再生混凝土简述

刘安铭

我国改革开放30年来,建筑业对国民经济的拉动起到了重大作用,成为国民经济的重要支柱产业,但同时也消耗了大量的自然资源,排放出大量温室气体。

一方面,建筑业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;另一方面,城市化进程的加快又不断的产生出混凝土废料。

所以,如何充分、高效、经济的利用废弃混凝土,是低碳时代中保护环境降低碳排放最有效的好办法。

1 再生混凝土的强度特征

1.1 抗压强度

国内外研究表明再生骨料混凝土的抗压强度和再生骨料的替代率密切相关,当再生骨料替代率在30%以下时,再生骨料混凝土与普通骨料混凝土抗压强度差距不大,在8%内,如果再生骨料替代率继续提高,再生骨料混凝土抗压强度随着再生骨料替代率的增大而降低,再生骨料50%取代天然粗骨料时,再生骨料混凝土抗压强度降低5%～20%不等,当再生骨料100%取代天然粗骨料时,再生骨料混凝土抗压强度降低较多,最大降幅达到30%。

再生混凝土的强度与废混凝土再生骨料加工工艺、再生骨料的掺量以及再生混凝土的配合比等密切相关。由于废混凝土的强度等级、使用环境与碳化程度各不相同,解体、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有其特殊性。

再生混凝土的抗压强度随着再生粗骨料掺量的增加而降低。研究表明当再生粗骨料掺量为30%,70%和100%时,再生混凝土的28 d抗压强度分别较普通混凝土平均降低 24%,28%和30%左右。但是,当再生粗骨料的掺量为50%时,再生混凝土的强度反而高于普通混凝土。不论再生粗骨料掺量多少,再生混凝土抗压强度随龄期的发展规律与普通混凝土类似。废混凝土的强度对再生混凝土的强度也有一定影响。

1.2 抗压强度的变异特性

国外试验发现当使用的再生骨料来源单一时,基于试验室试验得到的再生混凝土抗压强度的变异系数与普通混凝土差别不大。但是,在实际工程中,再生混凝土抗压强度的变异性可能会有所增大,这是由于再生骨料的吸水率高,很难保证再生混凝土中的各部分能够获得相同的水灰比。即使在拌制混凝土前对再生骨料进行预先润湿,仍可能存在较大的强度变异。

当废弃混凝土的性能差异较大时,由其加工而成的再生骨料性能的变异性将增加,利用这些不同来源的再生骨料配制的混凝土的抗压强度变异系数可能会大大高于采用来源单一的再生骨料配制的混凝土。国外试验证实了这一点,采用的再生骨料由使用期为15年且性能差异较大的废弃混凝土加工而成,试验中再生混凝土的配合比完全相同,结果发现再生混凝土抗压强度在32.0 MPa～49.1 M Pa之间变动,平均值为 41 MPa,强度标准差为5 MPa,变异系数为12%。

1.3 抗拉及抗折强度

再生混凝土的劈裂抗拉强度与普通混凝土差别不大。国外试验表明再生混凝土的劈裂抗拉强度与普通混凝土几乎相同,对于抗折强度,也有类似的结论。试验也证实了上述结论,再生混凝土抗拉强度较普通混凝土约降低6%,而抗折强度却没有降低。

另外,日本BCSJ试验还发现,再生混凝土的抗折强度约为其抗压强度的1/5～1/8,这与普通混凝土基本类似。但关于普通混凝土抗折强度与抗压强度的关系式则偏于保守。有试验发现当水灰比较低时,再生混凝土的抗拉强度与抗折强度低于普通混凝土,而水灰比较高时,再生混凝土的抗拉强度与抗折强度则高于普通混凝土,同时发现再生混凝土抗折强度与抗拉强度随龄期的增长规律与普通混凝土相同。

以上试验结果表明,再生混凝土的抗拉强度和抗折强度较普通混凝土降低0%～10%,结合前述关于抗压强度的试验结果,可以发现从总体而言,再生混凝土的拉压比和折压比要较普通混凝土高。

