再生混凝土的流动性、立方体抗压强度和劈裂抗拉强度随着再生粗骨料取代率的增加而降低,混凝土脆性随着再生粗骨料取代率的增加而增强,同时拉压比呈现减小的趋势;橡胶再生混凝土的流动性随着橡胶粒掺量的增加而逐渐增强,立方体抗压强度和劈裂抗拉强度随着橡胶粒掺量的增加而减小,拉压比不断增大,橡胶粒掺量的增加会提高混凝土的塑性变形能力,同时研究还表明橡胶再生混凝土拉压比受橡胶粒改性方式的影响很小;2)掺加废弃玻璃:叶腾[8]通过将废弃玻璃粉作为辅助胶凝材料替代部分水泥的研究表明废玻璃和废混凝土两种固体废弃物进行综合利用生产再生混凝土具有一定的可行性;3)粉煤灰再生混凝土:仝小芳[9]的研究结果表明再生混凝土中掺加优质粉煤灰,能够改善其力学性能和表观质量,掺量适中时和易性会有所改善;随着粉煤灰掺量增加,早期强度有所降低,后期强度增长较大,等应变加载时,应力应变曲线与原生混凝土基本相同。对粉煤灰再生混凝土性能影响比较大的因素为再生骨料的质量等级以及其掺量的大小,随着骨料质量等级下降,损伤变大,掺量增多时,坍落度下降明显,强度会略有降低,变形性能会有所改变,等应变加载时,应力应变曲线与原生混凝土明显不同。
3 再生混凝土未来的展望
再生混凝土在节能环保方面的作用明显,也节约了大量的资源和原材料,但是目前的再生混凝土均是通过破碎、筛分回收粗骨料而加以重制,极大的消耗了二次能源。为进一步的降低处理成本和提高节能环保效果,可采用明显大于粗骨料尺寸的块状大尺度废弃混凝土进行再生混合构件的制作,由此制成的混合构件的力学性能及应用分析有待进一步研究。
摘要：结合再生混凝土的应用现状,从管约束再生混凝土与纤维增强再生混凝土等方面,阐述了目前再生混凝土的几种应用形式及其力学性能特点,并分析了再生混凝土的应用前景及发展方向,为再生混凝土的研究应用提供参考。
关键词：再生混凝土,力学性能,抗压强度,节能环保
参考文献
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[2]王浩.型钢再生混凝土组合柱研究现状与建议[J].四川建材,2016,42(3):19-20.
[3]曾岚.GFRP—再生混凝土—钢管组合柱轴压力学性能试验研究[J].土木工程学报,2014,47(2):21-27.
[4]杨永生.纤维再生混凝土基本力学性能试验[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2013,32(12):1669-1672.
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[7]蒋连接.改性橡胶再生混凝土基本性能试验研究[J].硅酸盐通报,2015,34(7):2007-2012.
[8]叶腾.废弃玻璃在再生混凝土中的应用研究[J].硅酸盐通报,2013,33(9):2290-2295.
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强化混凝深度处理再生水试验研究 篇5
以三氯化铁、硫酸铝、聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)作为混凝剂进行六联杯罐试验,首先考察对二级出水中浊度的去除效果,确定了最佳混凝剂为PAC.控制投药量在一定范围内可提高COD和UV254类有机物去除率;增大投药量可有效去除原水中的细菌,聚合氯化铝投加量在20～40mg/L范围内时,细菌去除率在79%左右;当投药量增加到80mg/L时,细菌去除率达到最高值90%.
作 者：张华 孟雪征 朱兆亮 巩崇旺 作者单位：张华,孟雪征,巩崇旺(北京工业大学,建筑工程学院,北京,100022)
朱兆亮(北京工业大学,建筑工程学院,北京,100022;山东建筑大学,市政与环境工程学院,山东,济南,250101)
再生混凝土研究现状论文 篇6
关键词：短切纤维；抗压强度；试验方法
近年来碳纤维和玄武岩两种纤维被广泛地应用于混凝土结构中。目前玄武岩纤维（Basalt Fibre缩写为BF）和碳纤维（Carbon Fibre 缩写为CF）的供应产品常见的纤维布、纤维筋和短切纤维等几种形式，其中短切纤维可以和混凝土拌合物一起搅拌以提高混凝土的抗拉强度和抗冲击性能及降低混凝土干缩性能。
再生混凝土一般是指混凝土中的粗集料由旧建筑物或旧结构物的混凝土解体产物来代替部分制得的混凝土。再生混凝土强度经过试验验证一般会比普通混凝土强度有所降低，纤维混凝土能增强混凝土各项指标，尤其是抗拉强度的提高延迟了混凝土中微细裂纹的发展，对混凝土抗压强度也应有所提高。本实验通过研究短切纤维再生混凝土在不同的纤维掺加量及再生骨料的掺加量的情况下进行的对比研究，为再生混凝土的工程应用提供数据支持。
1 试验原材料
本次试验采用了工程中最常应用的C20、C25、C30三个强度等级，混凝土配合比由华北理工大学建筑工程学院建材试验室（该实验室是唐山市最早的一家建筑工程质量检测实验室）提供。
2 试件制作
试件的制作是依据普通混凝土力学性能试验方法（GB50081-2002）的要求进行制作和养护的，采用立方体标准试模（150mm×150mm×150mm）制作试件，在实验室用搅拌机进行搅拌，振捣台振捣，上表面手工抹平，严格试验以保证混凝土的强度符合设计要求。在标准室进行标准养护，养护条件为标准养护室的室温（20±2）°C；相对湿度95%以上。标准养护28天后进行抗压试验。图1为标准养护完成准备做试验时的试块。
3 试验现象
3.1普通再生混凝土试件
普通再生混凝土在试验机上试压的破坏现象与普通混凝土试块基本一致。首先是随着压力机荷载的加大，试块表面最早出现维小的裂纹，随着持续加载，裂纹沿斜向产生向上或向下的延展裂纹，同时裂纹宽度不断增加。并且由试块表面逐渐发展到内部，之后试件表层混凝土向外鼓出并局部剥落，试块被压碎。此时的压力机上的数值即为所加荷载，除以试件与加压板之间的接触面积即为混凝土试件的抗压强度即为物理学中的压强计算方法。从破坏现象来看，再生混凝土试块的破坏现象为粗骨料与水泥凝胶体之间的粘结破坏，与普通混凝土破坏现象一致。
3.2 纤维再生混凝土试件
相比普通再生混凝土试块，掺有纤维的再生混凝土试块，由于掺入纤维以后纤维本身具有一定的长度。并且在混凝土中处于杂乱分布，小团的短切纤维有一定的拉结力，整个加载过程，混凝土的裂纹的发展受到限制，一直到试块破坏，混凝土剥落时还能看到表面的混凝土还存在于表面，在表面只是见到了大量的裂缝，并不能很明确的看到或者经过手工处理得到普通混凝土试验时的倒锥体。破坏现象明显轻于普通混凝土。图2是纤维再生混凝土破坏形态图。
4 试验结果分析
全部混凝土立方体试件抗压加载结果见表1，表中所列数值是以C20为例，并未全部列出。
从上表可以得出，经过标准养护后的试验结果，在再生集料30%取代率的前提下，普通再生混凝土的强度可与普通混凝土强度代换，纤维再生混凝土的强度与普通混凝土相比而言，略有提高。
5 展望
本试验仅开展了标准养护的混凝土试件的研究工作，要想应用到工程实际中，混凝土构件是要长期承载的，并且现场构件与实验构件也有所区别，同时现场不具备标准养护的条件，因此本工程的试验结果若想应用到工程实践，还需要试验研究的进一步开展。
6 收获与体会
通过这次关于制作纤维再生混凝土，并对其相关性能的研究，我学习到了关于再生混凝土的配合比计算方法，及其制作完试件的力学性能测试整个过程，这是本人作为高中生的一次成功探索。我从中认识到当作建筑垃圾处理的废弃混凝土，经过一系列处理，能够再利用于工程实际，这样既节省了堆放垃圾的场地，有效避免建筑垃圾对环境的污染，又节约了混凝土原材料中粗骨料石子的用量，石子来源于岩石，这样减少了对大自然的危害。
这次试验主要应用的原理是高中物理中的压强计算原理。物理学中的力学知识可以应用到房屋建筑，而房屋建筑又是解决人们衣食住行中的“住”的关键所在。通过这次实验的参与，我不仅认识到努力学习物理知识的必要性，更认识到需要有敢于尝试、敢于创新的勇气，只有把所学知识与实践结合很好的结合在一起，才能让知识更好地服务于社会，创造出更大的价值。同时，在本次研究中我也看到，我的动手能力不足，理论计算和逻辑分析能力也急待提高。
参考文献：
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[2]丛晓红.碳纤维与玄武岩纤维对水泥基材料性能影响的对比实验研究[J].河北建筑工程学院学报，2009，27（2）：40-42.
