再生混凝土研究（精选12篇）
再生混凝土研究 篇1
摘要：通过再生混凝土的抗压强度试验, 研究了废弃混凝土的强度等级、使用年限对再生骨料的的影响。结果表明, 废弃混凝土的强度等级高、使用年限长, 使其内部的骨料经受更加复杂的应力影响, 致使骨料内部的微观裂隙产生或扩展, 严重破坏了骨料的力学性能, 因而导致再生骨料性能的下降, 并通过再生混凝土抗压强度降低而实际反映出来。
关键词：再生骨料,强度等级,使用年限,抗压强度
再生混凝土就是将废弃的混凝土经过加工、破碎、分级后, 按一定的比例混合形成再生骨料, 部分或全部代替天然骨料 (主要是粗骨料) 配制而成的混凝土。再生混凝土技术对于保护环境、节约资源、发展生态建筑具有重要意义。国内在相关研究领域取得了很多成果, 大多比较关注与普通混凝土相同配合比条件下再生混凝土的基本性能, 主要包括再生混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度和弹性模量等。由于再生骨料在基本力学性能方面比天然骨料有所降低, 从而导致再生混凝土的基本性能比普通混凝土也有不同程度的降低。另外, 由于再生骨料在原有废弃混凝土中所处环境不同, 对其基本力学性能也有不同程度的影响, 也会使再生混凝土出现一定的差别。本文通过对再生混凝土的试验研究, 探讨原始混凝土的强度等级和使用年限对再生骨料基本力学性能的影响。
1 试验材料
水泥:32.5R钻石牌普通硅酸盐水泥;
砂:河沙, 细度模数为2.6;
天然骨料:碎石, 5 m m~3 1.5 m m连续级配;
再生骨料:由C20废弃混凝土工而成的再生骨料编号为B;由C40废弃混凝土工而成的再生骨料编号为C;由新近建筑废弃混凝土加工而成的再生骨料编号为D;由老旧建筑废弃混凝土加工而成的再生骨料编号为E。
水:自来水。
粗骨料的基本性能如表1所示。
由表1可见, 与天然骨料相比, 再生骨料的密度低、吸水率高、压碎指标大, 主要是由于再生骨料表面附着大量水泥砂浆所致, 而再生骨料之间差别不大。
2 混凝土配合比
按照相同水灰比配制C20强度等级的混凝土。混凝土配合比详见表2。
由表2可见, 再生混凝土的坍落度总体小于普通混凝土, 主要是由于再生骨料表面的硬化混凝土在混凝土的拌制过程中耗散了大量水分, 导致再生混凝土的和易性降低, 而再生混凝土之间无差别。
3 混凝土抗压强度对比
按照《普通混凝土力学性能试验方法》 (GB/T50081-2002) 进行28d立方体抗压强度、28d棱柱体抗压强度测定试验, 试件尺寸分别为150mm×150mm×150mm立方体和150mm×150mm×450mm棱柱体。混凝土抗压强度详见表3。
由表3可见, 再生混凝土的立方体抗压强度、棱柱体抗压强度均高于普通混凝土, 这主要是由于低强度混凝土对于水灰比比较敏感, 再生骨料吸水率比较高, 致使再生混凝土的强度相对于普通混凝土有一定的提高。
对于B组与C组再生混凝土, C组的立方体抗压强度和棱柱体抗压强度均低于B组再生混凝土。这主要是由于高强度等级的混凝土必然要承受更大的荷载, 而粗骨料又是混凝土强度的主要构成, 较大荷载致使混凝土内部的粗骨料所受的应力影响更大, 从而粗骨料自身的纹理裂隙产生或者扩展, 使得再生骨料的力学性能降低。
对于D组和E组再生混凝土, E组再生混凝土的立方体抗压强度和棱柱体抗压强度均低于D组再生混凝土。这主要是由于混凝土的使用年限较长, 则混凝土的耐久性受到各种因素的严重影响, 同时也使得粗骨料受到不同程度的破坏, 不同荷载的长期作用、有害物质的侵蚀等因素导致粗骨料的自身性能降低, 骨料的内部微观破坏也较严重, 那么由此制备的再生骨料的力学性能也必然受到较大影响。
4 结语
(1) 再生骨料的性能普遍低于天然骨料, 但再生混凝土的强度并不总是低于普通混凝土, 而是取决于强度等级, 随着强度等级的提高, 再生混凝土的强度呈现逐步下降的趋势。
(2) 再生骨料的来源对再生混凝土的强度有一定的影响。通过试验可知, 由于废弃混凝土强度等级高、使用年限长等原因, 使得骨料经受的应力影响更大, 造成骨料的内部结构发生严重的微观破坏, 导致再生骨料的性能相对较低, 从而使再生混凝土的强度略有降低。
再生混凝土研究 篇2
关键词：再生混凝土 粗细骨料 经济效益
进入21世纪以来，随着城市化进程的不断加快，作为城市化最主要的物质基础——混凝土的需求量也在迅速增加。目前，全世界混凝土的年生产量约28×108m3，中国混凝土的年产量占世界总量的45%，已达13×108～14×108m3。在这些混凝土原材料中，粗细骨料约占混凝土总量的四分之三。据此推算：全世界每年需要粗细骨料约21×108m3，而我国建筑行业正在蓬勃地发展，对于粗细骨料的需求量很大，我国对粗细骨料的需求约占全世界需求量的一半，而且随着发展，将来还将越来越多。对于这么大的消耗量，这个地球的天然原生粗细骨料将殆尽，因此从资源合理开发使用及可持续发展的角度，寻求原生集料的替代品非常重要。
与混凝土粗细骨料的巨大需求量相对应是数量庞大的废旧混凝土。世界上每年拆除的废旧混凝土、新建建筑产生的废弃混凝土以及混凝土工厂、预制构件厂的废旧混凝土的数量是惊人的。2006年年4月在厦门召开的“建筑垃圾综合利用与新技术推广研讨交流会”上有最新资料显示我国每年因拆出建筑产生的固体废弃物2亿吨以上，新建建筑产生的固体废弃物大约1亿吨，两项合计约3亿吨。然而，对于这些废旧混凝土的处理方法目前显然不多，传统的处理方法主要是运往郊外露天堆放或填埋。这种方法产生的巨大处理费用和由此引发的环境问题十分突出。废弃混凝土中含有大量的砂石骨料，如果能将它们合理地回收利用，生产再生混凝土用到新的建筑物上，不仅能降低成本，节省天然资源，缓解骨料供求矛盾，还能减轻废弃混凝土对环境的污染，是可持续发展战略的一个重要组成部分。因此，如何充分、高效、经济的利用建筑垃圾，特别是废弃混凝土已经成为许多国家共同研究的一个课题。
再生骨料是将废弃混凝土经过破碎、清洗、分级和按一定比例相互配合后得到的骨料。而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，简称再生混凝土。再生骨料按尺寸大小可分为再生粗骨料、再生细骨料；按来源可分为道路再生骨料、建筑再生骨料；按用途可分为混凝土再生骨料、砂浆再生骨料、砌块再生骨料。通过再生骨料混凝土技术可实现对废弃混凝土的再加工，使其恢复原有的性能，形成新的建材产品，从而既能使有限的资源得以再利用，又解决了部分环保问题。这是发展绿色混凝土，实现建筑资源环境可持续发展的主要措施之一，为将来子孙后代留下宝贵的财富。
一、发达资本主义国家对再生混凝土的利用现状
美国、日本和欧洲等发达国家对废弃混凝土的再利用研究得较早，第二次世界大战后，德国、日本等国对废弃混凝土进行了开发研究和再生利用，已经召开过三次有关废混凝土再利用的专题国际会议，提出混凝土必须绿色化。混凝土的利用已成为发达国家所共同研究的课题，有些国家还采用立法形式来保证专项研究和应用的发展。一些发达国家已经大量运用到实际工程中。
（一）日本
日本由于国土面积小，资源相对匮乏，因此将建筑垃圾视为建筑副产品，日本非常重视将废弃混凝土作为可再生资源而重新开发利用。早在1977年日本政府就制定了《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，并制定了多项法规来保证再生混凝土的发展。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。
（二）美国
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。美国除鼓励应用再生混凝土外，还对其性能进行了研究。如根据密歇根州的两条用再生混凝土铺筑的公路进行了再生骨料混凝土干缩性能的试验研究，试验表明再生骨料混凝土的收缩率大于天然骨料混凝土。美国的公司采用微波技术，做出回收的再生沥青混凝土路面，其质量与新拌沥青混凝土路面料相同，而成本降低了1/3，同时节约了垃圾清运和处理等费用，大大减轻了城市的环境污染。
（三）欧洲各国
欧洲国家如德国目前将再生混凝土主要用于公路路面。德国钢筋委员会1998年8月提出“在混凝土中采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；奥地利的有关试验表明，采用50%的再生骨料配制的混凝土，其强度值可达到奥地利标准，而且发现再生骨料混凝土的弹性模量降低；法国还利用碎混凝土和碎砖块生产了砖石混凝土砌块，所获得的混凝土砌块已被测定，符合与砖石混凝土材料有关的标准。