2 再生混凝土的耐久性

2.1 抗渗性能

混凝土的抗渗性能与其孔隙率或密实度直接相关。因而,提高混凝土密实度的方法均可以起到改善其抗渗性能的作用。试验表明对掺与未掺粉煤灰的再生混凝土试块进行扫描电镜分析,发现未掺加粉煤灰的再生混凝土界面上有明显裂缝,而掺加粉煤灰的再生混凝土其界面结构则较为密实。

2.2 抗冻性能

许多研究者的试验均得出,再生混凝土具有良好的抗冻性能,甚至优于同水灰比的普通混凝土。然而更多研究者得出,再生混凝土的抗冻性能低于甚至明显低于普通混凝土,再生粗集料是再生混凝土抗冻性能的薄弱环节,它很容易吸水饱和。

2.3 收缩和徐变

再生集料本身较大的干缩变形及较低的弹性模量使再生混凝土干燥收缩较大;掺加矿物掺合料(如粉煤灰、矿渣等)、聚丙烯纤维、钢纤维、膨胀剂以及采用蒸汽养护等可以减小再生混凝土的干缩变形,其中以掺加膨胀剂的效果最好。

再生混凝土的徐变较普通混凝土大,且随水泥用量、水灰比增加而增大;采用DC-RR搅拌方法可以降低再生混凝土的徐变;正是由于再生混凝土徐变较大,故不宜用于预应力构件。

3 再生混凝土的结构性能

3.1 再生混凝土梁

国外学者K.Ishill通过研究再生混凝土梁的受弯特征,表明再生混凝土梁的承载力与普通混凝土梁差别不大,但变形和裂缝宽度较普通混凝土梁略大。国外学者B.C.Han完成了再生混凝土梁的抗剪承载力试验,研究表明用普通混凝土的设计方法设计的再生混凝土梁偏于不安全。试验表明再生混凝土梁在受弯过程中仍具有弹性、开裂、屈服、破坏四个阶段,并且截面基本符合平截面假定,随着再生骨料掺量的增加,梁的开裂弯矩,极限弯矩和刚度降低,变形增大;再生混凝土梁的抗剪承载力随着再生骨料掺量的增加而降低。采用《混凝土结构设计规范》设计再生混凝土梁时需要进行修正。

3.2 再生混凝土柱

国外学者研究了钢管再生混凝土柱的轴压性能,试验结果发现钢管再生混凝土柱的刚度降低,破坏过程较普通混凝土快,但仍具有足够极限承载能力可以利用。试验结果表明钢管再生混凝土组合柱与钢管普通混凝土组合柱的破坏模式相同,有相同的破坏特征,再生混凝土柱的轴压承载力低于普通混凝土柱,而大偏压柱的承载力与普通混凝土相差不大。

3.3 再生混凝土砖

国内试验表明以废砖粉和废砂浆为细骨料、废混凝土为粗骨料制作混凝土空心砖,取代率分别为70%,100%,其强度等级能满足作为砌筑墙体的承重砌块要求。而且再生混凝土空心砖导热系数小,保温性能好,优于普通混凝土及普通的再生混凝土,是一种有研究前景的建筑节能墙体材料。

4 结语

美国、日本和欧洲等发达国家和地区对废混凝土的再利用研究得较早。近年来,国内的一些专家学者在这方面也进行了大量的基础性研究。目前,国内外对再生混凝土材料性能和结构行为的研究成果表明,合理设计的再生混凝土结构能够达到普通混凝土结构的性能要求,其应用于土木工程中是可行和安全的。再生混凝土作为绿色低碳建筑材料是完全值得去推广和应用的。

[1] 肖建庄.再生混凝土[M].北京:中国建材工业出版社,2008.

[2] 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):85-86.

[3] 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):32-33.

[4] 梁 倚,邓志恒,黄廷剑.以废砖粉和废砂浆为细骨料的再生混凝土受力性能试验研究[J].混凝土,2009(3):41.

[5] 刘数华.再生混凝土技术[M].北京:中国建材工业出版社,2007.