钢管再生混凝土的研究现状 篇7
随着我国经济的不断发展和建筑业的更新换代, 建筑物建造和拆除施工过程中产生了大量的建筑垃圾, 其中30%~40%为废弃混凝土, 这些废弃混凝土的处理费用惊人, 而且对社会和环境产生了巨大的危害。将废弃混凝土回收利用再生混凝土用于建筑工程是实现建筑资源可持续发展的重要举措。因为再生混凝土的力学性能相对于普通混凝土有所下降, 目前大多应用于道路等非结构体系中。
钢管混凝土将钢材和混凝土有机结合起来, 既能借助内填混凝土提高钢管壁受压时的稳定性, 又能提高混凝土的抗压强度和延性。钢管混凝土因其优越的力学性能和良好的抗震性能在高层和超高层建筑中被广泛应用。
将再生混凝土灌入钢管中形成钢管再生混凝土, 能发挥钢管和混凝土各自的优势, 为废弃混凝土应用提供了重要的途径。钢管再生混凝土的研究尚处于起步阶段, 近年来许多专家和学者纷纷展开研究。
1 钢管再生混凝土柱轴压力学性能研究
钢管再生混凝土轴压性能是研究钢管再生混凝土结构的基础, 国内外的研究都以轴压力学性能为基础展开研究。
国外Konno等[2~3]研究了钢管再生混凝土柱的强度和变形能力, 共进行了包括钢管约束混凝土在内的10个构件的试验, 研究表明钢管再生混凝土柱的力学性能与钢管普通混凝土柱相似, 由于核心再生混凝土的强度及弹性模量较普通混凝土略有降低, 所以刚度和承载力有降低的趋势。
由文献[4]知影响钢管普通混凝土短柱轴压力学性能的主要因素有含钢率、钢材屈服强度以及混凝土抗压强度, 而对钢管再生混凝土, 还需要在此基础上考虑骨料取代率这一重要因素。
杨有福[5]通过对8个钢管再生混凝土短柱以及2个钢管混凝土轴压短柱进行试验研究, 比较了钢管再生混凝土与钢管混凝土的荷载-变形关系曲线和强度承载力曲线。研究表明:钢管再生混凝土轴压短柱与钢管混凝轴压短柱的荷载-变形关系曲线系相似, 钢管再生混凝土的强度承载力低于钢管混凝土的强度承载力, 并且随着骨料取代率的增加有降低的趋势。
邱昌龙[6]研究了钢管再生混凝土短柱的受压性能, 包括破坏形态、承载力、荷载-位移和应力-应变关系, 并和普通混凝土短柱进行了对比。研究表明:钢管再生混凝土和普通钢管混凝土短柱的破坏形态是一致的, 并且两者的应力-应变曲线和荷载-位移曲线基本相似, 钢管再生混凝土构件的承载力和刚度均低于相应的钢管普通混凝土构件。
纵斌[7]考虑再生骨料取代率和钢管再生混凝土强度的影响, 进行了相同用钢量的12个钢管再生混凝土短柱和12个钢筋再生混凝土短柱的轴心受压极限承载力试验, 试验表明当再生混凝土中再生骨料从0增加至100%时, 钢管再生混凝土短柱和钢筋再生混凝土短柱的承载力均有5%左右的下降。钢管再生混凝土轴压短柱的轴压刚度和轴压极限承载可以使用国内外现行规程进行估计。
陈杰[8]进行了18个钢管再生混凝土及6个钢管普通混凝土轴心受压构件的试验研究, 研究表明两者的荷载-应变曲线相似, 再生粗骨料并不明显降低钢管混凝土构件的承载力, 核心再生混凝土强度、含钢率及钢材屈服强度对钢管再生混凝土轴心受压短柱承载力的影响与普通混凝土类似。
王玉银等[9]在用钢量相同的情况下, 进行了12个钢管再生混凝土和12个配置螺旋箍筋的钢筋再生混凝土轴压短柱试验。试验结果表明:钢管再生混凝土试件较相同用钢量的钢筋再生混凝土试件表现出更好的力学性能;极限承载力方面, 再生粗骨料替代率对钢管混凝土短柱的影响幅度相对钢筋再生混凝土短柱较小;核心再生混凝土强度对轴压短柱力学性能的影响规律与相应的钢管普通混凝土短柱和钢筋普通混凝土类似。
2 钢管再生混凝土柱压弯及纯弯构件力学性能
杨有福[10]课题组制作了56个钢管再生混凝土构件 (包括24个轴压短柱、8个纯弯构件和24个压弯构件) , 考察其在一次加载下的静力性能。研究结果:在确定钢管与核心再生混凝土本构关系模型基础上, 利用纤维模型法和有限元软件Abaqus模拟和分析钢管再生混凝土纯弯和压弯构件的荷载—变形全过程关系曲线[11], 两种数值方法的计算结果与试验结果吻合较好。并采用纤维模型法对钢管再生混凝土压弯构件力学指标进行了大规模参数分析, 提出了纯弯构件和压弯构件承载力简化计算公式, 公式的计算结果与试验结果吻合较好。
杨有福[11]在确定钢管与核心再生混凝土本构关系模型的基础上, 采用有限元Abaqus对钢管再生混凝土纯弯构件和压弯构件的破坏模态和荷载-变形关系曲线进行了全过程分析, 有限元计算结果表明, 钢管再生混凝土纯弯构件的破坏模态与钢管普通混凝土构件相类似, 构件表现出良好的塑性和稳定性。
叶欣, 杨有福[12]进行了圆、方钢管再生混凝土纯弯构件各4个和相应的2个钢管普通混凝土对比构件的实验研究。观察和分析了钢管再生混凝土纯弯构件的力学性能和破坏形态。研究表明:钢管再生混凝土纯弯构件的力学性能与钢管普通混凝土纯弯构件类似, 用于钢管普通混凝土纯弯构件分析的纤维模型法也适用于钢管再生混凝土纯弯构件。再生混凝土粗骨料骨料取代率越大, 钢管再生混凝土纯弯构件的极限弯矩和刚度越小, 因为再生混凝土的强度和弹性模量随着再生混凝土粗骨料取代率的增大而降低。
张波等[13]通过对8个圆钢管再生混凝土及2个圆钢管普通混凝土柱的实验研究, 考察了混凝土类型和荷载偏心距对此类构件力学性能的影响, 比较了圆钢管再生混凝土柱与钢管普通混凝土柱的荷载—变形关系曲线和承载力。研究表明:圆钢管再生混凝土偏压构件的力学性能与圆钢管普通混凝土相似。圆钢管再生混凝土构件的承载力随荷载偏心距的增大而降低, 在偏心距相同的情况下, 其承载力随骨料取代率的增大而降低, 但降低幅度不大。总体上, 各规程均能较好的预测圆钢管再生混凝土柱的承载力, 且结果偏于安全。
马国梁[14]以钢管截面形态、再生骨料类型及再生骨料取代率为主要参数, 共进行了28个 (14个轴压和14个受弯) 不锈钢再生混凝土试件试验研究, 考察了上述参数对弯曲性能的影响。结论表明:不锈钢管再生混凝土弯曲性能和相应的不锈钢管普通混凝土类似。利用试验与有限元模型, 系统分析了不锈钢类型、混凝土强度、含钢率和再生骨料取代率对钢管再生混凝土受弯构件荷载变形曲线和承载力的影响规律。研究表明:不锈钢再生混凝土柱的受弯承载力随着不锈钢屈服强度和含钢率的增大显著增大, 混凝土强度和再生骨料取代率对其影响较小。
3 钢管再生混凝土柱长期荷载作用下的力学性能
杨有福[15]进行了4个长期荷载作用下钢管再生混凝土试件的试验研究, 同时进行了2个钢管普通混凝土对比试件的测试。研究表明:钢管再生混凝土中核心再生混凝土的收缩变形特性与相应钢管普通混凝土中核心混凝土的收缩变形特性类似, 但前者总体高于后者。钢管再生混凝土试件与钢管普通混凝土试件中核心混凝土在长期荷载作用下的纵向变形随时间变化的规律类似, 但前者总体高于后者。作者课题组基于长期荷载作用下钢管普通混凝土构件方面取得的研究成果, 利用龄期调整有效模量法, 对钢管再生混凝土构件在长期荷载作用下的变形特性和力学性能进行了理论分析。结果表明:钢管再生混凝土试件纵向总变形随时间变化曲线与试验结果吻合较好, 对于经过长期荷载作用的试件, 数值方法得到的荷载—变形关系曲线与试验曲线也吻合较好。
