再生混凝土強(qiáng)度的影響因素分析

□□ 韓宇瀚(太原太工天昊土木工程檢測(cè)有限公司，山西 太原030024)

摘要：建筑垃圾既占用大量的土地，同時(shí)還對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。再生混凝土可以將廢棄的建筑垃圾變廢為寶，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，同時(shí)解決了因限制天然砂石開采導(dǎo)致的骨料短缺的問題。闡述了再生混凝土骨料的化學(xué)強(qiáng)化和物理強(qiáng)化方法，對(duì)影響再生混凝土性能的各種因素進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：建筑垃圾；再生混凝土；原材料

文章編號(hào)：1009-9441(2015)01-0011-03

中圖分類號(hào)：X 799.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：Construction waste not only takes up a lot of land，it also causes serious pollution to the ecological environment.Recycled concrete can change abandoned construction waste into resources and recycle resources，at the same time solves the problem of gravel aggregate shortage due to the restrictions of natural sand mining.The present paper elaborates the recycled concrete aggregate chemical reinforcement and physical reinforcement method，and discusses various factors influencing the performances of recycled concrete.

作者簡(jiǎn)介：韓宇瀚(1989-)，男，山西文水人，2010年7月畢業(yè)于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)，現(xiàn)從事建筑材料檢驗(yàn)與試驗(yàn)工作。

收稿日期：2014-12-14

引言

我國(guó)建筑行業(yè)的興起帶動(dòng)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)對(duì)原材料的需求量也越來(lái)越多，每年僅拆遷產(chǎn)生的廢棄建筑垃圾也在不斷上升。所以，再生混凝土的應(yīng)用既可以解決建筑垃圾的堆放問題，同時(shí)還可以緩解天然骨料的需求量，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益并重。

再生混凝土是將廢棄混凝土進(jìn)行二次利用，作為骨料摻入到新拌混凝土中形成的制品。國(guó)內(nèi)外已有大量關(guān)于再生混凝土研究的報(bào)道，其中荷蘭是開展再生混凝土研究最早的國(guó)家，20世紀(jì)80年代已就再生混凝土制備素混凝土、鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的研究制定了相關(guān)的規(guī)范[1]。我國(guó)對(duì)再生混凝土的研究晚于國(guó)外，但對(duì)這個(gè)課題的研究也取得了很多的成果。如同濟(jì)大學(xué)的肖建莊對(duì)再生混凝土的各項(xiàng)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，認(rèn)為再生混凝土在一定摻量下可以滿足建筑結(jié)構(gòu)的受力，完全可以用于實(shí)際施工中。

影響再生混凝土強(qiáng)度的因素除了與普通混凝土強(qiáng)度的影響因素一樣外，還包括再生骨料的物理性質(zhì)(原生混凝土的性質(zhì))和再生骨料的替代率。

1再生骨料的強(qiáng)化

1.1　化學(xué)強(qiáng)化

化學(xué)強(qiáng)化是將再生骨料與某些化學(xué)試劑進(jìn)行反應(yīng)，以消耗那些對(duì)強(qiáng)度沒有影響的物質(zhì)，然后生成有利于提高強(qiáng)度的化學(xué)成分。所用化學(xué)試劑一般包括聚合物、純水泥漿、有機(jī)硅防水劑以及水泥外摻Kim粉等。毋雪梅等[2]通過浸漬法強(qiáng)化再生骨料進(jìn)行了再生混凝土的研究，在試驗(yàn)中采用了無(wú)機(jī)復(fù)合堿性激活劑和有機(jī)復(fù)合酸脂，將再生骨料在這些試劑中進(jìn)行浸漬處理，改善了再生骨料的特性，試驗(yàn)結(jié)果見表1。由表1可見，經(jīng)過化學(xué)試劑處理的再生骨料吸水率降低，而且無(wú)機(jī)浸漬的效果明顯優(yōu)于有機(jī)浸漬的結(jié)果，壓碎指標(biāo)和表觀密度與吸水率有相同的影響結(jié)果。

表1　再生骨料特性比較 1)