二、我国对再生混凝土的利用现状
中国虽然在短期内混凝土的原材料危机不会突现，但是将来我国肯定也会面对原材料短缺的问题，而且我国建筑业的发展远远超过一些发达国家，同时对再生混凝土的开（转上页）（接下页）发研究晚于工业发达国家，因此我国政府也鼓励废弃物的研究和应用，同时国内的一些专家学者在这方面进行已加紧对再生混凝土的研究利用进行立项研究。像上海市建筑构件制品公司利用建筑工地爆破拆除的基坑支护等废弃混凝土制作混凝土空心砌块，其产品各项技术指标完全符合上海的混凝土小型空心砌块工程规范。将废弃混凝土破碎或粉碎后的碎块用作新拌混凝土的骨料，在一些改建或重建工程项目中也有所应用。
我国再生混凝土不仅运用到建筑业，而且很多再生混凝土运用在在交通行业中，当混凝土道路的混凝土路面到达其使用年限，或者重物碾压等原因破损，则需要修补或者重建时，现在的一般做法是破除并废弃旧的水泥混凝土面层，修补基层后，重新进行铺筑。目前，在我国水泥混凝土路面再生技术中主要应用的是现场再生技术，即破碎或粉碎现有路面，然后将破碎或粉碎后的路面用作新路面结构中的基层或底基层，这一种做法在我国公路养护维修中普遍采用。例如，合肥至南京的高速公路采用再生混凝土骨料作为新拌混凝土的集料来浇注混凝土路面。合肥至南京的高速公路，路面为水泥混凝土，于1991年建成通车，随着交通量的增长、使用年限的增加，路面出现了不同类型的病害，每年路面维修工程量很大，每年维修产生大量的旧混凝土。为此，在养护维修过程中，根据高速公路快速通行的特点，采用再生混凝土骨料，并加入早强剂，达到快速通行的目的。施工前测试了再生混凝土骨料的表观密度、吸水率、压碎值、坚固性和冲击值，并且充分注意了集料的最大粒径和级配。用再生混凝土骨料代替天然集料，再生混凝土骨料的利用率可以达到80%，每年还可以节约大量骨料的运输费用。同时，节省了废弃的混凝土占用的土地费用。这样既节省了大量的养护资金，又有利于环境保护，获得了良好的社会经济效益。
总体而言，虽然再生集料的部分性能不如天然集料，利用再生集料研制和生产的混凝土构件性能也比天然集料的差。但若通过掺加外加剂，则可以大大改善再生混凝土的性能，只要选择合适的外加剂，再生混凝土的利用就可以十分广泛，而且利用废弃混凝土做集料来生产再生混凝土，对资源循环利用、净化环境、造福子孙后代具有重要意义。因此，这就需要政府加强宣传力度，出台一些强制措施限制废弃混凝土的排放，建立相应的废弃物加工厂。同时，政府应当在财力和政策上予以支持，并制定有关再生混凝土的行业标准，推动再生混凝土这一新型建筑材料的发展，促进中国经济的发展。
参考文献
杜婷，李惠强，吴贤国．再生混凝土的研究现状及存在问题[J]．建筑技术，2007，(2)．
宋瑞旭．高强度再生骨料和再生高性能混凝土试验研究[J]．混凝土，2006，(2)．
覃银辉，邓寿昌．再生混凝土抗冻性能研究[J]．混凝土，2005，(12)．
杜婷．再生骨料混凝土基本特性的研究思路探讨[J]．建筑技术开发，2002，29(6)
再生混凝土的研究现状和存在问题 篇3
【关键词】再生混凝土；研究；意义；现状；问题
随着现代化城市建设进程的加快，我国建筑工程的数量越来越多，城市的建筑日新月异，很多就建筑物被拆除，新型建筑不断兴起，这也使得城市的形象越来越美。在对旧建筑进行拆除的过程中，会占用土地资源，还会污染周围环境，不利于城市以及建筑行业的可持续发展，为了解决这一问题，相关人员对再生混凝土进行了研究，而且取得了一定成绩，提高了资源的利用率，实现了对废弃混凝土的再利用。
1.再生混凝土研究的意义
随着城市建筑的日新月异，建筑行业发展越来越快，建筑的种类以及功能越来越多，旧的建筑不断被拆除，新型高层建筑以及多功能建筑不断兴起，这在美化城市形象的同时也带来了较多的环境问题。为了促进建筑行业的可持续发展，必须提高资源的利用率，还要在建筑施工中加强环保意识。混凝土是建筑施工中必须用到的一类材料，建筑工程的增多，使得混凝土的需求量大大增加了，但是建筑更新比较快，在旧建筑被拆除后，大量的混凝土也面临着浪费的问题，旧建筑拆除工作会产生大量的建筑垃圾，而且会占用大面积的土地，会产生较多的污染问题。为了提高资源的利用率，必须加强对可再生资源的研究，加强对施工材料的重复利用，还要建设对自然资源的利用以及占用，这样才能促进建筑行业更加健康的发生。再生混凝土是建筑行业一项重要的研究项目，其主张对废弃的混凝土进行破碎、清洗、筛分以及加工处理，通过一定级配混合可以形成粗骨料，可以制成新的混凝土，这有效提高了混凝土的利用率，而且符合现代社会对建筑行业可持续发展的要求，有利于减少建筑施工带来的环境问题。
2.再生混凝土的研究现状
再生混凝土有着较多的特性，其与普通混凝土相比，热导率比较低，而且在应用的过程中，可以增强建筑的保温隔热效果；再生混凝土的密度也比较小，自重比较轻，在应用的工程中，可以减轻建筑自重。再生混凝土有著较强的和易性，为其坍落度比较低，施工单位想要提高其流动性，可以加入适量外加剂。我国相关机构对再生混凝土进行研究，发现再生混凝土有着较高的强度以及耐久性，适合在建筑工程中大力推广。
2.1再生混凝土的强度
在研究再生混凝土的强度时，需要与普通混凝土做比照，在利用废弃混凝土做粗骨料后，混凝土的强度大大提高了。再生骨料与普通骨料相比有着较多优点，普通骨料与钢筋无法有效的黏合，而再生骨料是由废弃混凝土构成，所以对于钢筋有着较强的贴合度，可以有效提高再生混凝土的强度。所以，使用再生混凝土可以有效提高施工的质量，避免混凝土裂缝等质量问题的出现。
2.2再生混凝土收缩率
再生混凝土的骨料与普通骨料相比，孔隙率比较高，再生骨料是由废弃混凝土构成，所以本身裂缝比较多，所以，在使用的过程中吸水率也比较大，所以，再生混凝土的收缩率会比较高。另外，由于裂缝的存在使得环境中的水合有害腐蚀性物质渗入其中，致使其防水与抗冻性能降低。
2.3研究成果
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。
3.再生混凝土研究中存在的问题
3.1再生骨料掺入量问题
从多消纳废弃混凝土角度而言，采用高掺入量甚至全部以再生骨料制造的再生混凝土较理想。但实验表明，随着粗骨料的掺入度升高再生骨料的抗压强度会有比较小的降低，但随着再生细骨料取代天然骨料的比例增加，其强度却下降的比较明显。而且掺入量还影响着混凝土的耐久性与工作性能。
3.2人们的思想观念和认识需要转变
由于“再生”两个字的存在，而且各个实验也得出再生混凝土强度、弹性模量和耐久性等性能劣于普通混凝土，所以，在很多人对再生混凝土的认识存在误区，认为再生混凝土不能成为主流的建筑材料。即使是对安全等级要求不高的普通建筑，人们也片面的坚持“百年大计，质量第一”的观点，难以接受使用再生混凝土，这是一种错误的观念。因此要加强再生混凝土作为建筑材料的经济性分析，研究提高经济性的途径；同时也要加强废物利用和资源再利用教育，让各项指标达到标准的再生混凝土能得到高效的利用。
4.再生混凝土研究建议
（1）再生混凝土是能够从技术上真正解决废弃混凝土出路的问题，但由于其研究还没有达到普通混凝土的地步，因此现在再生混凝土的使用还没有得到大力推广。如果不能广泛的应用，那么再生混凝土也就失去了解决废弃混凝土的优势。如果能研究提高其强度、耐久性、磨耗性能、力学性能和结构性能的方法和材料，使之向高性能方面发展，再生混凝土将会真正的应用在各类建筑中并发挥其优势。
（2）再生骨料混凝土与普通混凝土产生差别的最大原因是：在破碎时再生骨料会产生细小裂缝与空洞，如果能改进优化再生混凝土破碎工艺，就能提高再生混凝土的各种性能。由于再生混凝土与普通混凝土在原材料、配合比、施工工艺上存在着很大的不同，混凝土制作工艺也有较大差异，因此，混凝土配制标准的制定必须结合我国再生混凝土的骨料情况，制定合适的再生骨料混凝土标准规程。
5.结语
再生混凝土的研究对建筑行业的发展有着重要的推动意义，应用再生混凝土，不但可以提高建筑的施工质量，还可以提高建筑施工的节能环保性，是促进建筑行业可持续发展的有效措施。再生混凝土是利用废弃混凝土当做粗骨料，这提高了资源的利用率，而且再生粗骨料与普通骨料相比，有着较多的优势。我国相关机构对再生混凝土的研究，取得了一定成绩，可以有效提高建筑工程经济效益以及环境效益，通过实践证明，应用再生混凝土，可以有效降低裂缝等质量问题出现的概率。 [科]
【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）.
