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再生混凝土的研究现状及其基本性能

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发表于 2014-11-24 10:25:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
随着科技的进步,社会的发展,中心城市的建筑业也在不断发展。几乎每天都有旧的建筑物要拆除,每天都有新的建筑要兴建。无论是从废旧建筑物上拆下的废弃混凝土,还是新建筑物兴建过程中所产生的废渣,都属于建筑垃圾。这些垃圾影响了城市生活环境,造成了环境污染。把它们运送到郊外进行掩埋,不仅要花费大量的运费,会给城市郊区造成二次污染。其次,堆放掩埋这些建筑垃圾又要占用大量宝贵的土地资源。将建筑垃圾(此处主要包括废弃混凝土块、碎砖块等)进行资源化利用,变的越来越重要了。
  另一方面,在人类发展的过程中,随着建筑业的不断发展,建筑材料也发生着很多变化,从最早的木材、石块到现在的各种合成材料。在这些材料中,最重要且使用量最大的当数混凝土了。在现在建筑物中,几乎找不到没有使用混凝土的。目前,全世界混凝土的年产量约28亿立方米,我国的混凝土年产量约占世界总量的45%,约13~14亿立方米。混凝土原材料中其骨料占混凝土总量的75%(1),由此可推断,其骨料的使用量有多大。总有一天地球上的骨料回消耗殆尽。为了能够解决这些问题,各国开始了再生混凝土的研究开发与应用。
  二、再生混凝土的研究现状  
  二次世界大战之后,苏联、日本、德国等国家重建家园,就注意到了废弃混凝土的问题并开始了再生混凝土的研究开发与利用,且已召开过三次有关废弃混凝土再生利用的专题国际会议(2)。如今,再生混凝土已经成为发达国家共同的研究课题了,有些国家还以立法的形式来保证和促进其研究的进行。随着我国政府对资源环境问题的重视,也已经开始鼓励再生混凝土的研究与开发了。
  (一)日本  
  日本是一个面积小资源少的岛国,它在建筑垃圾再生利用研究方面起步早,做的也比好的。日本政府早在1977年就制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》,并相继在各地建立了处理建筑垃圾的再生利用工厂(3)。日本建设省在1992年提出了“控制建筑副产品排放和建筑副产品在利用技术开发”的5年计划并于199610月制订了“再生资源法”旨在推动建筑副产品的再利用,为建筑垃圾的资源化利用提供法律和制度的保障(4)。日本已经对再生混凝土的吸水性、强度、配合比、干缩性、耐冻性等性质做了系统的研究。目前,日本对建筑垃圾的再生利用率已达到70%左右了。
  (二)美国  
  美国政府制定了《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,不得擅自随意倾倒。”美国不但鼓励再生混凝土的利用,而且还对再生混凝土的性能做了系统性的研究和试验。比如美国密歇根州的两条公路就是使用的再生混凝土。通过对其的研究,表明再生混凝土的干缩率要比天然骨料的混凝土要大。美国的CYCLEAN公司采用微波技术可以100%的回收利用路面沥青混凝土,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费用,大大减轻了城市的环境污染(5)
  (三)欧洲各国  
  丹麦、荷兰等一些石料紧缺、依赖进口天然骨料的国家,十分重视建筑废料的再生利用。丹麦在1990年产生1220万吨建筑拆除废料,820万吨被回收利用,回收利用率达67.2%。荷兰内阁环境政策计划书中,2000年建筑废料计划回收率高达90%(1400万吨)6)。德国目前将再生混凝土主要应用于公路路面。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(7)。德国钢筋委员会19988月提出了“在混凝土中采用再生骨料的应用指南”,要求采用再生骨料的混凝土必须完全符合天然骨料混凝土的国家标准。法国还利用碎混凝土块和碎砖生产出了砖石混凝土砌块,所得混凝土块已被测定,符合与砖石混凝土材料有关NBNB21-0011988)标准(3)
  (四)中国  
  我国是个地大物博的国家,在一定时期内不会出现混凝土骨料原料的缺乏。但是建筑垃圾带来的环境污染问题越来越严重,使的我国政府已经开始了筑垃圾资源化利用的研究。虽然我国对再生混凝土的研究起步比较晚,还处在试验室阶段,但也取得了相应的成果,如顾佳勋研究的建筑垃圾砌块技术已获得国家专利。1990年上海市第二建筑工程公司在市中心的“华亭”和“霍兰”两项工程中就使用了其结构施工阶段产生的建筑垃圾上海市建筑构件制品公司于1997年开始利用废弃混凝土制作混凝土空心砌块,其产品指标完全符合上海市标准《混凝土小型空心砌块工程及验收规程》。