1.2　物理強(qiáng)化

物理強(qiáng)化采用機(jī)械設(shè)備對(duì)建筑垃圾進(jìn)行破碎處理，主要是通過物理的方法對(duì)廢棄混凝土的表面進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理，除去表面的水泥砂漿以及部分顆粒的棱角。目前，物理強(qiáng)化的方法主要有臥式回轉(zhuǎn)研磨法、立式偏心裝置研磨法、磨內(nèi)研磨法以及加熱研磨法這4種[3]。一般在工程上采用自研磨(再生骨料通過回轉(zhuǎn)的滾筒，依靠自重摩擦)、球磨以及機(jī)研磨，這幾種研磨方法的對(duì)比[4]見表2。結(jié)果顯示，再生骨料的壓碎指標(biāo)在物理強(qiáng)化作用下基本上降低了50%，其中經(jīng)球磨后的壓碎指標(biāo)下降最多。

2再生混凝土強(qiáng)度的影響因素

2.1　原生混凝土對(duì)再生混凝土強(qiáng)度的影響

Topcu I B等[5]在使用原生混凝土強(qiáng)度為14 MPa的混凝土制備強(qiáng)度為16 MPa和20 MPa的再生混凝土?xí)r，發(fā)現(xiàn)圓柱體和立方體抗壓強(qiáng)度均有所下降，前者下降了33%，后者下降了23.5%。Ajdukiewicz A等[6]對(duì)高強(qiáng)再生混凝土進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其應(yīng)力-應(yīng)變曲線與普通混凝土相似，因此認(rèn)為原生混凝土的強(qiáng)度等級(jí)對(duì)于再生混凝土強(qiáng)度等級(jí)的影響并不是很大。而且Katz A[7]的研究表明：再生混凝土水泥基體強(qiáng)度大于原生混凝土的水泥基體強(qiáng)度時(shí)，這時(shí)原生混凝土的強(qiáng)度等級(jí)會(huì)對(duì)再生混凝土的強(qiáng)度等級(jí)產(chǎn)生比較顯著的影響。

表2　3種不同研磨方法對(duì)再生骨料性能的影響

2.2　水灰比對(duì)再生混凝土強(qiáng)度的影響

在普通混凝土的制備過程中要嚴(yán)格控制水灰比，因?yàn)樗冶仁怯绊懟炷翉?qiáng)度的一個(gè)顯著因素。同樣，在再生混凝土的制備過程中，也要注意水灰比的控制。許岳周等[8]的研究表明，當(dāng)水灰比提高0.1，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，降低率為20%左右。水灰比比較低時(shí)，再生混凝土表現(xiàn)出與普通混凝土不同的性能。當(dāng)水灰比為0.45以下時(shí)，再生混凝土相比于普通混凝土，強(qiáng)度可以下降30%；水灰比在0.35~0.45之間時(shí)，再生混凝土強(qiáng)度與普通混凝土強(qiáng)度之間的差異隨著水灰比的增加而逐漸減少；當(dāng)水灰比>0.45時(shí)，再生混凝土的強(qiáng)度可以達(dá)到相同配比下普通混凝土的強(qiáng)度。

混凝土中由于摻加高效減水劑導(dǎo)致水灰比的變化對(duì)再生混凝土的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)不同的影響趨勢(shì)。在不摻高效減水劑的情況下，水灰比<0.57時(shí)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著水灰比的增大而提高，在這個(gè)范圍內(nèi)特定的水灰比下，甚至出現(xiàn)了再生混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯高于同配合比下普通混凝土抗壓強(qiáng)度的情況，其原因可能是流動(dòng)性起了決定性的作用，而水灰比的影響次之。還可能是再生骨料在拌和過程中將拌和水吸收，導(dǎo)致整體混凝土配合比中的水灰比下降，強(qiáng)度增大。若是試驗(yàn)配比中摻加高效減水劑，水灰比為0.60時(shí)配制的再生混凝土的抗壓強(qiáng)度會(huì)低于原生混凝土的抗壓強(qiáng)度，而且隨著再生骨料替代天然石子的數(shù)量的增加，強(qiáng)度減少值逐漸增加。隨著水灰比的下降，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度開始增加，當(dāng)水灰比為0.26或者是0.40時(shí)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度比普通混凝土的抗壓強(qiáng)度高。在高效減水劑存在下，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著水灰比的增加而降低。