再生混凝土研究现状 篇4
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.
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)
再生混凝土的发展现状 篇6
【摘 要】现代社会对混凝土的大量消耗导致了资源的短缺和废弃混凝土的大量出现，侵占了土地的同时对于资源也是一种浪费。再生混凝土是对于砖、石、混凝土等建筑垃圾中骨料的回收利用，国外对于再生混凝土已进行了大量的研究，取得了较大的进展，再生混凝土已经大量运用于工程实际中，而我国对于再生混凝土的研究则落后于国外先进技术。【关键词】再生混凝土
混凝土骨料 1再生混凝土发展综述随着城市化进程加快，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。在混凝土中占比例最高的骨料是分布较为广泛的自然资源，但由于常年开采，已经开始出现石料资源难以为继的问题。据不完全统计，中国目前每年产生的建筑垃圾达到1×108t左右，而长期积累的建筑废弃物将高达数亿吨。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的研究十分必要。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），用于制备再生骨料的混凝土称为“原生混凝土”，也称为“废旧混凝土”。2 国外发展现状最近20年的资料显示：美国、德国、日本、韩国等国和欧洲地区发达国家对废弃混凝土的再利用研究主要集中在对再生骨料和再生混凝土基本性能的研究。这些基本性能包括物理性能、化学性能、力学性能、结构性能、工作性能和耐久性能等。研究成果表明再生混凝土基本能满足普通混凝土的性能要求，其应用于工程结构是可行的。而在德国，每个地区都有大型的再生综合加工厂。德国使用架空磁性分离机对铁片进行分离，获得的再生骨料完全符合DIN4226规范对骨料的质量要求。目前德国的再生混凝土主要用于公路路面，德国的一条双层混凝土公路采用了再生混凝土，其底层19cm采用再生混凝土，面层7cm采用天然骨料配置的混凝土，德国有望将80%的再生骨料用于10%～15% 的混凝土工程中，德国钢筋委员会1998年8月提出了“在混凝土中采用再生骨料的应用指南”，要求采用再生骨料配置的混凝土必须完全符合天然骨料混凝土的国家标准。日本Aichi技术协会的S.Nagataki等通过理论分析和试验论证了二次破碎、进一步处理再生骨料可以改变材料的微观外形，并提高骨料的品质。清水建设公司和东京电力公司研究开发了废旧混凝土砂浆和石子的分离技术。3家公司和大阪城市大学共同研发了高性能再生骨料，其生产过程分预处理、碾磨和筛分3个阶段。最近日本科学家又开发出一种将粉碎机和搅拌机连为一体的专用制造装置，能够将旧建筑物中拆除下来的混凝土废料当场变成再生混凝土[5]。日本将建筑垃圾视为“建筑副产品”，十分重视废弃混凝土作为可再生资源重新开发利用。韩国的人善ENT公司是一家专门生产再生骨料的公司，该公司的主要业务为收集、运输建筑垃圾和生产再生骨料。其生产的再生骨料可分为普通骨料和优质骨料，粒径为5～40mm。普通骨料可用于铺路，优质骨料可按一定比例混入生产混凝土。人善ENT公司的办公建筑就有30%使用了自己生产的再生骨料。并且，经有关部门检测，该建筑完全符合建筑有关标准的要求。另据调查显示，像这样的再生骨料公司在韩国一共有276家，其中汉城就有73家。3国内发展现状我国对再生混凝土的研究晚于工业发达国家，我国刚开始对再生混凝土的开发利用进行立项研究，已取得了一定的研究成果，实验表明再生骨料的吸水率较大，因而加大了再生混凝土单位用水量，但是到目前为止，我国对再生混凝土还没有一套完整的规范。目前，国内有数十所大学和研究机构已经开展了再生混凝土的研究，而且研究工作正在逐步深入。为了解决再生骨料混凝土高吸水和高收缩的问题，研究人员研究了再生骨料的结构特性、水分迁移特性和再生混凝土界面过渡区的微观结构，为采取合理有效的解决措施奠定了基础。一些高校、科研院所如东南大学、华中科技大学、北京建工学院、沈阳建工学院等已经开展了利用城市垃圾制取烧结砖和再生混凝土技术的研发，并已形成了成套技术。该技术是将解体混凝土和废弃砖瓦进行再生资源化处理后，作为混凝土骨料、轻骨料，生产普通混凝土或高性能混凝土砌块。这种再生混凝土的强度达C30。在应用方面，北京的一家城建企业将回收的800多吨各种建筑垃圾，成功地用于砌筑砂浆、内墙和顶棚抹灰、细石混凝土楼面及混凝土垫层。湖北省襄樊市的公路建设中，在水稳基层中采用了30%左右的再生骨料，使水稳基层的性能得到改善，降低了成本，取得了良好的经济效益和社会效益。4 结论再生混凝土巨大的经济效益和环境效应已越来越引起人们的关注，国内外的再生混凝土研究都取得了一定的进展，并已经或多或少的运用于工程实际中，开始影响人们的生活。参考文献：[1]杜婷. 李惠强. 覃亚伟. 钟声华. 再生混凝土未来发展的探讨. 混凝土. 2002，（4）：49-50[2]陆凯安 建筑垃圾综合利用势在必行 再生资源研究. 1999（2）：33-34
废弃混凝土再生利用研究 篇7
一、国外废弃混凝土再生利用现状
废弃混凝土再生利用是节约资源、保护生态的有效途径。在这方面, 日本、美国、德国等发达国家进行的比较早, 给我们提供了许多先进的经验和处理方法。
通常, 建筑材料, 如石块, 其原料价格要比再循环的材料价廉。由于国土面积小, 资源相对匮乏, 日本的构造原料价格要比欧洲高。因此, 日本人将废弃混凝土等建筑垃圾视为“建筑副产品”, 十分重视, 将其作为可再生资源而重新开发利用。比如, 港埠设施及其他改造工程的基础设施配件可以利用再循环的石料代替相当量的自然采石场砾石材料。1977年日本政府制定了《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, 生产再生水泥和再生骨料, 生产规模最大的可加工生产100t/h。1991年日本政府又制定了《资源重新利用促进法》, 规定建筑施工过程中产生的渣土、混凝土块、沥青混凝土块、木材、金属等建筑垃圾, 必须送往“再资源化设施”进行处理。日本对于建筑垃圾的主导方针是:尽可能不从施工现场排出建筑垃圾, 建筑垃圾要尽可能地重新利用, 对于重新利用有困难的则应适当予以处理。
美国政府则制定了《超级基金法》, 规定:“任何生产有工业废弃物的企业, 必须自行妥善处理, 不得擅自随意倾卸”。从而在源头上限制了建筑垃圾的产生量, 促使各企业自觉的寻求建筑垃圾资源化利用途径。美国住宅营造商协会正在推广一种“资源保护屋”, 其墙壁是用回收的轮胎和铝合金废料建成的, 屋架所用的大部分钢料是从建筑工地上回收来的, 所用的板材是锯末和碎木料加上20%的聚乙烯制成, 屋面的主要原料是旧的报纸和纸板箱。这种住宅不仅积极利用了废弃的金属、木料、纸板, 而且比较好地解决了住房紧张和环境保护之间的矛盾。