  三、再生混凝土的基本性能  
  再生混凝土的定义:旧建筑物或结构物解体的混凝土经破碎分级成为粗细骨料,用以代替混凝土中部分砂石配制成的混凝土称作再生混凝土,亦称作再生骨料混凝土。再生混凝土以废弃混凝土粉碎后作为骨料。再生骨料与天然骨料相比强度低,吸水率大,表面粗糙率大。所以再生混凝土和天然骨料混凝土的基本性能有所不同。
  (一)抗压强度  
  由于再生混凝土和天然骨料混凝土其骨料不同,所以它们强度随龄期的增长情况也不相同。相关试验表明:与天然骨料混凝土相比,同一水灰比的再生骨料混凝土的28d抗压强度约低15%  
                  ,但其相差的幅度会随着龄期的增长而慢慢缩小。再生混凝土使用的是再生骨料。故再生混凝土的强度和所使用的废弃混凝土的强度有着紧密的联系。在同一水灰比的条件下,再生骨料强度越高再生混凝土的强度也就越高。一般建筑物所拆除下的废弃混凝土强度在C20左右,在水灰比为0.6并用再生骨料完全取代天然骨料时,其28d的抗压强度可达到23.5MPa。完全符合普通混凝土的强度要求。如果使用高强度的再生骨料,则可以配制高强混凝土。相关试验表明,如果用于生产再生骨料的废弃混凝土的强度达到4060MPa并加入微细硅粉和高效减水剂则可配制出C70C80的高强混凝土,尤其是在再生骨料与天然河砂搭配的情况下。
  (二)抗拉强度  
  再生混凝土的抗拉强度和它的抗压强度一样,随着龄期的增长而增长。而且再生混凝土的抗拉强度与天然骨料混凝土抗拉强度的差也随着龄期的增长而增大,到28d龄期后才基本不变。但如果在再生混凝土中掺加微细硅粉和高效减水剂则能够明显的提高其抗拉强度,尤其在28d龄期以后最为明显。
  (三)坍落度  
  再生混凝土的坍落度和起再生骨料所取代的比例有关,由于再生骨料比天然骨料的吸水率大,空隙多,表面粗糙度高,用浆量多。所以在相同水灰比的条件下再生混凝土中再生骨料所取代的比例越高其坍落度就越小。同时骨料表面粗糙,增大了拌和物在拌和与浇筑时的摩擦力。再生混凝土的坍落度还随水灰比的增大而增大,这和普通混凝土是一致的。而我们可以在再生混凝土中加入适量的粉煤灰或高效减水剂提高坍落度,同时可以保证有较好的保水性和粘聚性。 
  (四)干缩性  
  干缩性是混凝土的重要指标之一。相关试验表明:再生混凝土的干缩性与它的骨料情况有很大关系。由于再生混凝土使用的是吸水率大,空隙率高的再生骨料。所以它的干缩性比天然骨料混凝土要大且其干缩的程度和干缩持续的时间随其再生骨料取代比例的增大而增大和加长。在再生骨料取代比例在50%以上时,其干缩时间持续时间比较长,但在50d龄期后干缩速率十分缓慢,干缩的增量也要小(8)
  (五)用水量  
  再生骨料与天然骨料不同,所以再生混凝土的用水量也与天然骨料混凝土不同。再生骨料内部缺陷多,吸水率大。再者,再生骨料的表面粗糙度比天然骨料要高,因此配合比中的细骨料(砂率)较高,并随着再生骨料所取代比例的提高而增长。如图1所示。由于砂率较高,因此达到相同坍落度时,比天然骨料混凝土用水要多,且难以达到坍落性能良好(7)。图中N代表天然骨料;C代表再生骨料;G代表粗骨料;S代表细骨料;数字代表其百分含量。
  (六)表观密度  
  再生骨料表面粗糙,摩擦阻力大,其混凝土难以振捣密实。再者再生骨料内部缺陷多,空隙率大。故如图2所示,随着混凝土中再生骨料的取代比例增大,混凝土的含气量增大,表观密度变小。此外,再生骨料与河砂、卵石等天然骨料相比比重小,再生骨料使用的比例愈高,混凝土的表观密度愈小。
  四、结 语  
  a、随着中心城市不断的发展,建筑垃圾所带来的环境问题也越来越严重。再生混凝土的研究和应已经成为了世界各国共同的研究课题。
  b、世界各国对再生混凝土的研究水平各不相同。日本、美国、德国等发达国家的研究起步早,发展快,已经进入了实际应用阶段。而我国在这个方面虽然已经取得了一定的成果,但仍处于实验室阶段。
  c、由于再生骨料与天然骨料的性质不同,故再生骨料混凝土与天然骨料混凝土的性能亦不相同。再生混凝土与天然骨料混凝土相比,其抗拉强度、抗压强度和坍落度都比较低,但如果在其配制过程中加入微细硅粉和高效减水剂,则以上三个及其他性能就会较大幅度的提高,与天然混凝土的性能相近,甚至超出。所以,使用废弃混凝土作为骨料生产再生混凝土是非常可行的,并且对资源的再生利用,保护环境具有重要的意义。



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