汪承华[16]进行了6组12个钢管再生混凝土短柱徐变试验, 考虑参数为再生粗骨料取代率和加载龄期。在试验参数情况下, 随着再生粗骨料取代率的增加, 徐变系数逐渐增大, 与钢管普通混凝土相比, 取代率为50%和100%时, 徐变系数分别增大5%和17%。此外, 徐变系数随着加载龄期的增大而减小。持荷时间为3个月时, 与加载龄期为28天的钢管再生混凝土徐变系数相比, 加载龄期为6 d和14 d试件的徐变系数分别增大20%和8%, 而加载龄期为56 d试件的徐变系数则降低30%左右。由于文中试件长细比不大, 长期荷载作用对钢管再生混凝土试件的承载力影响不变。
4 钢管再生混凝土柱的抗震性能
影响钢管再生混凝土柱抗震性能的主要因素有承载能力、变形能力、耗能能力和破坏形态。
余银银[17]对10根直径为165 mm, 壁厚为4 mm和2mm的圆钢管再生混凝土柱进行往复荷载下的试验研究, 分别从滞回曲线、耗能能力、骨架曲线及延性、刚度退化等抗震性能指标对钢管再生混凝土柱进行了研究。结论表明:含钢率相同的条件下, 再生骨料的使用使得滞回性能有所削弱, 再生骨料的使用不降低试件的抗侧刚度, 再生骨料取代率的不同与试件的水平承载力没有直接的联系。再生骨料替代率的不同没有很大程度影响到试件的刚度退化曲线。随着含钢率的增大, 钢管再生混凝土柱弹性阶段的刚度和抗震性能整体上有所提高, 表现出与普通混凝土柱相同的规律。含钢率对不同骨料取代率试件的刚度退化曲线影响规律相同。
杨有福[18]共进行了10个圆钢管再生混凝土柱及3个相应圆钢管普通混凝土柱在往复荷载下的试验研究。结论表明:钢管再生混凝土柱在恒定轴压力和往复荷载作用下的破坏模态与相应钢管普通混凝土柱相似, 均为压弯破坏, 钢管再生混凝土柱也具有良好的抗震耗能能力。在低周反复荷载作用下, 钢管再生混凝土柱的承载力和抗弯刚度略低于相应普通混凝土柱, 但延性略有提高。与试验相比, 各规程计算的钢管再生混凝土试件承载力均偏于安全。总体上, 纤维模型法和有限元法计算得到的试件P-Δ滞回曲线均与试验结果吻合较好。
李卫秋[19]进行了2根空心钢管普通混凝土柱和1根空心钢管再生混凝土柱的滞回性能试验研究, 得到试件的荷载-位移滞回曲线。分析了各试件的破坏形态、骨架曲线、耗能能力和位移延性等抗震指标。研究表明:空心钢管再生混凝土压弯构件的抗震性能低于相应的普通混凝土构件, 空心钢管再生混凝土压弯构件荷载-位移骨架曲线与普通混凝土构件相似, 各参数对曲线的影响规律也一致。
5 钢管再生混凝土的研究展望
除以上研究外, 还有一些专家学者进行了以下研究:高温后钢管再生混凝土柱的理论分析与试验研究[20]、钢管再生混凝土柱抗火性能研究[21]、酸雨和冻融环境对钢管再生混凝土性能的影响[22]、补偿收缩对钢管再生混凝土力学性能的影响[23]、钢管再生混凝土粘结滑移性能研究[24]、钢管再生混凝土柱抗震性能与损伤评价[25]、从灾后重建探讨再生混凝土的研究现状及其应用发展等[26]。
通过对钢管再生混凝土研究成果的分析, 发现目前钢管再生混凝土的研究对象主要是构件, 还基本没有进行相关节点、框架的试验研究。而且目前研究的主要是钢管再生混凝土短柱, 长柱和梁的研究也很少。研究的截面形式也仅仅局限于圆形和方形, 对异形截面的研究也少见报道。这些都是钢管再生混凝土研究中的不足, 需要着手解决的问题。
6 结论
1) 钢管再生混凝土构件的力学性能与钢管普通混凝土构件的力学性能相似。
2) 钢管再生混凝土组合结构既能弥补再生混凝土性能的不足, 同时又有利于保护环境, 具有重大的生态意义。
再生混凝土结构性能研究现状分析 篇8
1 国外研究现状
第二次世界大战后,苏联、德国、日本等国对废弃混凝土进行了开发研究和再生利用,都提出了混凝土必须绿色化,以减少对人类生存条件的危害。再生混凝土的利用现在已经是各个国家共同研究的课题,在许多发达国家还采用立法形式来保证此项研究和应用的发展。
日本政府早在上世纪七十年代就制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》,l995年再生混凝土的利用率为65%,要求到2000年混凝土块的资源再利用率达到90%。此外,日本还对再生混凝土的吸水性、强度、配合比、收缩、耐冻性等进行了系统的研究[4]。1996年日本对废旧水泥混凝土的再生利用率达到了65%。
在欧洲,德国已将再生混凝土用于公路路面的建设,德国Lower Saxong的一条双层混凝土公路采用了再生混凝土,该混凝土路面总厚度26cm,底层混凝土19cm采用再生混凝土,面层7cm采用天然骨料配制的混凝土。
美国也是较早提出环境标志的国家之一,其制定的《超基金法》给再生混凝土的发展提供了法律保障。美国大力研究再生混凝土的相关性能,并积极用于实际的工程,不但节约了垃圾清运和处理等费用,还大大减轻了城市的环境污染。
在加工工艺及混凝土配制方面,目前俄罗斯和德国[5]处于领先状态。Mukai和Topcu[6]等人在混凝土的配制方面进行了大量的实验研究,使得混凝土的性能有了很大的改观。Padorn和Zollo[7]等用ASTMC-39测试方法进行了素混凝土和聚丙稀纤维增强混凝土抗压性能的实验,得出因纤维的存在,混凝土抗压强度下降的结论。
2 国内研究现状
虽然我国对再生骨料混凝土的开发利用晚于发达国家,不过近几年来政府对建筑垃圾的循环再利用高度重视,我国政府制定的中长期社会可持续发展战略中就鼓励废弃物的研究开发利用,建设部将“建筑废渣综合利用”列于年科技成果重点推广项目。目前,我国一些城建单位对建筑废弃物的回收利用做了有益的尝试,成功地将部分建筑垃圾用于细骨料、砌筑砂浆、内墙和顶层抹灰、混凝土垫层,与粉煤灰、石灰类混合做道路基层、铺筑路面等。一些研究单位也展开了用城市垃圾制取烧结砖和混凝土砌块技术,并且具备了推广应用的水平。但针对垃圾总量来看,利用率还很低。
在国内,肖建庄等对再生混凝土空心砌块的受压性能进行了分析,以及周贤文对再生骨料混凝土空心砌块进行了试验研究。戴薇原，孙伟民等[8]对再生混凝土的抗冻融性进行了试验研究,利用有50年龄期的废弃混凝土破碎所得骨料作为再生混凝土的粗骨料,并分别以25%、50%、75%及100%的掺入百分比配制再生混凝土,探讨再生混凝土的抗冻融循环的能力。
结果表明,用以上方法配制的再生混凝土基本上能符合抗冻耐久性的相关规定,抗冻融循环的能力能达到一般工程的要求。
近年来,国内对建筑垃圾再利用做再生骨料生产多孔砖方面的研究还处于起步阶段。国内新型墙体材料行业,在国家政策的引导和支持下,有了突飞猛进的发展,引进国外的先进产品及技术的国产化方面也取得了很大的成绩。在承重墙体材料中,混凝土小型空心砌块、加气混凝土、煤研石烧结空心砖、粉煤灰烧结空心压、粉煤灰蒸压砖以及其它利废制品有一定的发展。非承重墙体材料以发展利用工业废渣的各种空心砖、砌块和轻质板材为主。
河南宇泰机械制造有限公司在废物再生利用方面,经过多年潜心实践研究,同诸多的科研院所、大专院校联手技术合作和研究,成功地解决了建筑垃圾废物再利用项目—利用建筑垃圾生产标砖、多孔砖、空心板、空心砌块等产品的成套设备及技术。
辽宁省建材科研所课题组制定的关于严寒地区利用工业废渣生产混凝土多孔砖工业化技术研究方案,该课题主要是研究开发适合严寒地区特点、满足推广节能建筑的利用工业废渣的混凝土多孔砖。研究成果将对产品的原料配比、产品规格及孔型、孔洞率提供工艺技术参数,对建设生产线的工艺技术设备、生产规模、投资预算、经济效益分析等提出指导意见,并对需完善的配套应用技术提出建设性意见为保证开发研究工作的顺利进行,课题组将选择技术先进的装备制造企业、拟建或已竣工投产生产线的企业开展合作[9]。