法国CSTB公司是欧洲首屈一指的“废物及建筑业”集团, 专门统筹在欧洲的“废物及建筑业”业务。公司提出的废物管理整体方案有两大目标:一是通过对新设计建筑产品的环保特性进行研究, 从源头控制工地废物的产量;二是在施工、改善及清拆工程中, 通过对工地废物的生产及收集作出预测评估, 以确定有关的回收应用程序, 从而提升废物管理的层次。该公司以强大的数据库为基础, 使用软件工具对建筑垃圾进行从产生到处理的全过程分析控制, 以协助在建筑物使用寿命期内的不同阶段作出决策。例如, 可评估建筑产品的整体环保;可依据有关执行过程、维修类别, 以及不同的建筑物清拆类型, 对减少某种产品所产生的废物量进行评估;可向顾问人员、总承建商, 以及承包机构 (客户) , 就某一产品或产品系列对环保及健康影响提供相关的概览资料;可以对废物管理所需的程序及物料作出预测;可根据废物的最终用途或质量制订运输方案;就任何使用“再造”原料的新工艺, 在技术、经济及环境方面的可行性作出评核, 并且可估计产品的性能。
丹麦、荷兰等一些地势低洼的国家, 砂石资源特别稀缺, 因而也最重视包括混凝土在内的建筑废料的再生利用。1976年, 当时的荷兰、比利时就与联邦德国政府联合成立了“混凝土解体与再利用委员会”, 开始以废弃混凝土作为混凝土的粗、细骨料研究。
德国将建筑垃圾分成土地开挖、碎旧建筑材料、道路开挖和建筑施工工地垃圾。德国联邦环境基金会总部的建筑就是用了旧混凝土集料。德国西门子公司开发的干馏燃烧垃圾处理工艺, 可将垃圾中的各种可再生材料十分干净地分离出来, 再回收利用, 对于处理过程中产生的燃气则用于发电, 垃圾经干馏燃烧处理后有害重金属物质仅剩下2～3kg/t, 有效地解决了垃圾占用大片耕地的问题。
二、国内建筑垃圾综合利用现状
长期以来, 我国的建筑垃圾, 特别是废弃混凝土再利用没有引起很大重视, 通常是未经任何处理就被运到郊外或农村, 采用露天堆放或填埋的方式进行处理。随着我国城镇建设的蓬勃发展, 建筑垃圾的产生量也与日俱增。目前, 我国每年的建筑垃圾数量已在城市垃圾总量中占有很大比例, 约30%～40%, 而混凝土等固体废弃物又占建筑垃圾的55%～65%, 成为废物管理中的难题。上海、北京等城市的一些建筑公司在对建筑垃圾的回收利用方面作了一些尝试。
三、废弃混凝土再生利用的方向
1. 可作混凝土 (砂浆) 粗、细骨料。
将废弃混凝土块料粉碎破碎成直径约40mm的粒状, 采用300℃高温加热, 使粒料相互混合、摩擦, 骨料及骨料外围粘附的水泥组分变成粉末完全分离, 所产生的水泥组分用于地基的改进材料, 分离出的骨料可与天然骨料一样用于结构物, 达到100%的回收利用。分离出来的骨料可做混凝土现浇或预制构件中的骨料使用, 用于建筑非承重部位;废弃混凝土块料经细粉碎后, 可与标准砂1:1拌合作为砂浆细骨料用于墙地面抹灰、层面砂浆找平层、砌筑砂浆、制做铺地砖等。1990年7月, 上海市第二建筑工程公司在市中心的“华亭”和“霍兰”两项工程的7幢高层建筑施工过程中, 将结构施工阶段产生的建筑垃圾, 经分拣、剔除并将有用的废渣碎块粉碎后, 作为细骨料, 用于抹灰砂浆和砌筑砂浆, 共计回收利用建筑废渣480吨, 节约砂子材料费1.44万元和垃圾清运费3360元, 扣除粉碎设备等购置费, 净收益1.24余万元。1992年6月, 北京城建集团一公司先后在9万平方米不同结构类型的多层和高层建筑的施工过程中, 回收利用各种建筑废渣840多吨, 用于砌筑砂浆、内墙和顶棚抹灰、混凝土楼地面和混凝土垫层, 使用面积达3万多平方米, 节约资金3.5万余元。
2. 可用于基础打桩。
在处理基础打桩时, 把经简单处理的废弃混凝土不断填入桩内, 然后打实, 其基础桩的密实度比传统做法提高了3～5倍。日前, 河北工专新兴科技服务总公司开发成功一种“用建筑垃圾夯扩超短异型桩施工技术”, 在综合利用建筑垃圾方面有了突破性进展。该项技术是采用旧房改造、拆迁过程中产生的碎砖瓦、废钢渣、碎石等建筑垃圾为填料, 经重锤夯扩形成扩大头的钢筋混凝土短桩, 并采用了配套的减隔振技术, 具有扩大桩端面积和挤密地基的作用。单桩竖向承载力设计值可达500～700kn。经测算, 该项技术较其它常用技术可节约基础投资20%左右。
3. 可用作道路建设。
从再生混凝土的抗压强度上看, 是完全可以满足工程建设要求的, 目前广泛应用于道路建设中的路基、路面、路面砖和马牙砖等工程。在德国Lower Saxong的一条双层混凝土的公路工程中采用了再生骨料混凝土, 该混凝土路面总厚度260mm, 底层190mm厚混凝土采用再生混凝土;面层70mm厚混凝土采用天然集料配制的混凝土。底层再生集料的组成粒径如下:0～2mm占30%, 2～8mm占14%, 10～20mm占30%, 20～36mm占6%, 水泥用量350kg/m3, 混凝土容重2310kg/m3, 抗压强度48.9～63.9N/mm2。此后又应用于一单层混凝土公路路面, 其再生集料组成粒径如下:0～2mm占27%, 2～8mm占10%, 8～16mm占28%, 16～22mm占35%, 水泥用量350kg/m3, 混凝土容重2373kg/m3, 抗压强度50.5～54.9N/mm2。
四、对废弃混凝土再生利用的建议
为了推广应用混凝土再生利用, 还应采取下列措施:
1. 确定管理部门。
我国每年产生废弃混凝土数量之大, 实难统计, 如果再生利用, 意义重大, 有必要确定某一部门承担起管理职能。鉴于目前全国大部分地区预拌混凝土管理职能在散装水泥办公室的现状, 可以考虑在该机构中增设这一职能。
2. 加大科研力度。
废弃混凝土的再生利用虽有国外经验可借鉴, 但具体的技术问题有待逐个破解, 如再生利用的生产工艺、技术装备等等, 都需先行研究和消化, 为产业发展提供技术保障。
3. 出台优惠政策。
各地方政府可根据国家发展改革委、财政部、国家税务总局联合发布新修订的《国家鼓励的资源综合利用认定管理办法》, 确定生产和使用废弃混凝土再生资源的企业可享受国家鼓励企业开展资源综合利用的税收优惠政策。
4. 制订技术标准。
当然, 废弃混凝土的再生利用不能以牺牲建筑质量为代价, 管理部门应组织相关单位和专家制订技术标准, 指导生产并规范市场。
绿色再生混凝土性能研究 篇8
从1824年硅酸盐水泥的诞生以来, 混凝土经过近两百年的发展, 至今已经成为现代使用最为广泛、用量最大的建筑材料。而其中的砂、石又是混凝土中占用比例最大的。近年来, 随着大量混凝土建筑物的老化而散失原有功能, 产生大量的废弃混凝土, 它既占用了大面积的土地资源进行堆放, 又对周围环境产生有害影响, 而新建建筑又消耗了大量的天然石材, 两者形成了不可调和的矛盾, 直接影响人类社会的可持续发展。再生混凝土为解决这一问题提供了途径。
再生混凝土是将废弃的混凝土块经破碎、筛分与清洗等处理后制备成再生混凝土骨料, 部分或全部代替天然骨料配置而成的一种新型混凝土[1]。但目前为止, 相较于日本、欧洲等国家、地区, 我国在再生骨料的研究、应用方面还处于起步阶段, 需要对其进行系统的研究。本文将粗骨料全部采用原不同强度等级破碎的混凝土, 通过设计合理的配合比, 对其工作性能和抗压强度进行测试和分析, 为再生骨料的合理利用提供指导。
2 再生混凝土配合比
2.1 原材料
