摘 要:對再生混凝土的基本性能的研究進(jìn)行了綜述,主要包括再生混凝土的力學(xué)性能以及物理性能。最后提出了再生混凝土在其它方面需要進(jìn)一步研究的問題。
關(guān)鍵詞:再生混凝土;再生粗骨料;再生混凝土力學(xué)性能;再生混凝土物理性能
中圖分類號: TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: B 文章編號: 1673 - 6052 (2008) 01 - 0039 - 02
1 前言
混凝土材料是人類文明建設(shè)中不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著人類文明的不斷前進(jìn),混凝土材料的人均消費(fèi)量越來越大,與此同時產(chǎn)生的環(huán)境問題也越來越顯著。如何利用這些廢棄混凝土已成為各國研究的熱點(diǎn)。如果能將廢棄混凝土破碎為級配合理的再生骨料,重新利用到新拌的混凝土中去,則既清潔了環(huán)境又節(jié)約了天然骨料資源。本文主要從再生混凝土的物理和力學(xué)性能與普通混凝土進(jìn)行對比。
再生混凝土中的骨料組合形式可以分為以下幾種:
(1)粗、細(xì)骨料全部為再生骨料;
(2)粗骨料用再生骨料,細(xì)骨料仍采用天然砂;
(3)粗骨料采用天然骨料,細(xì)骨料用再生骨料;
(4)用再生骨料替代部分粗骨料或部分細(xì)骨料,或用再生骨料同時替代部分粗、細(xì)骨料。
試驗(yàn)研究表明,用再生細(xì)骨料部分或全部替代天然細(xì)骨料配制的混凝土的使用性能明顯降低,不利于工程實(shí)踐,故本文著重介紹部分粗骨料用再生骨料,細(xì)骨料仍采用天然砂配制的再生混凝土。
2 再生混凝土的物理性能
(1)表觀密度
由于再生骨料的密度小于天然骨料,因此再生混凝土的表觀密度比普通混凝土低。邢振賢等指出,隨著再生骨料取代率的增加,再生混凝土表觀密度有規(guī)律的降低,再生混凝土全部采用再生骨料比基體混凝土表觀密度降低7. 5%。再生混凝土自重較低,對減輕建筑物自重,增大構(gòu)件跨度有利。
(2)熱工性能
再生骨料有較大的孔隙率,使再生混凝土的熱導(dǎo)率下降。文獻(xiàn)研究表明,全部采用再生骨料的混凝土比普通混凝土熱導(dǎo)率降低28% ,如果加入引氣劑后熱導(dǎo)率降低44%?？梢娛褂迷偕炷聊苡行У靥岣呓ㄖ锏谋馗魺嵝阅?。
(3)超聲波在再生混凝土的傳播速度
在再生混凝土中,再生骨料取代率、再生骨料的級配及再生骨料中水泥砂漿的含量對超聲波傳播速度產(chǎn)生很大的影響。孫振平等研究表明,隨著再生骨料取代率的增加,再生混凝土中超聲波傳播速度減少,但由于影響因素眾多,目前建立超聲波傳播速度與再生混凝土強(qiáng)度之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式還比較困難。研究超聲波在再生混凝土中的傳播速度可以對再生混凝土強(qiáng)度的非破損檢驗(yàn)提供必要的理論依據(jù)。
3 再生混凝土的力學(xué)性能
(1)強(qiáng)度
再生混凝土的強(qiáng)度與基體混凝土的強(qiáng)度、再生骨料的性能、再生骨料的取代率以及再生混凝土的配合比等密切相關(guān)。由于基體混凝土的強(qiáng)度等級、使用環(huán)境、老化程度各不相同,且廢棄混凝土塊破碎工藝及質(zhì)量控制措施又不盡相同,導(dǎo)致再生骨料的性能波動性較大,使再生混凝土的強(qiáng)度變化規(guī)律性較差,不同的研究者所得的結(jié)論也略有不同。Han2sen等試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著基體混凝土的強(qiáng)度降低,再生混凝土的強(qiáng)度呈下降趨勢,但對于不同強(qiáng)度等級的再生混凝土,再生骨料對其強(qiáng)度的影響不同:配制高強(qiáng)再生混凝土?xí)r,再生骨料的品質(zhì)對再生混凝土的強(qiáng)度影響最大,配制中等強(qiáng)度再生混凝土?xí)r,影響程度次之,配制低強(qiáng)度的再生混凝土?xí)r,再生骨料的性質(zhì)對其強(qiáng)度的影響最小。