在劈裂強(qiáng)度方面，隨著水灰比的增加，再生混凝土與基準(zhǔn)混凝土之間的差異逐漸減少，在高水灰比的情況下，兩者的抗拉強(qiáng)度基本持平。

2.3　再生骨料替代率對(duì)再生混凝土性能的影響

隨著再生骨料摻入量的逐漸增大，會(huì)使得混凝土的各種性能有不同程度的下降。在相同坍落度的情況下，再生骨料的增加使得混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度以及彈性模量與普通混凝土相比下降的幅度逐漸增加。Limbachiya M C等[9]的理論研究認(rèn)為，再生骨料的最佳替代率為30%時(shí)，得到的再生混凝土的抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土有相同的強(qiáng)度等級(jí)，而隨著替代率的增加混凝土強(qiáng)度逐漸降低。

再生混凝土的干縮隨著再生骨料的增加而增加，主要是由于殘留在再生骨料上的水泥砂漿增加了再生混凝土的水泥漿的數(shù)目[10]。

2.4　礦物摻合料對(duì)再生混凝土性能的影響

摻加礦物摻合料可以提高混凝土的各種性能。在再生混凝土中添加粉煤灰會(huì)對(duì)強(qiáng)度和彈性模量產(chǎn)生一定的影響，Anink D等[11]的研究表明，粉煤灰的摻入會(huì)使再生混凝土的早期強(qiáng)度有所下降，但是對(duì)其后期強(qiáng)度的提高有顯著的影響，同時(shí)可以有效地減小應(yīng)力應(yīng)變比。

摻入硅粉同樣可以影響再生混凝土的性能，但不是直接影響強(qiáng)度的變化。再生混凝土承受持續(xù)荷載115 d后，其強(qiáng)度下降9.03%，但是摻硅粉后，抗壓強(qiáng)度僅僅下降0.85%。因此，在再生混凝土中摻入一定量的硅粉對(duì)混凝土的性能是有利的。

若是將硅粉和粉煤灰兩種物質(zhì)同時(shí)摻入到再生混凝土中，可以解決粉煤灰單摻時(shí)再生混凝土早期強(qiáng)度低的問題。Topcu I B等[5]的試驗(yàn)證明，兩者最佳的摻量組合為：粉煤灰∶硅粉=1∶2。

3結(jié)語(yǔ)

再生混凝土可以解決建筑廢棄物處置的問題，同時(shí)緩解建筑業(yè)天然骨料緊張的局面，還有利于改善生態(tài)環(huán)境。這里有以下兩個(gè)方面的課題：

一種是簡(jiǎn)單地將廢舊混凝土粉碎，當(dāng)做骨料來(lái)使用，這需要解決粉碎工藝和設(shè)備問題，以及粉碎后骨料的質(zhì)量評(píng)價(jià)問題。

另一方面，將廢舊混凝土進(jìn)行深加工，制備輔助膠凝材料。如超細(xì)粉料，利用未水化顆粒的活性，還有微觀的填充效應(yīng)，改善混凝土的膠凝組分，改善混凝土的力學(xué)性能。這些都需要對(duì)再生混凝土的配制進(jìn)行一系列的試驗(yàn)，得出再生混凝土的最佳配合比。其中對(duì)各種可能影響再生混凝土性能的因素應(yīng)加以考慮，包括原生混凝土的性能、水灰比、再生骨料的替代率以及摻合料和外加劑等，以滿足再生混凝土的基本性能。

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The Influence Factors of Recycled Concrete Strength Analysis

HAN Yu-han

(Taiyuan Tech-Skyhawk Civil Engineering Inspection Co.，Ltd，Taiyuan，Shanxi，030024，China)

Key words：construction waste；recycled concrete；raw materials

(編輯芋艷梅)