再生粗骨料其原混凝土强度约为C30、C40、C50、C60四个强度等级, 经破碎、人工筛分和冲洗, 符合标准JGJ52-2006《普通混凝土用砂石质量及检验方法标准》规定的5-20mm连续级配要求。
原混凝土粗骨料为破碎石灰石, 符合标准JGJ52-2006《普通混凝土用砂石质量及检验方法标准》规定的5-20mm连续级配要求。
细骨料选用闽江河砂, 细度模数为2.7。
水泥为宁海强蛟海螺水泥有限责任公司生产的海螺牌42.5级普通硅酸盐水泥。
粉煤灰为和益 (福建) 粉煤灰开发有限公司生产的符合标准GB/T1596-2005规定的F类II级灰。
减水剂采用福建建工建材科技开发有限公司生产的TW-4 (F) 缓凝型高效减水剂。
2.2 配合比设计
本文通过以设计不同强度等级混凝土为方向, 以强度为目标, 同时考虑改善混凝土的工作性以及绿色性, 采用粉煤灰等量取代水泥, 在一定程度上节省水泥用量, 加入适量减水剂配制符合各强度等级的原骨料混凝土及采用粗骨料等量全部取代的再生混凝土, 以对它们的性能进行实际测试。本文共设计了C30、C40、C50、C60四个强度等级的原生混凝土, 其再生混凝土采用骨料100%等量替代, 其实际配合比如表1所示。
2.3 拌合物工作性能
按表1混凝土配合比配制的新拌原不同强度等级的混凝土及再生混凝土进行了坍落度测试, 其坍落度值如表1所示。由表1所测坍落度值, 绘制不同强度等级混凝土粗骨料全部用再生骨料替代后, 其对应坍落度变化曲线, 如图1所示。
由表1、图1可知, 对于不同强度等级的混凝土, 在仅用再生粗骨料全部等量取代原粗骨料而保持其它材料及用量不变的情况下, 新拌混凝土的坍落度都会降低, 且其降低幅度随着新拌混凝土水胶比的减小而增大。水胶比的大小在一定程度上也是对混凝土强度的反应, 一般来说, 水胶比越小其强度等级越高, 即强度等级越高的混凝土采用全部取代法拌制的新拌再生混凝土工作性越差。这是由于再生骨料中含有一定量的旧水泥砂浆, 含量约占骨料的30%[2], 其密度较小、孔隙率较大、易吸水, 有研究表明再生骨料的吸水率约为天然骨料的8倍[3], 这在新拌混凝土中会额外消耗部分拌合水, 从而使新拌混凝土的坍落度降低, 工作性变差。同时, 再生粗骨料相对于天然粗骨料具有表面粗糙、棱角多等特点, 这在一定程度上也会对其工作性产生不利影响从而使坍落度降低。
2.4 混凝土的强度
已有的研究结果表明, 混凝土试件抗压破坏的一般规律是低强度混凝土沿骨料表面破开, 而高性能混凝土试件是压碎骨料破坏, 有爆裂现象[4]。本文通过先配制4个不同强度等级的混凝土, 在达到50d龄期时对其进行破碎、清洗、筛分, 并以此作为再生骨料, 等量全部取代对应强度等级混凝土配制再生混凝土, 对它们进行100*100*100立方体28d抗压强度试验, 如图2所示。
由图2可知, 用再生骨料配制的混凝土其强度值都要比原粗骨料配制的混凝土强度低, 且强度等级越高, 其强度低的幅度越大。这是因为再生骨料中的旧砂浆孔隙率较高, 强度较低, 这在一定程度上降低了再生骨料的强度;另一方面, 由于旧混凝土在破碎为骨料时, 难免会使其内部产生许多细微裂缝, 从而形成薄弱环节, 使再生混凝土强度降低。在强度等级较低时, 其再生混凝土强度近乎可以达到原混凝土强度的水平;而在高强度等级时, 其再生混凝土强度也可以达到50MPa
以上, 说明以再生骨料配制高强混凝土是完全可能的。究其原因, 一方面再生骨料其针片状含量较天然骨料小, 这在一定程度上抵消了天然骨料的强度优势;另一方面, 本研究所选用的骨料最大粒径仅为20mm, 这在一定程度上减小了骨料缺陷对再生混凝土强度所可能造成的不利影响。
3 结论
(1) 通过选用较高强度等级的旧混凝土进行破碎, 并选取较小粒径的破碎颗粒作为再生骨料来配制高强再生混凝土是可行的;
(2) 再生骨料孔隙率较高, 吸水率大, 会使新拌混凝土工作性降低, 因此在拌制再生混凝土时需要考虑额外加水, 以消除由于再生骨料吸水对新拌再生混凝土工作性产生的不利影响。而额外加水量该如何确定, 以及额外加水后会对混凝土强度及耐久性产生怎么样的影响还有待进一步研究。
参考文献
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再生骨料混凝土实验研究 篇9
随着人口的快速增长和城市化的高速发展, 建筑业在快速发展。每天都有大量的建筑物被拆除, 这些拆除的建筑废弃物要么被抛弃产生环境污染, 要么简单地用于一些道路或基础的填充。如此同时, 在很多地方生产制备混凝土时缺乏足够的质量好的骨料, 不得不从较远的地方运送过来, 这样极大地提高了工程造价成本。因此, 无论是从环境、经济和能源角度考虑, 将废弃混凝土作为骨料进行再生利用具有十分重要的意义。
再生混凝土骨料通过破碎和碾磨可以分别生产出用于制备混凝土的粗骨料和细骨料。最早将废弃混凝土破碎后用于混凝土骨料的应用可以追溯到二战结束时的欧洲, 到今天已经有很长一段历史了。然而, 再生骨料的利用大多限于一些低级的应用, 如道路基础或者填充料, 仅有6%可用于一些较高等级的工程, 如新建的混凝土结构, 但依然限于一些低强度混凝土配制。将再生混凝土用于制备一些高强度混凝土具有广阔的空间, 尤其是那些由于地震或者某些特殊改造工程产生的高质量的混凝土大量出现。
利用再生骨料制备混凝土已有大量的实验研究和生产实践, 其研究内容涉及到再生骨料物理特性、再生骨料混凝土的新拌性能、硬化后的力学性能、耐久性以及配比设计方法和影响因素等。可以看出, 利用再生骨料可以制备出性能较好的混凝土。然而, 用于生产再生骨料的混凝土通常由于其来源比较复杂, 混凝土本身强度等级差异较大以及还含有大量的一些其它杂质, 如石灰浆、瓦砾等。此外, 再生骨料表面通常还附着一些灰浆, 使得所制备的混凝土性能出现劣化。因此, 利用再生骨料制备混凝土还存在许多尚未解决的技术问题, 这些也制约了再生骨料混凝土大范围的工程应用。如再生骨料混凝土的低强度、质量波动较大、高干缩率、徐变较大以及弹性模量较低等不足。在以前的研究文献中[1,2,3,4,5], 再生骨料混凝土的获得大都是通过实验室专门制备的试块破碎, 其性能是有保障的。然而, 这很难反应那些直接从施工现场获取的再生骨料混凝土特性。此外, 以往的研究中大都是利用再生骨料部分取代进行试验的, 这也限制了再生骨料最大限度的应用。
本文通过试验重点讨论了利用施工现场的再生骨料完全取代粗骨料制备高强混凝土的可行性。在试验的基础上研究了再生骨料混凝土新拌性能和硬化后的力学性能及干缩特性, 讨论了再生骨料混凝土性能影响因素的机理, 提出了可以通过掺加微细硅粉和高效减水剂制备高强再生骨料混凝土。
1试验
1.1 试验原材料与配比
(1) 骨料。
本文采用的废弃混凝土块为上海某一被拆除的建筑物, 通过对拆除的建筑物混凝土块进行钻心取样, 测得其强度为40～60 MPa。为获得较高强度的再生骨料, 我们对破碎的混凝土再生骨料进行了机械方式的活化处理, 并进行了筛分, 获得粒径为5～16.5 mm的连续级配粗集料和0.08～5 mm的细集料。作为对比, 另选取5～16.5 mm的天然破碎石英石和细度模数为2.6的河砂。