3 结语
合理设计的再生混凝土基本上能够达到普通混凝土的性能要求,其应用于土木工程中是可行的。为了推广再生混凝土,需要对其结构性能和设计方法进行研究。再生混凝土的开发和应用,一方面解决了大量废弃混凝土处理困难以及由此造成的生态环境日益恶化等问题;另一方面,用废弃混凝土再生骨料替代天然骨料,可以减少混凝土工程对天然砂石的开采,可以从根本上解决天然骨料的日益匮乏以及大量砂石的开采对生态环境的破坏,保护了人类的生存环境,保证了人类社会的可持续发展。可见,对于再生混凝土结构的研究具有重要的现实意义,是现代结构发展的一个新方向。
摘要：混凝土作为最大宗的人造建筑材料,其废弃混凝土碎块的产生量也继续增多,对自然资源的占用及其对环境造成负面影响巨大。如何处理废弃混凝土碎块的问题将更趋严峻,因此提出了再生混凝土的概念。本文对再生混凝土结构性能在国内外研究现状进行论述,指出再生混凝土结构具有广阔的应用前景。
关键词：建筑节能,再生混凝土,结构性能,应用前景
参考文献
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[8]戴薇原,孙伟民,缪汉良.再生混凝土的抗冻融性试验研究[J].混凝土,2007(8):69-74.
再生混凝土研究现状论文 篇9
1.1 再生混凝土
再生混凝土是指将废弃的混凝土块经过破碎、清洗、分级后,按一定比例与级配混合,部分或全部代替砂石等天然集料(主要是粗集料),再加入水泥、水等配制而成的新混凝土。近年来,由于城市住宅更新和市政动迁规模的不断加大,大量旧建筑物被拆毁,或由于地震破坏产生的城市建筑垃圾量越来越大。以前,建筑垃圾只是作为回填材料简单使用,或者干脆运往垃圾场堆放,前者从一定程度上讲尚未合理利用回收资源,后者则侵占了大量农田,导致严重的环境破坏。如何合理处理这些建筑垃圾已经引起了政府部门和公众的普遍关注。
日本、丹麦等资源相对匮乏的国家早在20世纪70年代就对废弃混凝土进行了再生利用,1997年日本政府就制定了《再生骨料和再生骨料混凝土使用规范》,并相继在日本各地建立了以处理混凝土废弃物为主的再生加工厂,生产再生水泥和再生骨料。根据日本建设省的统计,1995年度日本全国混凝土的利用率为65%,2000年废弃混凝土块的再利用率就已达到90%。
1.2 钢纤维混凝土
钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型多相复合材料。乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成,显著地改善混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能,具有较好的延性。
我国研究和应用钢纤维混凝土开始于20世纪70年代,而近20年来,发展异常迅速。进入20世纪80年代以后,这一领域试验研究有了迅速的进展,赵国藩从断裂力学理论出发,道出与复合材料理论相一致的乱向分布钢纤维混凝土抗拉强度公式,并分析了钢纤维混凝土的增强机理和破坏形态。章文纲、程铁生进行了单轴压荷载下钢纤维混凝土梁抗剪性能试验研究。徐蕴贤等人在推广钢纤维混凝土应用于铁路路轨枕木、桥面铺装和工程加固修复的同时,开展了材料基本强度和抗冲击、抗磨等性能试验研究。为了更好地推动钢纤维混凝土的研究与应用的发展,在中国土木工程学会下专门设立了现为混凝土委员会,积极组织开展国内外学术交流。在赵国藩主持下,委员会组织了共八届全国性纤维水泥与现为混凝土学术会议,极大地推动了钢纤维混凝土在我国科研工作发展。
1.3 橡胶混凝土
自20世纪90年代起,美、英等发达国家为了解决日益增长的废旧橡胶轮胎的处理问题,将废旧轮胎磨碎制得橡胶粉,然后与水泥混凝土混合,制成“橡胶水泥混凝土”。它的性能介于普通混凝土和沥青混凝土之间,并集合了橡胶和水泥混凝土的特点。
目前,对于橡胶再生混凝土,国内外相关的研究报道极少。我国对再生混凝土的研究和应用均晚于工业发达国家,且对于建筑废弃物的处理办法主要是运往露天堆放或填埋,即使是回收也只是作为建筑物或道路的基础材料等低级利用,这样不仅占用大量土地,造成环境污染,而且还会导致资源的严重浪费。研究表明用再生骨料很容易配制出抗压强度25~50MPa的混凝土,我国合宁高速公路采用再生骨料混凝土浇筑混凝土路面,其质量均达到优良;上海市建筑科学研究院莘庄科技发展园区内建成的生态建筑示范楼,其再生材料使用率达到60%,应用结果表明该建筑具有超低能耗和很好经济指标。
2 钢纤维橡胶再生混凝土研究现状
钢纤维橡胶再生混凝土是将再生骨料、钢纤维、橡胶三者按一定的比例掺入或取代普通混凝土中的集料。大量研究表明,钢纤维高强混凝土的劈裂抗拉强度和抗折强度显著增大,并且随着纤维掺量的增加,混凝土的拉压比明显提高。若将钢纤维掺入到橡胶高强混凝土中,将能发挥钢纤维对混凝土的阻裂、增强、增韧作用,改善由于橡胶粉的掺入所导致的高强混凝土力学性能下降的问题,使再生橡胶高强混凝土这种新型的绿色环保建筑材料能够得到进一步的开发与应用。
国内外对橡胶混凝土的研究主要集中在力学性能方面。李悦[1]研究了掺加废橡胶微粒的再生混凝土的物理力学性能,试验结果表明,新拌橡胶集料再生骨料混凝土的坍落度随着橡胶掺量的增加呈增大趋势,且新拌橡胶集料再生混凝土的流动性要好于普通再生骨料混凝土;当橡胶颗粒掺量相同时,橡胶再生混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度与橡胶集料混凝土比较接近,但两者都比再生混凝土降低很多,且随着橡胶掺量的增加,降低幅值就越大;但是橡胶再生骨料混凝土的韧性得到提高。莫晓东[2]将乳化沥青与粗骨料搅拌,形成沥青薄膜,添加再生钢纤维橡胶颗粒或再生橡胶颗粒,制成混凝土试件。通过改变试件再生骨料取代率研究其轴心抗压性能。结果表明,沥青改性再生混凝土、钢纤维橡胶沥青改性再生混凝土的轴心抗压强度都随着再生骨料取代率的增加而增大,但橡胶沥青改性再生混凝土的轴心抗压强度变化不大。曾海斌、吴炎海[3]等,以再生骨料取代率和废旧橡胶掺量两个参数为控制变量制作再生混凝土试块,对废旧钢纤维橡胶再生混凝土抗拉、抗压性能进行研究,结果表明,钢纤维橡胶颗粒对再生混凝土抗压强度有降低作用,但混凝土抗裂性能却能得到显著提高。取代率达到60%时,废旧钢纤维橡胶再生混凝土抗压性能优于废旧橡胶再生混凝土。龙秀海[4],研究结果表明,橡胶颗粒、钢纤维橡胶颗粒以及再生粗骨料的加入降低了混凝土的流动度;随着橡胶颗粒掺量的增加,再生混凝土抗压强度基本上呈线性下降趋势;随着钢纤维橡胶颗粒掺量的增加,再生混凝土抗压强度呈下降趋势。华北水利水电大学陈爱玖[5,6]等对再生混凝土基本性能作了较深入的研究,特别针对钢纤维橡胶再生混凝土,采用正交试验法分析再生粗骨料掺量、骨料强化方式、橡胶颗粒掺量、钢纤维掺量对其劈拉、抗裂、抗压性能的影响规律,试验结果表明,橡胶颗粒对性能影响最大,钢纤维次之,再生骨料掺量及骨料强化方式对性能影响不大。同时,通过正交试验方式得到:当再生粗骨料掺量为20%,钢纤维掺量为0.6%,橡胶掺量为20%,骨料采用机械强化方式时,能够使混凝土得到最佳的性能。
