再生混凝土的研究进展

刘汉娣 徐恩祥 支正东

(1.阜宁县教师进修学校，江苏盐城 224400;2.中煤科工集团南京设计研究院，江苏南京 210031;3.盐城工学院土木工程学院，江苏盐城 224051)

再生混凝土是将废弃的混凝土块经破碎、清洗、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配置新混凝土。再生混凝土技术的开发利用，一方面可以解决大量废混凝土的处理以及由此造成的生态环境恶化问题;另一方面，用建筑废物循环再生集料替代天然集料，可以减少建筑业对天然集料的消耗，缓解天然集料日趋匮乏的压力并降低大量开采砂石对生态环境的破坏，保护人类赖以生存的环境，符合节能减排、建设低碳型社会的时代主题，符合人类社会可持续发展的要求。近年来，再生混凝土作为一种节约天然砂石资源，保护环境的绿色混凝土已成为各国研究的热点。目前，再生混凝土的研究成果主要集中在以下几方面。

1 再生骨料

1.1 再生骨料的基本特性

骨料的特性对混凝土的工作性、强度、耐久性等各项性能都有很大的影响。再生骨料的特性包括:粒形、表面结构、表观密度、吸水性、强度、坚固性等。再生粗骨料外观略为扁平，带有若干棱角，表面粗糙孔隙多，肉眼可见再生粗骨料表面附着或多或少的水泥砂浆。再生粗骨料这种外观特征将会降低新拌再生混凝土的工作性，这已经被广大研究者所公认。

再生粗骨料，由于其表面水泥浆含量较高，因此其表观密度比天然骨料低、吸水性较高。孙家瑛［1］测得再生粗骨料的表观密度为 2 530 kg/m3，比天然骨料降低 10%;肖建庄、戴微源等人［2，3］的实验也得出了相似的结论。孙家瑛［1］测得再生粗骨料的24 h吸水率约为天然粗骨料的6倍，其吸水速率也大于天然粗骨料，再生粗骨料10 min吸水率可达24 h吸水率的77%，1 h吸水率达24 h的90%。而肖建庄［2］的研究结果表明，再生粗骨料的24 h吸水率约为天然粗骨料的23倍，10 min可达饱和程度的85%左右。

不同的研究者所得的结果悬殊数倍甚至数十倍，表明不同再生粗骨料的吸水性有着巨大的差异。而再生粗骨料的吸水率高通常被认为是其相对于天然粗骨料的最重要的特征，在设计再生混凝土的拌合用水量时也起着关键作用，所以，确立特定的再生粗骨料吸水率或吸水量与其他指标的数量关系仍然是值得研究的课题。再生粗骨料的强度、坚固性与原生混凝土的强度呈近似线性关系，较天然骨料都表现出较差的性能，但仍然能够满足或加以处理后即能够满足JGJ 52-2006普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准要求［2］。

1.2 再生粗骨料的分级与检验

砂浆含量是再生粗骨料区别于天然粗骨料的最根本因素。由于再生粗骨料的砂浆含量与表观密度以及吸水率之间存在着较好的相关性，将表观密度和吸水率作为再生粗骨料分级的主要参数是合理的可行的［2］。Poon等人［4］指出，砖含量对再生混凝土强度的影响不能忽略，因此在再生粗骨料分级时，应将砖含量作为一个参数加以考虑。

2 再生混凝土的配合比设计及工作性

目前再生混凝土的配合比设计的研究多是基于抗压强度提出的，邓旭华、蒋业浩、戴微源等［3］都曾提出过各种各样的强度公式，但都有局限性，不能满足再生集料性能差异大的要求。所以，现阶段主要还是在普通混凝土强度公式的基础上，修正部分参数并最终通过实验的方法来确定各组分材料的用量。上海市地方标准《再生混凝土应用技术规程》等提出的将再生混凝土的用水量分为净用水量和附加用水量的设计方法，目前比较具有可行性。

柯国军等［5］的研究发现，当再生骨料的替代率为0%～60%时，其坍落度与基准混凝土基本相同，坍落度损失不大，不会给混凝土施工带来困难，主要原因是再生集料用量较少;当取代率超过70%时，再生混凝土的坍落度明显降低;邢振贤，周日农等［6］对废混凝土破碎物代替粗骨料配制的再生混凝土的施工性能进行研究，结果表明:用废混凝土配制的再生混凝土拌合物粘聚性、保水性好，流动性可满足施工要求。