(2) 水泥。
上海海螺水泥有限公司生产的海螺牌42.5级普通硅酸盐, 其28 d抗压强度为53.5 MPa, 矿物组成见表1。
(3) 微硅灰。
Elken公司提供, 颗粒粒径约0.01～0.1μm, 矿物组成见表1。
(4) 高效减水剂。
Mighty-150。
(5) 拌和水。
市政自来水。
本研究主要探讨利用再生骨料制备高强度混凝土。因此, 作为对比研究, 本文共设计了六组试验, 其详细配比见表2。
1.2 试件制作
采用30l的搅拌机进行拌和, 对于掺有再生骨料的拌和物, 首先将再生骨料与30%的拌和水进行预湿搅拌1 min, 随后依次加入微硅粉、水泥、砂并搅拌1 min, 最后将剩余的水和减水剂加入并进行搅拌, 直到搅拌均匀, 将均匀的再生骨料混凝土装入试模并进行振动成型。
1.3 试件养护与测试
选用不同标准尺寸的试件测试不同的性能参数, 抗压强度测试选用150×150×150 (mm) 立方体试模, 劈裂抗拉强度选用100×100×100 (mm) 立方体试模, 干缩试验选用100×100×515 (mm) 棱柱体试模, 分别测试了3 d、7 d、14 d、28 d和56 d的强度和干缩变形, 以上每组3组试件进行测试, 取平均值。
试件成型24 h后脱模, 然后将试件置于标准养护室养护至规定龄期。抗压强度测试在2 000 kN的压力试验机上进行, 加荷速度为03～0.5 MPa/s, 劈裂抗拉强度测试以0.04～0.06 MPa/s速度进行加荷, 测试方法分别依据JGJ 55-1981和GBJ 82-1985。
2试验结果
2.1 工作性
图1给出了再生骨料所制备的混凝土拌合物的坍落度, 从图中可见, 再生骨料对混凝土拌合物坍落度有较大影响。与天然骨料相比, 尽管添加了较多的减水剂, 但其坍落度依然较小。如第三组拌合物 (同时采用再生粗骨料与细骨料) 的坍落度较第一组 (掺加天然骨料) 和第二组 (掺加再生粗骨料和天然细骨料) 要小。同时我们发现, 掺加了微硅粉也大幅度降低了拌合物的坍落度。一般来说, 再生骨料周围都附有一定量的水泥灰浆, 最高达到40%, 这大幅度提高了其需水量, 因此出现坍落度的降低[6]。这一现象与其他研究者相同[7,8,9,10]。
2.2 抗压强度
图2给出了天然骨料与再生骨料混凝土在不同养护龄期时的抗压强度变化规律。从图中可以看出:对于所有拌合物, 抗压强度均随龄期增长而增大。在没有掺加微细硅粉与高效减水剂时, 部分使用再生骨料取代天然骨料, 其早期抗压强度 (即28 d之前) 与基准混凝土相比, 基本无明显差异, 而后期 (即28天之后) 抗压强度均有部分提高, 而全部使用再生骨料混凝土, 其抗压强度较天然骨料混凝土有较大幅度下降, 达8%左右。当同时掺加微硅粉与高效减水剂时, 其抗压强度均有较大幅度的提高。与天然骨料混凝土相比, 尽管再生骨料混凝土抗压强度低, 但仍能配制出C70～80左右的高强混凝土, 尤其是在再生粗骨料与天然河砂搭配情况下, 能显著改善再生骨料混凝土后期抗压强度性能。可见, 利用优质的再生骨料能配制出工程结构中所需要的高强混凝土。
2.3 劈裂抗拉强度
图3给出了不同养护龄期再生骨料和天然骨料的劈裂抗拉强度。从图中可看出:与抗压强度相同, 对于所有拌合物, 其劈裂抗拉强度随龄期的增长而提高。同时发现:掺加微硅粉和高效减水剂能显著提高其劈裂抗拉强度, 尤其在龄期为28 d之后的劈裂抗拉强度。对于再生骨料混凝土, 这种微硅粉与高效减水剂的改性作用表现得愈加明显, 与未掺微硅粉和高效减水剂的天然骨料混凝土相比, 其劈裂抗拉强度提高了24.0%左右。同样也发现, 再生粗骨料与天然河砂共同使用, 其配制的再生骨料混凝土劈裂抗拉强度较高。
2.4 收缩性能
图4给出了天然骨料与再生骨料混凝土在不同龄期下测试的收缩性能。从图中可看出:再生骨料对其收缩性能影响较为显著。与同配比的天然骨料混凝土相比, 其56 d收缩值增大了10%左右。这主要由于再生骨料本身固有的一些缺陷而致, 而掺加了微硅粉有效地改善了这方面的性能。
3讨论
以上测试结果显示, 与天然骨料拌合物 (第一组拌合物) 相比, 掺加再生粗骨料与天然细骨料复合的拌合物 (第二组拌合物) , 其早期强度无明显变化而后期强度却有少量提高。此外, 掺加再生粗骨料与天然细骨料复合的拌合物 (第五组拌合物) 甚至可以制备出28 d抗压强度达到80 MPa的高强混凝土。在本研究中, 能取得如此效果的主要原因包括:①再生粗骨料本身的性能;②制备方法的改善;③微硅粉的掺加。
混凝土是一种三相复合材料, 由粗骨料、水泥砂浆以及粗骨料与水泥砂浆组成的界面过渡区组成。粗骨料对混凝土的强度贡献主要依赖于粗骨料本身的性能以及它与水泥浆体界面的性能, 相比于普通混凝土, 骨料本身性能特点对于高强混凝土的强度贡献影响要更大。然而, 对于再生骨料, 由于现场混凝土的性能差异很大, 其品质很难得以保证, 因此, 再生骨料对于界面过渡区性能的影响非常大。一般而言, 界面过渡区是混凝土中性能最为薄弱的环节。与普通混凝土相比, 再生骨料混凝土界面过渡区并不是单纯的粗骨料与水泥砂浆之间界面过渡区而是一个较为复杂的多层结构:其一是再生骨料与新拌的水泥砂浆之间产生的界面;其二是再生骨料原有存在的骨料与浆体之间的界面。以前有研究通过干拌的方法部分消除再生骨料表面粘附的水泥灰浆。 然而, 我们认为原来粘附在再生骨料表面的灰浆可以作为新拌混凝土界面过渡区层中的一个新相, 可以发挥提高强度的作用。此外, 再生骨料由于粘附一些水泥灰浆具有更大的比表面积, 也利用提高其与新的水泥砂浆之间的界面粘结。另外, 拆除的这些混凝土构件, 其中还有一些未水化的水泥, 在拌合水作用下, 重新水化以提高混凝土后期的强度。
本研究中, 我们采用了二次拌合方法, 即裹砂工艺。通过降低粗骨料与水泥砂浆界面过渡区的水灰比, 一方面减少了其可能出现的泌水, 更重要的是由于水灰比的降低而提高界面过渡区水泥浆体的强度。这方面的作用效果也已在其他研究中得到了验证[11,12,13]。
采用矿物添加剂微硅粉来增强混凝土强度已有很多的研究, 且技术相当成熟。这些研究结果表明, 微硅粉的掺入能大幅度提高界面强度, 其界面能可以提高100%。微硅粉由于其超细的颗粒和较高的活性, 其能有效消除粗骨料表面吸附的一层水膜, 从而使得混凝土结构更加密实, 其界面过渡区强度更高。本文的测试结果, 如抗压强度、劈裂抗拉强度和干缩率随微硅粉掺量的变化 (如第五和第六组) 规律也证明了这一点。
4结论
本文通过试验研究, 探讨了利用再生骨料完全取代天然粗骨料制备高强混凝土, 得到了以下主要研究结论:
(1) 再生骨料对于混凝土拌合物工作性产生较大影响, 其大幅度地降低了混凝土拌合物的坍落度。
(2) 同时掺加再生粗骨料和细骨料, 严重影响降低了混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度。
(3) 与采用普通骨料配制混凝土相比, 在不掺加微硅粉条件下, 采用再生粗骨料与河沙混杂配制混凝土, 其抗压强度性能相差不大, 但劈裂抗拉强度较低。
(4) 同时采用再生粗骨料和细骨料配制混凝土, 大幅度加大了其干缩变形。