3 结论与展望
(1)目前国内对钢纤维橡胶再生混凝土的研究还处于起步阶段,力学性能、耐久性能是该材料研究的重点。根据工程实践应用情况来看,钢纤维橡胶再生混凝土的其他性能,亦可对其产生较大的影响。
(2)钢纤维橡胶再生混凝土技术是一种可暂时解决建筑垃圾、废旧汽车轮胎处理问题的技术,但是,在钢纤维橡胶再生混凝土达到使用寿命后将会再次称为建筑垃圾,此时,钢纤维橡胶再生混凝土该如何处理才能不对生态环境造成二次污染,这是一个应该及早展开研究讨论的问题。
参考文献
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再生混凝土研究现状论文 篇10
PM2.5是近来一直比较受关注的问题,2013年4月19日我国将PM2.5正式命名为“细颗粒物”,PM2.5的攀升与城市建设密切相关。随着城市化进程的加快,产生的建筑废弃物越来越多,据粗略统计,截至2005年,我国建筑废弃物已达4亿t,成为世界上建筑废弃物产生量最多的国家,预计2020年新增建筑废弃物排放量将超过10亿t。另有统计显示每堆积1万t建筑废弃物约占用土地67m2,每年因建筑废弃物填埋破坏的良田达到0.7万公顷[1]。在建筑废弃物中废弃混凝土的比例多达35%~50%,目前对废弃混凝土的有效再生利用方式通常是将其进行破碎处理加工成再生骨料,由再生骨料部分或全部替代天然骨料配制成再生骨料混凝土(Recycled aggregate concrete,RAC)。RAC是一种能够节约资源、减少碳排放的低碳混凝土,在优化混凝土产品结构、节能降耗、实现混凝土材料可持续发展的同时,可以促进水泥混凝土行业走向低碳产业化的道路。本文主要对RAC在国内外的应用现状及研究进展进行了综述。
1 国内外RAC应用现状
1.1 废弃混凝土的再生利用率
据日本建设省的统计,2000年日本废弃混凝土资源化利用率从1990年的48%提升到96%,而2003年的再生利用率达到了98%[2]。据2006年政府生产委员会的草案统计,澳大利亚每年产生的1.36亿t建筑垃圾中废弃混凝土约占81.8%,其中再生利用率为54%[3]。据2004年调查显示,美国使用的再生骨料达27亿t,其中的60%~70%被用来制备再生混凝土[4,5]。目前我国每年因拆除和新建建筑产生的固体废弃物总量有3亿t,仅废弃混凝土就占1亿t左右,废弃混凝土的再生利用率尚未进行过统计。
1.2 与RAC相关的技术规程
1977年日本政府制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》,并在各地建立了再生骨料及再生混凝土加工厂。日本政府将应用于非承重结构的再生粗骨料分为三类,再生细骨料分为两类[6],同时为了推广使用再生骨料,日本工业标准(JIS)颁布了应用于承重结构的再生骨料及再生混凝土标准,并于2005年、2006年分别颁布了“高级再生骨料使用规范”及“低级再生骨料混凝土使用规范”[7]。澳大利亚联邦科学工业研究组织(CSIRO)于1998年、2002年分别颁布“非承重结构再生骨料使用规范”及“再生混凝土及砌体材料使用规范”[8,9],规范中将应用于非承重混凝土结构的再生骨料划分为级别1和级别2:级别1主要从构成及性质方面将再生骨料分为4类,级别2则从应用范围上将再生骨料分为6类。目前对路面基础工程中应用的再生骨料,澳大利亚已有明确的技术标准,正积极探讨制定再生混凝土的技术性能规范[7]。美国国际材料协会RILEM于1993年颁布了《再生骨料混凝土规定》,该规定根据来源的不同将再生粗骨料分成3类,依据强度和环境等级2个指标界定了再生混凝土的使用范围[10]。
由同济大学等单位编制的《再生混凝土应用技术规程》(DG/TJ08-2018-2007)作为上海市工程建设规范于2007年7月1日实施,该规程对再生混凝土生产及使用各个环节中需要注意的问题进行了详细的说明。
1.3 与RAC相关的政策法规
日本将建筑废弃物定义为“建筑副产物”,并对其分类进行了详细的界定,主要包括再生资源和废弃物。1991年日本政府制定了《再生资源利用法》,鼓励建筑企业承担起社会责任,使用再生材料。日本原建设部于1992年、1994年先后颁布了“再生利用二十一条”计划和《再生混凝土材料质量保证暂行条例》,2000年日本政府颁布了《建筑副产物再循环法》[2]。美国政府制定并颁布了《超级基金法》,为促进再生混凝土的应用提供了法律保障。在建筑废弃物回收利用方面,美国地方政府让企业交纳押金,在为企业提供技术支持的同时还设立用于研究回收再利用的专款,给企业以经济支持。
近年来,我国也陆续颁布了一些与建筑废弃物有关的政策法规,政府鼓励对建筑废弃物进行综合利用,鼓励开发商、承包商优先采用建筑废弃物再生利用产品。此外财政部的再生节能建筑材料财政补助资金管理暂行办法中明确,国家财政将安排资金专项用于支持再生节能建筑材料的生产与推广应用,某些文件还将利用建筑垃圾70%的产品原料列入资源综合利用企业所得税优惠目录等。
1.4 RAC工程实践
在美国密歇根州US-41道路修建过程中,承包方在基层中采用再生骨料,节省了约3.8%的总造价。2004年上海市建筑科学研究院设计的萃庄科技发展园区内的生态建筑示范楼建成,该楼的墙体全部使用再生骨料混凝土空心砌块建成,再生材料的使用率达到了60%,具有超低能耗和良好的经济指标[11]。世博会城市最佳实践区上海案例馆建筑从基础到主体结构全部采用了泵送再生骨料混凝土,经上海建科院实地抽样检测,该再生骨料混凝土的强度、耐久性及施工性能完全达到设计要求,使用寿命可达100年。截至2003年10月底,香港的10多个工程消耗了超过22700m3的再生混凝土,这些工程涉及到钢筋桩承台、承重梁与墙体及大体积混凝土等[12]。
2 RAC材料性能研究
2.1 RAC强度研究
(1)再生粗骨料对RAC强度的影响
再生粗骨料的来源、取代率及特性等因素对RAC强度存在显著影响。采用同一来源的再生粗骨料有利于改善RAC的强度,在一定条件下制备RAC时采用较高再生粗骨料替代率可以有效提高RAC强度,再生粗骨料表面附着的砂浆及内部损伤导致RAC强度变化规律性不明显。肖建庄等[13,14,15]通过试验研究发现,RAC的抗压强度与废弃混凝土的强度等级(再生粗骨料的来源)有关,将不同强度等级的废弃混凝土混合加工而成的再生粗骨料将显著降低RAC的抗压强度,RAC各种强度指标之间的换算关系与普通混凝土不同。王占锋等[16]的研究表明,RAC的抗压强度随着再生骨料取代率的增加而增加,与普通混凝土相比,RAC立方体抗压强度平均提高了14%,而棱柱体抗压强度平均提高了38%。朋改非等[17]研究发现,在高水胶比的前提下,再生骨料表面附着的砂浆是导致RAC抗压强度下降的主要因素;而在低水胶比条件下,骨料损伤则是主因。在对再生骨料表面的砂浆进行剥离后,高水胶比下RAC抗压强度有所上升,而低水胶比下则进一步降低。
(2)龄期对RAC强度的影响
