再生混凝土技术研究发展现状

朱创荣

广州天达混凝土有限公司511453

摘要：本文主要从笔者亲身参与的再生混凝土的基本性能与再生混凝土技术存在的相关问题，旨在与同行探讨学习，共同进步。

关键词：再生骨料；再生混凝土；力学性能；耐久性

随着世界各国经济的发展、人口的增多，以及人为破坏等众多因素的影响，人类的生存环境正变得越来越糟，地球已不能承载如此巨大的压力，对建筑材料的应用处理方式必须重新思考。而再生混凝土的推广应用是一个很好的解决方法，可以有效解决大量废弃混凝土处理困难以及由此造成的生态环境日益恶化等问题。目前，再生混凝土新技术是世界各国共同关心的课题，已成为国内外工程界和学术界关注的热点和前沿问题之一。

1.再生混凝土的基本性能

（1）物理性能

由于再生骨料比天然骨料表观密度小,再生混凝土的密度低于普通混凝土.随着再生骨料掺量的增加,再生混凝土的密度有规律地降低,全部采用再生骨料的再生混凝土密度较普通混凝土降低7.5%.再生混凝土自重低,对于降低结构自重,提高构件的抗震性能等有利.同时,由于其孔隙率大,使得再生混凝土具有较好的保温性能。

（2）工作性能

一般认为,在用水量相同的情况下,与基体混凝土相比,再生混凝土的坍落度减小,流动性变差,但粘聚性和保水性增强.如果原混凝土强度越低,新拌再生混凝土和易性越差.主要原因是再生骨料表面粗糙,孔隙多,吸水率大,使得再生混凝土流动性差,坍落度变小.同时,由于骨料表面粗糙,增大了再生混凝土拌合物的摩擦阻力,使再生混凝土的保水性和粘聚性增强.柯国军等发现,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,主要是再生骨料用量较少,吸水量也较少.当取代率超过70%时,再生混凝土的坍落度明显降低.再生混凝土的坍落度随水灰比的增大而增大,这和普通混凝土是一致的.但关于再生混凝土的搅拌工艺、泵送工艺、初凝及终凝时间控制等方面还未见研究报道.水中和等采用坍落度法对6个新拌混凝土的流动性进行了研究,结果表明,采用再生混凝土骨料可使混凝土的初始坍落度增加.这是由于为保持相同的自由水量,用多孔的再生混凝土骨料配制混凝土时需要更多的拌合水.干燥的再生骨料,加入的拌合水比较多;当混凝土中含有较多的干燥再生骨料时,其初始坍落度也就大.但是,干燥状态的再生骨料配制的混凝土经过一段时间放置后其坍落度损失很快.因为干燥的再生骨料吸水速度快、吸水量大,坍落度损失也就最快。

（3）力学性能

如果把再生粗骨料按原生混凝土强度可以分为:高强骨料:主要来自强度大于C50的混凝土;中强骨料:主要来自强度C30～C50的混凝土;低强骨料:主要来自强度小于C30的混凝土;④复合骨料:来自上述三者或任何两者的复合体.目前的研究主要集中在高强骨料、中强骨料和复合骨料配制的再生混凝土,很少见到关于低强骨料配制的再生混凝土的研究.试验研究表明,用高强再生骨料配制的中低强度再生混凝土,其力学性能与同等条件下的天然骨料混凝土几乎没有区别,如果掺入粉煤灰或高效减水剂或两者复合加入,均能配制性能优异的高性能再生混凝土.而对于中强骨料或复合骨料配制的中低强度再生混凝土,如果该中低强度再生混凝土的强度低于或等于原生混凝土的,则其力学性能略低于同等条件下天然骨料混凝土,如果该中低强度再生混凝土的强度高于原生混凝土,则其力学性能低于同等条件下天然骨料混凝土。