(5) 采用二次搅拌工艺和微硅粉进行改性, 利用再生粗骨料完全取代粗骨料和河沙混杂配制混凝土, 可以制备出28d抗压强度达到80MPa的高强混凝土。
摘要：随着市政建设的进展, 大量的建筑物被拆迁而产生的建筑垃圾对城市的环境造成严重的污染。这些废弃的混凝土作为混凝土的骨料得以重新利用, 然而目前大都受限于其强度。本文探讨了用废弃混凝土块再生骨料完全代替天然骨料配制高强再生混凝土技术, 并研究了掺合料对其新拌物理性能及力学性能的影响, 研究表明通过制备方法的改进和掺加微硅粉可以利用废弃混凝土制备出28d抗压强度达到80MPa的高强混凝土。本研究提出的用再生骨料配制高强混凝土的技术途径对于推动废弃混凝土再生利用具有积极的意义。
再生混凝土应用现状研究 篇10
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
[1]肖建庄.钢管约束再生混凝土轴压试验研究[J].建筑结构学报,2011,32(6):92-98.
[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.
[5]胡圣军.钢纤维再生混凝土力学性能的影响因素[J].中南林业科技大学学报,2010,30(9):103-106.
[6]王建坤.纺织废料再生纤维增强混凝土力学性能的研究[J].天津工业大学学报,2005,24(4):12-15.
[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.
[9]仝小芳.粉煤灰再生混凝土基本性能研究[J].混凝土,2014(7):27-31.
再生混凝土研究 篇11
关键词：框架结构；再生混凝土；非线性
经回收处理后的废弃混凝土可以用于混凝土再生产，是解决环境保护问题和基础设施建设的有效办法，其既能减少环境污染，又能减少资源浪费。当前关于混凝土再生的材料性能国内外已经相继展开了研究，但主要集中在混凝土再生构建的研究上，相对来说关于其结构性能的研究较少。本文探讨了ANSYS有限元分析程序与已有的钢筋混凝土非线性分析理论，对再生混凝土框架结构的抗震性能非线性进行了分析，对再生混凝土框架结构抗震性能进行了深入了解。
一、在ANSYS中建立有限元模型
本文所建立的是混凝土和钢筋分离式有限元模型，忽略混凝土和钢筋的粘结滑移因素，可以分别获得混凝土和钢筋的变形情况和应力，这是该模型的优点。
（1）混凝土材料模拟
在模拟过程中，采用多线性和屈服准则等向强化模型考虑混凝土的塑性发展，用单元模拟混凝土材料的塑性、弹性以及破坏等各种力学行为。混凝土的本构模型所采用的是下列适合普通混凝土的本构方程。
（2）钢筋材料模拟
在有限元模型中，单元实常数主要是用来设置钢筋初始应力和截面面积，采用单元模拟框架中的纵向钢筋压和拉行为，在该分析中初始应力为零，纵向钢筋截面积为15.39平方厘米。钢筋的弹性效应和性质采用两折线和屈服准则等向强化弹塑性模型来考虑。以下为钢筋本构关系公式：
将所得到的数据通过统计回归，得到再生粗骨料取代率r与参数a和b的关系：
（3）模型网格的划分
柱顶、粱端、跨中三等分位置在建立有限元模型时，分别设置了刚性垫块，为避免该区混凝土因应力集中而过早的发生破坏，用以分布施加在该处的集中荷载。此外，为了避免混凝土和钢筋的交界面上由于划分过小的混凝土单元，而造成混凝土过早发生破坏，施加了柱底支座的框架自重、跨中竖向荷载、位移约束、粱端水平荷载、柱端竖向荷载的有限元模型（如图一），钢筋单元（如图二）。
图一
图二
二、试验结果和计算结果对比分析
由单调加载得到的荷载位移曲线与荷载位移滞回曲线的包络线形成的骨架曲线，在低调反复荷载的作用下，是极为相似的。所以，我们可以由滞回曲线的包络线，得到在单吊荷载作用下结构的近似荷载位移曲线，为有限元模拟提供了对比的数据。另外，一些偶然因素对框架受力性能的影响可以通过反复加载进行降低，试验结果相对较为稳定，得到的荷载位移骨架曲线较为平滑。
通过在ANSYS中对上述有限元模型进行求解，在单调加载情况下可以模拟混凝土框架结构的受力性能，可以得到粱端的荷载位移曲线，以及混凝土与钢筋在受力过程中的变形和应力。
三、分析有限元计算结果
（1）在不同加载阶段混凝土和钢筋各部分的应变和应力状态，可以通过钢筋混凝土分离式模型得到。通过计算结果我们可以得出：柱端、粱端混凝土在最大荷载时可达到0.0086压应变，已经超过其极限压应变，柱端和粱端的混凝土将会发生较为严重的压溃破坏，此外与试验结果一致，梁柱端钢筋已经达到屈服，梁柱端钢筋应力全部达到448MPa。分离式模型可以查看钢筋和混凝土某点的应力随荷载变化趋势，还可以在不同荷载作用下精确地查看混凝土和钢筋的应力状态，可以提供结构细部设计的依据。
（2）柱端和粱端受拉区钢筋在最大荷载时，通过框架中钢筋的应力分布我们可以看出，都已经屈服强度，此外，与试验建构相对一致的还有，相对较小的受压区钢筋应力。
（3）通过计算模拟和试验结果的比较我们可以看出，计算模拟得到的各项指标（各组成部分的应力、荷载位移骨架曲线、结构裂缝分布、特征荷载等）都与试验结果较为吻合，这就说明，对于试验中再生混凝土框架结构所表现出的非线性性能，该有限元模型能够较好的进行模拟。主要由于混凝土和钢筋材料的非线性性能造成了结构的非线性性能，因此，对于钢筋和再生混凝土的非线性力学性能，有限元计算模型中所采用的钢筋与混凝土材料的非线性本构关系模型、相关材料参数、破坏准则的取值都做出了较为准确的反映。
（4）试件在单调荷载作用下的荷载位移骨架曲线，钢筋混凝土分离式模型能够比较准确的进行模拟。单元Solid65由于具有开裂的功能，考虑了对结构整体性能混凝土开裂造成的影响，为了更直观地确定在荷载作用下结构的危险区域，可以绘制结构裂缝的相关示意图。
（5）粱端截面上开裂混凝土拉区混凝土正应力基本为零，失去了抗拉能力。截面对称配筋，混凝土计算模型的保护厚度为5厘米，一般为10厘米左右的受压区高度，这与假定的受压区高度一般对称配筋截面设计时所取保护层厚度的两倍相同。
（6）分离式模型对于结构各个特征荷载都能够较为准确的进行模拟，相对误差一般都在5%以下，特征荷载的大部分计算值与实验值都没有过大差距。与试验结果相比各特征的荷载模拟值都普遍要小，这与结构中材料的强度实际值和材料的强度测试值的差距有关联，此外，还有一个使模拟值比试验值低的原因是分离式模型中没有考虑箍筋的影响。
总结：本文所采用的再生混凝土材料的相关材料参数数值和本构关系模型能够对再生混凝土的非线性力学特性做出较好的反映，可以用于再生混凝土结构的计算。钢筋混凝土分离式有限元模型能够描绘出与实验结果相对吻合的荷载位移骨架曲线，受力过程中的各特征荷载都能够较为准确的计算出来。能够直观的显示在不同加载阶段结构各细部的应变和应力状态，能够从宏观上反映结构的整体性能，可以分别给出荷载作用下混凝土与钢筋追加载过程和内力量值的变化规律。由于试验结果与计算结果相对吻合，所以，其可以作为结构设计的依据。
参考文献：
[1]曹万林，尹海鹏，张建伟，董宏英，张亚齐.再生混凝土框架结构抗震性能试验研究[J].北京工业大学学报，2011（02）.