不同的龄期将对RAC强度的发展产生深远的影响。受再生粗骨料自身特性的影响,在标准龄期下,改变再生粗骨料取代率,RAC强度呈现出不同的变化规律,但是随着龄期的延长,同一再生粗骨料取代率下的RAC强度将明显有所提高。孙吉书等[18]的试验表明,在同一龄期下,RAC抗压强度随着再生粗骨料取代率的增加而下降;在同一取代率下,RAC抗压强度下降程度随着龄期的发展将愈发显著;但随着再生粗骨料取代率增加,RAC抗压强度随龄期的增长速度有所降低。陈宗平等[19]的研究表明:在标准龄期(28d)下,随着再生粗骨料取代率的增加,RAC棱柱体抗压强度总体呈现略微上升的趋势,但是在取代率为20%和50%时,RAC强度稍低于普通混凝土强度,主要与再生粗骨料表面含有的水泥基及破碎过程中引起的内部微裂缝有关;同一批再生粗骨料取代率不同的RAC静置2年后,其棱柱体抗压强度与标准龄期时相比平均提高了16.8%,原因是RAC内部水泥胶体的水化程度随着时间的延长而不断加深。
(3)其他因素对RAC强度的影响
与普通混凝土类似,低水胶比有利于提高RAC强度。胡琼等[20]指出在用水量相近的情况下,RAC抗压强度随着水灰比的减小而增大。施养杭等[21]指出掺入粉煤灰、硅微粉等矿物掺合料可以提高再生混凝土的棱柱体抗压强度,掺入硅微粉时提高的效果更为显著。马静等[22]指出添加减水剂可以提高RAC的早期强度。
再生粗骨料加工工艺(如湿处理)也将影响RAC的强度。湿处理即在制备RAC前先对再生粗骨料进行冲洗。王玲玲等[23]指出湿处理工艺对RAC在标准龄期下抗压强度有促进作用,当再生粗骨料取代率为15%和60%时,抗压强度分别提高了13.4%和16.0%,变化幅度明显;而在再生粗骨料取代率为30%和45%时,抗压强度变化幅度不大。
2.2 RAC耐久性研究
RAC的抗疲劳性、抗碳化性与普通混凝土相似,而抗冻性及抗渗性明显较差,可参照普通混凝土的某些研究成果对RAC进行深入研究。肖建庄等[24,25]的试验结果表明RAC的疲劳应变随着疲劳荷载作用循环次数的增加而增加,其发展大致经历循环蠕变阶段、疲劳和蠕变共同作用阶段及随疲劳裂缝发展疲劳应变增大阶段。与普通混凝土相比,RAC在疲劳性能方面不存在明显的差异,在应用水平相同的情况下,RAC疲劳寿命较长,这主要与再生骨料的初始损伤有关。普通混凝土的疲劳研究成果可以为RAC所用。霍艳华等[26]指出再生粗骨料取代率为30%的RAC与普通混凝土相比抗碳化性能基本一致,抗冻、抗渗性略差,在经过循环冻融后抗渗性能下降较大。添加粉煤灰可使RAC抗渗性有较大的提升。崔正龙等[27]研究发现再生骨料表面砂浆强度和附着率对RAC碳化深度有影响。
3 RAC构件及结构性能研究
目前国内对RAC材料基本性能方面的研究已较为成熟,但对RAC构件或结构力学性能方面的研究尚显不足。采用RAC材料加工成的制品主要有RAC梁、RAC柱及RAC墙等,在加工制品时必须对RAC进行一定的处理,方可将加工后的制品用作工程构件或是用于工程结构中。对RAC制品性能的研究多以实验室试验研究和理论研究为主,实地工程试验测试罕见,因此RAC制品在实际工程应用中的安全性及可靠性仍存有众多顾虑。RAC制品的各项性能与普通混凝土梁、柱、墙相比存在显著差异。
3.1 RAC梁
赵莉等[28]的试验结果表明,再生混凝土适筋梁破坏过程与模式与普通混凝土梁基本类似,平截面假定可适用于再生混凝土简支梁受弯正截面。随着再生粗骨料取代率的增加,再生混凝土梁的开裂弯矩、屈服弯矩和极限弯矩逐渐减小,挠度和最大裂缝宽度逐渐增大,最大裂缝深度则减小。刘超等[29]指出对再生粗骨料取代率为30%的RAC配合比进行调整,达到规定的强度等级之后,可直接将其应用于梁构件;再生粗骨料取代率为50%的混凝土梁由于受力性能离散性较大,需要深入研究其性能及调整措施之后才可应用;而对再生粗骨料取代率为80%、100%的再生混凝土,通过添加外加剂改良之后方可应用于梁构件。
3.2 RAC柱
胡琼等[30]的试验结果表明,小轴压比时RAC柱发生延性破坏,大轴压比时RAC柱发生脆性破坏,在轴压比相同的情况下,RAC柱的延性略差于普通混凝土的延性。掺入粉煤灰可改善RAC的延性,但是其承载力将会有所下降。杜朝华等[31]研究发现,与普通混凝土相比,RAC柱在破坏形态及过程、跨中侧向挠度、混凝土应变、钢筋应变方面区别不明显,再生粗骨料的取代率对柱承载力的影响较小。500 MPa级钢筋RAC偏心受压柱中截面压应变符合平截面假定,在临近破坏的情况下,小偏压柱的受压钢筋可达到屈服强度,大偏压柱的受压、受拉钢筋均可达到屈服强度。
3.3 RAC墙
倪天宇等[32]的研究表明,在有竖向荷载作用时,墙体结构受力均匀,墙体抗水平力得到充分发挥,未产生明显的主裂缝;在无竖向荷载时,有明显主裂缝,墙体表现为显著的脆性破坏。张锋剑等[33]的试验结果表明,RAC构造柱亦可对墙体形成有效约束,使得RAC砌块墙体在变形、承载能力及耗能方面表现良好,且可采用规范设计公式进行验算。此外RAC砌块墙体的抗震性随着墙体竖向压力的增大而提高,随着墙体高宽比的增加而降低。周静海等[34]的试验结果表明,RAC墙体极限承载力与侧向刚度随高宽比的增加而不断下降,而延性系数有所上升,所有墙体试件的耗能性能和变形能力逐步增强,破坏状态延性系数均大于3,RAC墙体具有良好的抗震性能和耗能能力,可应用于结构构件。
3.4 RAC结构
王长青等[35]的试验结果表明,RAC框架具有良好的抗震能力、变形能力。经过多次重复地震试验,RAC框架虽然遭到较严重的破坏,但尚未倒塌。曹万林等[36]的研究表明,全RAC与底部普通混凝土、上部全RAC两个框架-剪力墙结构模型在承载力、弹塑性变形能力、刚度退化规律、耗能能力、屈服机制方面均接近,且破坏特征也相类似。经过工程实践的验证,在8度及以下地震区的多层、高层结构上部受力较小的楼层采用RAC能够满足要求。肖建庄等[37]的试验表明,构造柱-圈梁-现浇板体系RAC砌块砌体房屋结构在很大程度上提高了再生墙体的抗震能力,改善了墙体的延性和变形能力,有利于防止墙体发生脆性破坏。
4 RAC环境经济性研究
国内外大量的实验及工程试验证实,RAC在技术上可行,可应用于工程的非承重或承重结构中。RAC是一种绿色新型建筑材料,在对其应用的过程中将产生巨大的经济效益、环境效益和社会效益。国内外的众多研究者对RAC的经济性和环保性进行了定性分析与定量研究。
RAC经济性与天然砂石的紧缺程度、城市废弃物处置费用、再生回收利用设备的装置及工艺水平、政府的政策扶持等因素密切相关。王超等[38]的研究表明,将废弃混凝土加工成再生骨料时,可节约62%的自然资源,减少35%的CO2排放和0.067m2土地的占用,同时还可避免对城区生态环境的影响。RAC经济性是经济效益和环境效益的综合表现。李莹[39]结合国内外环境成本的研究成果,发现再生粗骨料替代率越高,生产RAC总成本越低,经济效益越可观。
目前我国上海、北京、青岛及邯郸等城市均有再生骨料生产基地,除了上海再生骨料的价格较低外,其他城市的再生骨料单价较普通骨料都要高,主要是因为现有的再生骨料生产线多为小规模,成本高、能耗大。因此当前形势下推广应用RAC尚需政府强制性措施的引导及激励政策的扶持,如制定强制性规范、扩大增值税抵扣范围等。
5 GHPRC的研究