再生混凝土的强度与基体混凝土的强度、再生骨料破碎工艺、再生骨料的替代率以及再生混凝土的配合比等密切相关.由于基体混凝土的强度等级、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的规律性较差,不同的研究者所得的结论也有所不同.Hansen的试验结果表明,随着基体混凝土强度降低,再生混凝土的强度呈下降趋势.但对于不同强度等级的再生混凝土,再生骨料对其强度的影响不同:配制高强再生混凝土时,再生骨料的性能对再生混凝土的强度影响最大;配制中等强度再生混凝土时,影响程度次之;配制低强度再生混凝土时,再生骨料对其强度的影响最小.一般情况下,再生骨料混凝土的抗压强度低于基体混凝土或相同配比的普通混凝土的抗压强度,降低范围为0～30%平均降低15%.再生混凝土抗压强度降低的主要原因是再生骨料与新旧水泥浆之间在一些区域结合较弱.当再生混凝土设计强度较低或基体混凝土较低时,再生混凝土的强度反而高于基准混凝土的强度.主要原因是再生骨料与新拌水泥浆之间有较好的相容性,彼此存在发生化学反应的可能,再生骨料表面粗糙,界面啮合能力强,再生骨料吸水率高,加水搅拌后,再生骨料大量吸收新拌水泥浆中多余的水分,既降低了粗骨料表面水灰比,又降低了混凝土拌和物的有效水灰比。

与普通混凝土和高强混凝土一样,再生混凝土强度同样存在着尺寸效应,因此小试件(如100mm×100mm×100mm的立方体)和标准试件(150mm×150mm×150mm的立方体)之间的换算关系需做相应的修正.而且对于普通混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度之间的常规关系也不再适合于再生混凝土。

再生骨料中有大量的老砂浆附着于原骨料颗粒上,导致再生混凝土的弹性模量通常较低,一般约为基体混凝土的70%～80%.由于弹性模量低,变形大,可以预计再生混凝土具有较好的抗震性能和抵抗动荷载的能力.掺入塑化剂后,再生混凝土的弹性模量有所提高.当掺入最佳数量(10%)的膨胀剂后,弹性模量可提高8%～10%.水灰比对再生混凝土的弹性模量影响较大,当水灰比由0.8降低到0.4时,再生混凝土的抗压弹性模量增加33.7%。再生混凝土泊松比在0.18～0.23范围内。

众所周知,混凝土的抗压强度和极限压缩变形值一般较高,但其抗拉强度和极限拉伸值却相当低.由于混凝土构件的裂缝绝大多数是由于拉应力超过混凝土的抗拉强度,或拉伸应变超过了混凝土的极限拉伸值而产生的.因此,提高混凝土的抗拉强度和极限拉伸值,适当降低混凝土的弹性模量,增加混凝土的拉压比,是提高混凝土构件抗裂性的重要措施.邢振贤等初步研究了再生混凝土的抗裂性,结果表明,再生混凝土的极限延伸率为(2.5～3.0)×10-4.同普通混凝土相比,再生混凝土极限延伸率增加27.7%,弹性模量降低35%左右,拉压比稍有提高,抗拉强度仅降低7%.因此再生混凝土抗裂性优于基体混凝土。

（4）耐久性

混凝土的抗渗性是混凝土抵抗压力水渗透的能力,是混凝土耐久性的一项重要指标.抗渗性差的混凝土,水容易进入混凝土内部引起侵蚀、冰冻等破坏作用,对于钢筋混凝土还可能引起钢筋的锈蚀和保护层的开裂和剥落.抗渗性越差,有害物质的侵蚀速度越快,侵蚀深度越深,耐久性越差.决定混凝土渗透性的因素可分为两类:一类包括混凝土拌和料的组分、拌和物配合比以及工艺参数,即拌和料的制备、成型和养护等;第二类是混凝土随时间而发生的变化,即在外部环境、结构应力、流体性能和渗透条件等因素作用下,混凝土内部发生的物理和化学变化.由于再生骨料的孔隙率较大,基于自由水灰比设计方法的再生混凝土的抗渗性比普通混凝土低。