[2]肖建庄，杜睿，王长青，史江涛.灾后重建再生混凝土框架结构抗震性能和设计研究[J].四川大学学报（工程科学版），2009（05）.
再生混凝土的变形特征研究 篇12
1 再生混凝土的短期变形特征
1.1 应力-应变曲线
混凝土的应力-应变全曲线既是混凝土基本受压特性的综合性宏观反应, 又是研究混凝土结构承载力和变形的主要依据, 对于分析构件极限状态时截面的应力分布、弹塑性全过程以及抗震和抗爆结构延性和恢复力特性具有重要意义。
李佳彬通过试验获得了不同再生骨料取代率再生混凝土的应力-应变全曲线, 不同再生骨料取代率的再生混凝土的应力-应变曲线形状比较类似, 但是随着再生骨料含量的增加, 应力-应变曲线的上升段曲率增加, 表明弹性模量降低, 同时随着再生骨料含量增加, 应力-应变全曲线的下降段变陡。在分析应力-应变全曲线特征的基础上, 李佳彬采用下式所示的模型对再生混凝土的应力-应变全曲线进行了模型化,
式中, x=ε/ε0, y=σ/fc, a、b为待定常数。
通过对试验数据的统计分析, 参数取值分别为:a=2.2 (0.748r2-1.231r+0.975) , b=0.8 (7.6438r+1.142) , r为再生骨料取代率 (%) 。
1.2 峰值应变
一般而言, 由于再生骨料表面附有大量的水泥砂浆, 使得再生骨料的弹性模量较天然骨料低, 最终导致再生混凝土的峰值应变较普通混凝土增加。宋灿的试验结果则表明, 再生混凝土峰值应变较普通混凝土增加30%左右。图1给出了李佳彬的试验结果, 由图中可以看出, 随着再生骨料的增加, 再生混凝土的峰值应变增加, 当粗骨料全部采用再生骨料时, 峰值应变较普通混凝土增加约20%。
1.3 极限应变
目前, 关于再生混凝土极限应变的研究相对较少。仅有的的试验结果表明, 再生混凝土极限应变较普通混凝土差异不大。
1.4 弹性模量
Frondistou-Yannas和Kakizaki等的试验分别发现再生混凝土的弹性模量较普通混凝土降低33%和25%~40%。Wesche、Gerardu、刑振贤、李占印的试验均发现再生混凝土的弹性模量较普通混凝土降低, 降低幅度分别为19%、15%、18%、27.5%和15%。综合以上研究, 可以发现再生混凝土的弹性模量较普通混凝土降低15~27.5%。弹性模量降低是由于再生骨料上附着大量弹性模量相对较低的砂浆。再生混凝土的弹性模量降低, 将导致其在荷载的作用下变形增加, 用于结构构件时, 需要考虑其引起的变形增大问题。
Ravindrarajah、Dhir、Kakizaki等、Zilch和Mellmann分别建议了再生混凝土弹性模量与抗压强度关系式, 如式 (2) ~ (6) 所示,
式中, Ec、fcu、fc和γ分别为再生混凝土的弹性模量 (MPa) 、立方体抗压强度 (MPa) 、圆柱体抗压强度 (MPa) 和表观密度 (kg/m3) 。
结合国内大量试验结果的统计分析, 章丹峰]建议采用下式计算再生混凝土的弹性模量:
(3) 式计算结果与试验结果对比如图2所示, 可以看出, 两者符合较好。
1.5 泊松比
颜聪的试验结果表明:再生混凝土的泊松比较普通混凝土变化不大, 大致在0.18~0.23之间。宋灿的试验发现, 随着应力水平的增加, 再生混凝土的泊松比变化规律与普通混凝土比较一致。李旭平结合试验系统研究了不同抗压强度再生混凝土的泊松比, 试验结果如图3所示。由图中可以看出, 再生混凝土的泊松比在0.15~0.23之间。综合以上各试验结果, 实际应用中可以取再生混凝土的泊松比与普通混凝土一致, 即0.2。
2 再生混凝土的长期变形特征
21 收缩
再生骨料中含有大量水泥砂浆导致再生混凝土收缩值的增加。Nishibayashi和Yamura、Morlion和Yamato的试验结果均表明再生混凝土的收缩值比普通混凝土大得多。国内王武祥也给出了类似的结果。上海市工程建设地方规程《再生混凝土应用技术规程》 (DG/TJ07-008) 建议再生混凝土的收缩值在普通混凝土收缩值的基础上加以修正, 修正系数取为1-1.5, 当再生骨料取代率少于30%时, 取1, 再生骨料取代率为100%时取1.5, 中间按线性插值。图5给出了按《规程》方法计算得到的再生混凝土收缩值与王武祥试验结果对比, 可以看出两者吻合较好, 表明《规程》给出的收缩计算方法是可行的。
2.2 徐变
一般认为, 混凝土的徐变与其水泥浆含量成正比。由于再生骨料中含有大量的水泥砂浆, 导致再生混凝土的徐变要大于普通混凝土, 许多研究者的试验都证实了这一点。
Wesche的试验结果表明, 再生混凝土的徐变比普通混凝土高50%左右;Ravindrarajah和Tam的试验发现, 再生混凝土的徐变比普通混凝土高30%~60%;Hansen发现对于抗压强度为50MPa和25MPa的再生混凝土, 其徐变较普通混凝土分别增加25%和45%。Gerardu的试验发现, 再生混凝土的徐变值比普通混凝土高40%左右。Kasai的试验发现, 再生混凝土的徐变比普通混凝土高20%~30%。Gomez也发现再生混凝土的徐变值较普通混凝土显著增加。但是, 目前国内这方面的研究很少, 有待于进一步展开。关于再生混凝土的徐变系数, 《规程》建议参照普通混凝土进行取值。
综合以上试验结果可以得出如下结论, 再生混凝土的收缩值和徐变值均比普通混凝土高50%左右。再生混凝土的收缩和徐变增大, 将导致再生混凝土结构产生较多的非受力裂缝, 同时也限制了再生混凝土在预应力结构构件中的应用。因此, 应该采取适当措施降低再生混凝土的收缩和徐变。
结论与建议
本文在国内外大量相关试验结果的基础上, 对再生混凝土的变形性能进行了较为系统的综述分析。研究结果表明, 除极限应变与泊松比外, 再生混凝土的其他受压性能均不同于普通混凝土, 主要表现在应力-应变曲线下降断陡, 峰值应变增加, 弹性模量降低以及收缩和徐变增加。目前的成果仅涉及了再生混凝土单轴受压下的变形特征, 为了进一步推动再生混凝土在实际工程中的推广应用, 有必要一步开展再生混凝土多轴应力下和反复荷载作用下的变形特征。
参考文献
[1]中国建筑材料科学研究院.绿色建材与建材绿色化[M].北京:中国建材出版社, 2003.
[2]肖建庄, 李佳彬, 兰阳.再生混凝土技术最新研究进展与评述[J].混凝土, 2003 (6) :17-20.
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