3 再生混凝土的抗压强度

混凝土的抗压强度是混凝土各种力学性能中最重要最基本的一项，因此关于再生混凝土抗压强度的研究进行得最多，研究也相对成熟，得出的研究结论主要分以下三类:

1)再生混凝土的抗压强度低于普通混凝土。基于对早期研究成果的对比分析，Nixon［7］发现与普通混凝土相比，再生混凝土的抗压强度降低，降低幅度最高可达20%。Ramamurthy［8］研究认为再生混凝土的抗压强度降低的范围为15%～42%。他们认为再生混凝土抗压强度的主要原因是由于再生骨料与新旧砂浆之间存在较为薄弱的粘结区域。2)再生混凝土的抗压强度可高于普通混凝土。Yoda［9］通过试验发现:再生混凝土的抗压强度较普通混凝土高出8.5%。柯国军等［5］的试验得出:使用再生骨料的混凝土，随再生骨料取代率的提高，强度呈上升趋势，28 d抗压强度较相同配比的普通混凝土高出21.6%。研究认为，这主要是再生粗骨料含水率高，自养护条件好的原因。3)再生混凝土的抗压强度升降趋势与水灰比和再生粗骨料取代率有关。Gupta等［10］的研究发现，当水灰比较低时，再生混凝土的抗压强度低于同龄期普通混凝土的抗压强度;但是当水灰比较高时，再生混凝土的抗压强度反而高于普通混凝土。而且，再生混凝土的抗压强度并不严格随水灰比的增大而减小。在他的试验中，当水灰比为0.6时，再生混凝土的抗压强度达到最高，当水灰比为0.55时，抗压强度反而最低。李佳彬［11］的试验发现:当再生粗骨料取代率为50%时，再生混凝土的抗压强度随着水灰比的增加先增加后减小，当再生粗骨料取代率为30%，70%和100%时，再生混凝土的强度随水灰比的增加而降低。

不同研究者结论的差异主要是由于采用的再生骨料、再生混凝土的配合比、试验条件以及试验方法存在较大的差异。

4 含有杂质的再生混凝土抗压强度

作为再生粗骨料主要来源的建筑垃圾都含有砖、泥土、木屑等杂质，清拣分类困难，如果将杂质直接拌入混凝土，并且还能达到令人满意的强度，对再生混凝土的利用将具有开创作用。

肖建庄［2］的研究表明:当水灰比为 0.74，0.55 和 0.43 时，砖含量(5%，10%，15%)对再生混凝土抗压强度的影响幅度分别为10%，17%和21%，并且其影响程度都小于再生粗骨料组成成分多样性。石建光和周清长等人进行了再生混合骨料混凝土的试验，再生混合骨料包含碎混凝土块，碎砖、瓷砖以及少量沥青等其他杂质，试验表明水胶比对再生混合骨料混凝土性能影响最大，其抗压强度能够达到25 MPa，且重量比普通混凝土轻15%左右。目前，国内关于杂质混凝土的研究还不多，资料也甚少，有待补充。

5 再生混凝土的抗渗耐久性

混凝土的抗渗性指混凝土抵抗水分子、气体分子以及氯离子扩散的能力，其直接关系到混凝土结构的耐久性，因为渗透性控制着水分等物质渗入的速率，除关系到混凝土的挡水及防水作用外，还直接影响混凝土的抗冻性及抗侵蚀性等，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之一。Rasheeduzzafar等［12］通过试验研究得出，再生混凝土的水灰比较普通混凝土低0.05～0.1，可达到与普通混凝土相同的抗渗性能。Olorunsogo F.T.，padayachee N.［13］通过试验，发现再生混凝土的氯离子渗透性会随着再生骨料含量的增加而提高，随养护龄期的延长而减小。在56 d的龄期时，100%再生骨料浇筑的再生混凝土与普通混凝土相比，氯离子渗透指标和吸水性分别增加86.5%和28.8%，而氧渗透指标(OPI)下降10%。对于50%再生骨料浇筑的再生混凝土，56 d龄期时的氯离子渗透指标和吸水性比3 d龄期时分别下降62.7%和42.7%，而氧渗透指标(OPI)增加37.6%。可以看出再生混凝土的抗氯离子渗透性比普通混凝土差。