混凝土的冻融破坏是我国建筑物老化病害的主要问题之一,严重影响了建筑物的长期使用和安全运行,为使这些工程继续发挥作用和效益,各部门每年都耗费巨额的维修费用,而这些维修费用为建设费用的1～3倍.美国投入混凝土基建工程的总造价为16万亿美元,据估计今后每年用于混凝土工程维修和重建的费用估计达3000亿美元.因此,进行混凝土抗冻融破坏的试验研究显得尤为重要.刘学艳等对再生混凝土的抗冻融性做了初步研究,结果表明,再生混凝土经过冻融循环后,强度损失率、质量损失率很小,说明再生混凝土耐久性高、抗冻性强。

再生骨料的颗粒棱角多,表面粗糙,成份中包含着相当数量的硬化水泥砂浆,砂浆体中水泥石本身孔隙率较大,且在破碎过程中其内部往往会产生大量具有一定尺寸的裂纹,因此与天然骨料相比,再生骨料的吸水率和吸水速率大得多.吸水率高则必然导致失水后混凝土干缩增大,徐变增大,因此配制再生混凝土时,应综合考虑骨料、水泥品种、配合比、养护方法和条件,减小再生混凝土的收缩.水中和等研究了6种混凝土的干缩性能,结果表明,各种混凝土的干缩都随龄期的增长而增加.但在各个龄期,混凝土的干缩率依骨料类型不同而不同.再生骨料含量较低的混凝土的干缩在28d龄期就基本完成,而再生骨料含量较高(50%以上)的混凝土干缩持续的时间比较长,但大部分干缩发生在14d内.在56d以后,干缩速率十分缓慢,干缩的增量十分有限.对上述试验结果分析可知,干缩性能的显著差别是由骨料的差别所引起的,且干缩量随再生骨料的用量而增加.如果使用完全干燥或水饱和的再生骨料,则由这些骨料配制的混凝土的干燥收缩进一步加大。

由于孔隙率及渗透性较高,再生混凝土的抗硫酸盐和酸侵蚀性比普通混凝土稍差.掺加粉煤灰后,能减少硫酸盐的渗透,使其抗硫酸盐侵蚀性有较大改善。

再生骨料的抗磨损性较差.从不同强度的基体混凝土中得到的再生骨料其抗磨性不相同.日本Roshikana从强度分别为15MPa,16MPa,21MPa,30MPa,38MPa和40MPa的基体混凝土中得到了再生骨料并进行了洛杉矶磨耗测试,损失率分别为28.7%,27.3%,28.0%,25.6%,22.9%和20.1%。由此可见,随着基体混凝土强度的增加,再生骨料的抗磨性提高.Hansen的试验表明,随着再生骨料尺寸的减小,其抗磨性明显降低.原因是再生骨料尺寸越小,其含有硬化砂浆颗粒的概率越大,而砂浆的抗磨性较差.再生骨料的抗磨损性较差导致了再生混凝土的抗磨性较差.如何提高再生混凝土的抗磨性能是能否将其应用到道面工程中的关键技术之一,需要进一步展开研究。

2.再生混凝土技术存在的相关问题

在国内对再生混凝土技术所展开的很多研究结果表明:与天然混凝土材料相比,再生混凝土和普通混凝土之间存在性能差异。再生混凝土具有密度小、强度低、流动性小等问题,所以还不能极大地推广其在工程上的应用。而且再生混凝土技术从目前看来,还缺乏较为完善的制作标准,极大地降低了再生混凝土技术的市场价值。

但是除此之外,与普通混凝土相比,再生混凝土又具有重复利用率高、承载力高、施工方便和经济效益好等优点,在再生混凝土的生产工艺、组装比等领域,特别是再生混凝土的特性以及结构分析技术都需要进一步的开发与研究。

参考文献

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[2]试诉再生混凝土技术的研究以及应用_姜华

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[5]再生混凝土技术及其应用_瞿尔仁

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[7]再生混凝土技术与发展_郑建军