一般情況下,再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度低于基體混凝土或相同配比的普通混凝土的強(qiáng)度,降低范圍為5% ～30% ,平均降低15%;當(dāng)基體混凝土強(qiáng)度較低或再生混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度較低時,再生混凝土的強(qiáng)度可能高于基準(zhǔn)混凝土的強(qiáng)度。主要原因是:再生骨料與新拌水泥漿之間有很好的相容性,彼此存在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的可能;再生骨料表面粗糙,界面嚙合能力強(qiáng);再生骨料吸水率高,加水?dāng)嚢韬?再生骨料大量吸收新拌水泥漿中多余的水分,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,對于低強(qiáng)度混凝土而言,強(qiáng)度對水灰比的變化非常敏感,導(dǎo)致再生混凝土的強(qiáng)度增加,此時,可通過較小水灰比來獲得與基體混凝土相近的強(qiáng)度。日本B. C. S. J認(rèn)為,再生混凝土的抗壓強(qiáng)度比普通混凝土降低14% ～32% ,得出的強(qiáng)度變化規(guī)律為:再生骨料的取代率增加,再生混凝土的強(qiáng)度降低,但降低程度與基體混凝土的強(qiáng)度等級關(guān)系不大;用再生骨料替代天然細(xì)骨料配制的再生混凝土的強(qiáng)度較再生骨料替代粗骨料配制的混凝土的強(qiáng)度降低;水灰比較低時,可以使再生混凝土強(qiáng)度降低的程度得到緩解;再生骨料以采用粗顆粒( ≥104 )最為合理,而采用粒徑為3～10 4 的再生骨料,再生混凝土強(qiáng)度降低明顯,且在荷載作用下變形進(jìn)一步增大,但在混凝土中摻入超塑化劑有一定的補(bǔ)償作用,而采用小于34的再生細(xì)骨料,與配合比相同的基準(zhǔn)混凝土相比,抗壓強(qiáng)度降低9% ,抗拉強(qiáng)度降低7% ,再生混凝土的抗彎強(qiáng)度約為基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度的75%～90%。
(2)彈性模量
影響再生混凝土的彈性模量的主要因素是再生骨料的取代率、再生骨料的強(qiáng)度和水灰比。通常再生骨料取代率越高,水灰比越高,彈性模量越低。邢振賢等研究表明,全部采用再生骨料的混凝土比基體混凝土的抗壓模量低8. 9% ,抗拉模量低6. 9%;水灰比由0. 8降到0. 4時,再生混凝土的抗壓彈性模量增加50%左右。另外,若用再生細(xì)骨料替代部分或全部天然細(xì)骨料,則由于再生細(xì)骨料中大量水泥硬化漿體碎屑的存在,會降低彈性模量。
(3)收縮
再生混凝土收縮變形較普通混凝土大,主要原因是,再生骨料表面附著的大量舊水泥砂漿導(dǎo)致再生混凝土配合比中較大的用水量和再生混凝土的彈性模量較低,后期,粘附在再生骨料上的水泥水化不完全也可能導(dǎo)致較大的收縮變形。Ravindrarajah等制作了100 ×100 ×4004 3再生混凝土棱柱體試塊,經(jīng)28d潮濕狀態(tài)下養(yǎng)護(hù)后,在溫度30 ±1℃,相對濕度7 ±5%條件下,通過標(biāo)距2004 應(yīng)變儀測量收縮應(yīng)變來考察再生混凝土的收縮性能。試驗(yàn)結(jié)果表明,相同水灰比下,再生混凝土的收縮應(yīng)變比普通混凝土大10% ～90%,且隨著試驗(yàn)時間增加,這種差別進(jìn)一步加大。