从现有资料可以看出，对再生混凝土抗渗性的研究相对较多，而且得到了相似的结论，但大部分集中在氯离子渗透性能方面，在抵抗水压力方面的研究相对欠缺。

6 再生混凝土的单轴受压应力—应变关系

再生混凝土的应力—应变关系是再生混凝土的基本属性之一。早在20世纪80年代，某些学者就对再生混凝土应力—应变曲线进行了试验研究，得出了一些定性的结论:再生混凝土应力—应变曲线的形状与普通混凝土类似;随着再生粗骨料的增加，再生混凝土的抗压强度和弹性模量会降低;与相同配合比下的普通混凝土相比，再生混凝土的轴心抗压强度并没有降低，但是峰值应变增大。近年来，宋灿等研究发现:再生混凝土应力—应变曲线只与再生细集料有关，与再生粗骨料的强度无关;李佳彬等通过试验得到了不同再生粗骨料取代率下的再生混凝土单轴受压应力—应变曲线，发现:随着再生粗骨料取代率的增加，混凝土的峰值应变增大，再生混凝土的极限应变普遍低于普通混凝土，但是，随再生粗骨料取代率的增加，极限应变呈增加趋势。

总结上述结论发现再生混凝土的破坏过程与普通混凝土极为相似，其应力—应变曲线有着与普通混凝土相同的特点。

7 结论与展望

国内外的研究成果表明，再生混凝土和普通混凝土在原材料、配合比以及施工工艺方面存在很大的差别，现行普通混凝土的标准、规范等不适合再生混凝土。

目前我国的再生混凝土技术还处于试验、谨慎使用的初步阶段，缺乏较系统的应用基础研究，技术上也缺少较完善的再生集料和再生混凝土技术规程和技术标准。虽然国外对再生集料和再生混凝土的研究已经比较深入并且取得了比较丰硕的成果，但必须指出的是:由于混凝土的地域性特点，国外的再生集料、水泥、天然集料与我国的再生集料、水泥、天然集料在组成和性能上差别较大，因而其研究成果只具有一定的参考价值，不能直接用来指导我国再生混凝土在实际工程中的应用。而且由于再生集料自身的复杂性、差异大等特点，所以，在我国开展再生集料和再生混凝土的系统研究具有重要的实际意义。

［1］孙家瑛，蒋华钦.再生粗骨料特性及对混凝土性能的影响研究［J］.新型建筑材料，2009(1):30-32.

［2］肖建庄.再生混凝土［M］.北京:中国建筑工业出版社，2008.

［3］戴微源.再生混凝土的基本性能及抗弯承载力试验研究［D］.南京:南京工业大学，2007.

［4］Poon C S，Dixon Chan.Feasible use of recycled concrete aggregates and crushed clay brick as unbound road sub-base［J］.Construction and Building Materials，2005，19(10):578-585.

［5］柯国军，张育霖，贺 涛，等.再生混凝土的实用性研究［J］.混凝土，2002(4):47-48.

［6］邢振贤，周日农.再生混凝土性能研究与开发思路［J］.新型建筑材料，1999(7):29-31.

［7］Nixon P.J.Recycled concrete as an aggregate for concrete-A review［J］.Materials and Structures，1978，11(6):371-378.

［8］Ramamurthy，K.Properties of recycled aggregate concrete［J］.The Indian Concrete Journal，1998(1):49-53.

［9］Yoda，K.，Yoshikane，T..Recycled cement and recycled concrete in Japan.Proceedings of the Second International RILEM Symposium on Demolition and Reuse of Concrete and Masonry.Tokyo，Japan，1988:527-536.

［10］Gupta S.M.Strength Characteristics of concrete made with demolition waste as coarse aggregate.Proceedings of the International Conference on Recent Development in Structural Engineering，2001:364-373.

［11］李佳彬.再生混凝土基本力学性能研究［D］.上海:同济大学，2004.

［12］Rasheeduzzafar，Khan A.Recycled concrete a source of new aggregate for concrete［J］.Cement，Concrete and Aggregates(ASTM)，1984，6(1):17-27.

［13］Olorunsogo F.T.，Padayachee N..Performance of recycled aggregate concrete monitored by durability indexes［J］.Cement and Concrete Research，2002，32(2):179-185.