从性能上看,混凝土材料的发展大致经历了普通混凝土、高强混凝土、高性能混凝土(High performance concrete,HPC)及最终的绿色高性能混凝土(Green high performance concrete)。HPC是在混凝土原有组分基础上掺加高效减水剂和足量的细掺合料配制而成的,它的力学性能、工作性能良好且经济性较为合理。采用再生骨料配制的HPC便形成绿色高性能再生混凝土(Green high performance recycled concrete,GHPRC)[40],GHPRC不仅具有优良的基本性能,更注重在原材料组成中最大限度地使用绿色建筑材料,从而节约资源、减少能耗。
目前我国针对GHPRC的研究一般多集中在高性能粉煤灰再生混凝土方面,实际上是将RAC和粉煤灰混凝土两个方向结合起来进行研究,采用的技术是将粉煤灰掺入RAC中,具体掺入方法有粉煤灰等量取代水泥法、粉煤灰超量取代水泥法、粉煤灰代砂法及同时掺入粉煤灰、硅粉和高效减水剂等[41,42]。当前我国学者对GHPRC研究较少,但随着RAC研究及应用的日益成熟,对GHPRC的研究将日益增多。
6 结语
从国内外对RAC研究及应用情况上看,RAC应用于工程是可行的;从其应用的效益上看,RAC综合效益突出,尤其在环境效益方面。因此RAC是一种值得推广的绿色建筑材料。我国对RAC研究的主要有以下几个方面:(1)RAC材料层次方面的研究,包括再生粗骨料、龄期、水灰比及湿处理工艺等对RAC力学性能的影响,RAC耐久性等;(2)RAC构件及结构层次方面的研究,包括RAC梁、柱、墙及框架结构、框架-剪力墙结构等;(3)RAC环境经济性评价的研究,采用生命周期评价法(LCA)对RAC产生的环境效益进行评估,当前RAC价格较高,需要政府适当地进行干预;(4)GH-PRC的研究,GHPRC作为一种绿色低碳建筑材料,将成为混凝土材料行业未来发展的方向。
再生混凝土研究现状论文 篇11
关键词：再生混凝土,钢纤维,抗裂性能
0前言
在我国城市化进程中, 城市改造和建筑工业的迅速发展, 混凝土作为水泥、砂子、卵石与碎石等天然资源的最大消耗者, 全球混凝土产业现在正以每年约80×108t的速度消耗天然骨料。对巨量废弃混凝土的开发和利用, 既使有限的资源得以利用, 又解决了环境问题。这是发展绿色混凝土, 实现建筑产品生态化的主要途径之一。再生混凝土技术首先在欧洲提出, 并在一些国家的建筑工程和环境污染控制工作中取得了巨大的效益。理论和实践都表明, 再生混凝土作为绿色高性能混凝土家族的一员符合我国建筑业可持续发展战略的要求。目前我国建筑垃圾循环再生骨料的应用及再生混凝土技术的应用大多处于试验、谨慎和低层次的使用阶段, 缺乏较系统的应用基础研究, 更无相关技术规程, 因此, 较系统地对再生骨料混凝土的基本性能进行研究十分必要。
1 再生混凝土
1.1 再生混凝土的概念
从一般意义上讲, 再生混凝土骨料是将废弃混凝土块经破碎、分级并按一定的比例混合后形成的骨料称为再生骨料或再生混凝土骨料 (Recycled Aggregate or Recycle Concrete Aggregate) 。而将利用再生骨料作为部分或全部骨料配制的混凝土, 称为再生骨料混凝土 (Recycled Aggregate Concrete) , 简称再生混凝土 (Recycled Concrete) 。将传统意义上的骨料简称为“天然骨料”, 将全部用天然骨料配制的混凝土称为常规混凝土或称普通混凝土[1]。
1.2 再生混凝土存在的问题
骨料不仅构成了混凝土的骨架, 而且在很大程度上决定着混凝土拌合物的工作性、硬化混凝土的力学性能以及其耐久性, 再生骨料与天然骨料相比, 具有孔隙率高、吸水率大、强度低等特征, 因而导致再生骨料混凝土与天然骨料混凝土的特性相差较大, 也因此导致再生混凝土在应用中存在着一些问题。
1.2.1 强度问题
要将再生骨料用于钢筋混凝土工程, 再生骨料必须有足够的强度, 而废旧混凝土在破碎过程中, 骨料本身因有不同组分, 破碎后骨料内部存在一些微裂缝, 因此导致骨料强度较低。由于破碎而得的混凝土碎块的成分较复杂, 通常会含有设计强度等级高低不同的混凝土成分, 而且其结构表面在自然界中已经发生了碳化, 或者由于经过了其他腐蚀或侵蚀后变得酥松, 导致再生骨料的强度较低, 而且成分复杂, 因此, 目前再生骨料主要用来配制中低强度的混凝土。
1.2.2 收缩率问题
再生骨料的颗粒棱角多、表面粗糙, 组成中包含着相当数量的硬化水泥砂浆, 其本身孔隙率较大, 且在破碎过程中内部往往会产生大量具有一定尺寸的裂纹, 因此与天然骨料相比, 再生骨料的吸水率和吸水速率大得多。而吸水率高必然导致失水后混凝土的收缩和徐变增大。收缩率高是再生混凝土的致命缺陷, 因为收缩率高将使混凝土结构裂缝较大且内外贯通, 环境中的水以及其他有害腐蚀性介质很容易通过这些裂缝渗入混凝土内, 使得再生混凝土的防水性能与抗冻融性能降低。
1.2.3 耐久性问题
通过对再生混凝土的性能相关试验研究, 表明再生混凝土的耐久性较普通混凝土的要差。由于再生骨料孔隙率较高、吸水率大, 再生混凝土抗渗性能较相同条件下的普通混凝土差, 氯离子的渗透性也差。对于再生混凝土的抗冻融性的实验结果差异较大, 有优于普通混凝土和与普通混凝土差别不大的结果, 也有比普通混凝土抗冻融性差的结果, 造成实验研究结果差别较大的原因可能是由于再生骨料的来源和性能的差异较大。对于再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀性, 有实验表明当再生骨料取代率小于30%时, 与普通混凝土的基本相同, 随着再生骨料取代率的增加, 再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀性降低, 但差别不大。
2 钢纤维混凝土
2.1 钢纤维混凝土概念
钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入各向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多向复合材料, 通过使钢纤维、钢筋 (纵筋和箍筋) 、混凝土三种材料协同工作以抵抗各种外部作用的一种结构。其中所掺加的钢纤维是用钢质材料加工成的短纤维, 目前应用比较多的主要有切断型钢纤维, 剪切型钢纤维等, 而每一种类型的钢纤维的具体分类根据用途的不同又分为很多不同的种类。钢纤维混凝土的多项力学性能比普通混凝土有所改善, 尤其是钢纤维混凝土的抗裂性能相比较于普通混凝土而言提高更加明显, 此外钢纤维混凝土还具有良好的抗拉、抗弯、抗冲击、抗疲劳性能及较好的延性。具体到施工的工艺, 钢纤维材料的施工一般有喷射和浇筑两大方法, 具体到钢纤维混凝土中通常使用的方法为浇筑法。在振捣与浇筑过程中如何将钢纤维均匀和不损坏的浇筑于混凝土构件中是钢纤维混凝土施工的难点。由于钢纤维混凝土结构中的钢纤维与包裹在其外部的混凝土结构共同工作, 两种材料的强度都能充分利用[2]。与普通混凝土结构相比, 由于其内部埋置了钢纤维而使构件力学性能提高, 且具有较大的延性, 抗震性能好。
将钢纤维加入到再生混凝土中, 希望以钢纤维混凝土良好的抗裂性能弥补再生混凝土易于开裂的缺陷, 而由于再生混凝土表观密度和天然骨料相比较小, 采用再生混凝土的结构可以有效地降低结构自重, 同时能够有效地做到废弃混凝土的再利用, 保持生态环境的和谐发展, 这样既能使有限的资源得以再利用, 又解决了部分环保问题, 而且使再生混凝土构件力学性能得到有效地提高。