再生混凝土的收縮還與充當(dāng)再生骨料的基體混凝土水灰比有關(guān)。Hansen等預(yù)先配制了3種不同水灰比的普通混凝土(水灰比分別為0. 4, 0. 7, 1.2) ,經(jīng)40℃水中養(yǎng)護(hù)47d后,破碎為與預(yù)先配制普通混凝土的天然骨料相同級配的再生骨料,然后采用預(yù)先配制普通混凝土的3種配合比與以上3種類型的再生集料,經(jīng)過組合,配制成9種再生混凝土。試件尺寸為100 ×100 ×800 4 3 , 40℃水中養(yǎng)護(hù)47d后,在溫度25℃和相對濕度40%環(huán)境中觀察其6個月時間內(nèi)的收縮性能。試驗(yàn)結(jié)果表明,再生混凝土的收縮變形量與基體混凝土的水灰比存在相關(guān)性,基體混凝土水灰比越小,相同水灰比下的再生混凝土的收縮變形越大,這可能是由于高強(qiáng)度的基體混凝土產(chǎn)生的再生骨料表面含有較多的水泥砂漿造成的。
目前,大多數(shù)學(xué)者已經(jīng)認(rèn)識到再生混凝土的收縮變形較大,正在采取各種措施來改善其收縮性能,并取得了初步進(jìn)展。Mesbah等研究了不同摻量聚丙烯纖維和鋼纖維對再生水泥砂漿的收縮性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,影響再生砂漿收縮性能主要取決于二個因素:一是時間,摻入纖維對收縮的抑制作用隨時間增長而增加;二是摻入纖維物的規(guī)格和摻入量,聚丙烯纖維對減小再生砂漿的收縮效果并不顯著,而鋼纖維則能有效抑制收縮變形,且摻入量越大,這種抑制作用越明顯, 1%鋼纖維摻量能減小600d再生砂漿收縮變形的15%。此外,Mesbah等還研究了摻入聚丙烯纖維和鋼纖維對再生砂漿收縮裂縫的影響。結(jié)果表明,兩者均能有效減小收縮裂縫寬度,但鋼纖維效果更佳,這可能與鋼度較大有關(guān)。屈志中研究表明,再生混凝土中摻入一定量的膨脹劑制成補(bǔ)償收縮混凝土,可以在一定程度上減小再生混凝土的收縮。
(4)徐變
影響再生混凝土徐變的因素很多,從混凝土自身的角度看,主要有再生混凝土的彈性模量和水灰比,并與水泥的水化程度有關(guān)。再生混凝土彈性模量較小,如果采用基于普通混凝土配合比設(shè)計(jì)的用水量,再加上再生骨料經(jīng)一定時間吸水量的配合比設(shè)計(jì)方法,則再生混凝土的徐變將更大。Gerardu等研究表明,相同條件下,再生混凝土的徐變應(yīng)變比普通混凝土大40%。目前,國內(nèi)外學(xué)者對如何減小再生混凝土徐變的研究較少,理論上同減小收縮變形相似,可以通過摻加一定的纖維物或膨脹劑來減小再生混凝土徐變,但這有待于試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。另外,再生混凝土中摻入再生細(xì)骨料將導(dǎo)致更大的徐變應(yīng)變,這與再生細(xì)骨料較大吸水率有關(guān)。
由于再生混凝土具有較大的收縮和徐變變形,再生混凝土不宜用于預(yù)應(yīng)力構(gòu)件,對此,前蘇聯(lián)再生混凝土應(yīng)用建議中已有明確的規(guī)定。
4 結(jié)論
(1) 再生混凝土的表觀密度比普通混凝土低。再生骨料的取代率增加,再生混凝土的強(qiáng)度降低,但降低程度與基體混凝土的強(qiáng)度等級關(guān)系不大。
(2) 再生骨料取代率越高,水灰比越高,彈性模量越低。再生混凝土收縮變形較普通混凝土大。
(3) 目前國內(nèi)大多數(shù)的研究是針對再生混凝土的性質(zhì)特性進(jìn)行研究的,應(yīng)該就再生混凝土在結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用進(jìn)行進(jìn)一步的研究。
參考文獻(xiàn)
1 Hansen Tc. Recycling of demolished concrete and masonry . R ILEMReport No. 6, E&FN SPON,London, 1992
2 邢振賢,周曰農(nóng). 再生混凝土性能研究與開發(fā)思路. 建筑技術(shù)開發(fā), 25 (5) , 1998: 28 - 31
3 孫振平,譚國強(qiáng),王新友. 再生混凝土技術(shù)[ J ]. 混凝土, 1998 (4) ;36 - 40