2.2 钢纤维混凝土材料性能研究现状
早在1907~1908年间, 苏联专家就将钢纤维应用到混凝土中去, 从而开启了钢纤维混凝土的历史。在1910年, 美国人Porter首创纤维混凝土的研究, 一年之后美国的Graham正式将钢纤维掺加到混凝土中去, 并初步验证了其优越性。20世纪40年代前后, 美、英、法、德等国先后取得了一些关于钢纤维混凝土的进展。1963年, 美国学者Romuldi从理论上阐明了钢纤维的作用机理, 从而为钢纤维混凝土的进一步研究、开发以及广泛的应用奠定了坚实的理论基础, 使它从小规模探索实验阶段提升到大面积开发的新阶段, 但是由于钢纤维的价格较高, 这在很大程度上制约了钢纤维在实际工程中的应用。直到20世纪70年代, 国际熔钢抽丝技术的开发, 很大程度上降低了成本, 为钢纤维在工程中的大规模应用扫清了障碍。钢纤维混凝土的强度、韧性和耐久性都得到了极大的提高, 代替传统的钢筋混凝土或预应力混凝土已经成为国际趋势。
H.F.Porter在一系列的水泥砂浆试块中加入短钢纤维进行试验, 试验结果表明:在砂浆中加入钢纤维可以显著提高其抗拉、抗压强度。
Graham[5]将钢纤维加入混凝土中并进行力学性能试验, 试验结果表明:钢纤维混凝土相比较于普通混凝土而言其强度和延性都有较大幅度的提高, 并以此申请到美国第一项SFRC技术专利。
J.P.Romualdi和G.B.Batson通过研究提出了纤维间距理论 (对拉伸应力起有效作用的平均间距决定钢纤维混凝土的开裂强度) , 这在很大程度上促进了纤维混凝土的研究和应用。
我国在很长一段时间内对于普通钢筋混凝土的依赖过强, 因而对钢纤维研究起步相对很晚。在20世纪70年代后期, 由国防科委和中国建筑材料科学研究院开始在国内首先展开了对钢纤维的研究, 近年来, 由于国际社会对于钢纤维混凝土越来越重视, 中国也加大了对于钢纤维混凝土方面的研究, 西南交通大学、哈尔滨建筑大学、郑州大学等高校进行了大量的钢纤维混凝土构件性能以及施工工艺的研究。自1986年在大连召开“第一届全国纤维水泥制品与纤维混凝土学术会议”到2012年底在郑州召开的“第十四届全国纤维水泥制品与纤维混凝土学术会议”, 我国的纤维混凝土之路取得了很大的发展, 同时, 像“全国纤维水泥制品交流会”等一系列的交流会则为钢纤维的大范围市场化打下了坚实的基础。
代洪伟、赵燕茹等[7]通过对多组不同钢纤维体积率的立方体进行抗压强度试验, 分析了钢纤维对普通混凝土抗压性能的影响, 试验结果表明:随着钢纤维体积率的增加, 抗压强度提高, 并很大程度上减少裂缝的宽度[3]。
朱海堂、汤寄予、赵军等通过对高强混凝土和钢纤维高强混凝土的试验研究, 并结合了钢纤维的各项参数, 得出了钢纤维高强混凝土的计算公式[4]。
2.3 钢纤维混凝土梁性能研究现状
由于国外钢纤维混凝土出现的较早, 对于钢纤维混凝土构件的研究开展也较早, 从20世纪中叶开始国外学者与我国学者进行了很多这方面的研究。
Samir A.Ashour等对钢纤维高强混凝土梁的抗弯、抗剪性进行了试验研究。试验表明:随着钢纤维的掺入, 混凝土梁的韧性提高, 裂缝的发生和发展得到了抑制, 梁的破坏形态发生改变, 梁的抗剪强度提高, 同时由于钢纤维的掺入, 提高了梁的刚度, 减少了相同荷载作用下的挠度[5]。
G.Batson等通过24根钢纤维混凝土无腹筋梁斜截面抗剪性能进行了试验研究, 研究结果表明:钢纤维可以有效地增强钢筋混凝土无腹筋梁斜裂缝处纵筋的销栓作用, 显著降低了大剪跨比梁斜拉破坏的脆性特征[6]。
近年来, 随着钢纤维混凝土在建筑行业中的使用越来越频繁, 国内一些专家、学者也对钢纤维混凝土构件方面进行了一系列的研究, 并取得了一定的研究成果。
刘海波通过对6片两跨连续箱梁的试验进行数据分析, 分析结果表明:低掺量钢纤维能够抑制连续梁后期裂缝的发展, 但对于结构的极限承载力及延性无明显影响[7]
于学玉采用有限元程序法, 对钢纤维高强混凝土梁结构进行了研究, 研究表明:掺加适量的钢纤维可以显著提高高强混凝土的延性, 当钢纤维体积率在0.5%~2%变化时, 随着钢纤维体积率的增加, 构件截面延性基本按线性增长[8]。
袁媛对16根钢纤维混凝土梁的正截面受弯性能进行试验研究, 得出在普通钢筋混凝土短梁中加入钢纤维, 梁的各项力学性能均有所提高, 同时在一定范围内, 随着钢纤维体积率的增加, 钢纤维混凝土短梁的抗弯承载力不断增加, 而且钢纤维混凝土短梁的开裂弯矩呈现提高的趋势[9]。
安玉杰等从统一钢纤维混凝土梁与钢筋混凝土梁斜截面承载力计算方法的角度出发, 考虑到我国各专业混凝土结构设计规范规定的钢筋混凝土梁斜截面承载力计算公式尚不统一的特点, 提出了能够与各专业混凝土结构设计规范相关规定协调的钢纤维混凝土梁的计算模式[10]。
2.4 钢纤维混凝土的应用
钢纤维混凝土作为一种新型复合材料, 其具有抗拉、抗弯、抗冲击、抗疲劳、延性优良等一系列优点, 这些优点也保证了钢纤维混凝土的广泛应用, 目前钢纤维混凝土已经在建筑、道路、桥梁、铁路、隧道、水利、海洋、防爆、加固等多个领域得到了应用。
近年来钢纤维混凝土在建筑方面的应用已经越来越广泛, 一般出现在屋面防水工程、地下防水工程、预热装工程和房屋主体建筑等领域中。如在屋面防水工程中, 在以往的混凝土结构中, 屋面在承受荷载等因素的作用下, 会比较容易产生裂缝, 从而使房屋发生渗水、漏水现象, 而钢纤维混凝土具有良好的抗拉性能, 可以在很大程度上限制裂缝的出现和发展, 从而达到防水的效果, 如福州的东方大厦和沈阳商业城等建筑。而在地下防水工程中, 钢纤维混凝土主要应用于承受水压力比较大的区域, 如闸门等关键部位, 浙江省百丈涧高压引水涧和葛洲坝泄水闸都是在闸门部位中成功使用钢纤维混凝土承受水压力的结构。
钢纤维在道路桥梁工程中的使用主要体现在路面、桥面、机场道路的路面等方面。因为钢纤维混凝土有较强的抗冲击、抗疲劳的性能, 在承受动力荷载反复冲击的时候, 能够增加结构的使用寿命。比如在道路工程中, 掺加一定比例的钢纤维, 不但可以有效降低路面工程的厚度, 同时也能够增加伸缩缝的间距, 这些都使实际工程的耐久性增加, 同时相应地减少在实际运行过程中的维修费用。在铁路工程中, 钢纤维混凝土主要应用于铁路的轨枕, 众所周知, 铁路每天都要承受很多次大负荷动力荷载反复冲击, 在以前的轨枕中, 随着使用年限的增加, 势必会造成轨枕的不均匀沉降, 从而影响铁路的正常使用, 这也是铁路维护费用高的主要原因之一, 而由于钢纤维混凝土抗冲击、抗疲劳的性能优越, 钢纤维混凝土的轨枕能够保证铁路在这种大负荷动力荷载反复冲击下保持正常使用状态, 同时, 对于既有的铁路系统, 在发生不均匀沉降较为明显的区域, 也可以采用浇筑钢纤维混凝土的办法进行维护, 如沈阳铁路局的长大线维修工程就是利用了钢纤维混凝土材料进行铁路道路轨枕铺筑。因此, 钢纤维再生混凝土在建筑工程中的应用正越来越广, 技术也越发的成熟。
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