再生混凝土的性能及其改性研究

廖一

摘要：本文主要針對再生混凝土的定義、再生混凝土的應用開發以及再生混凝土的基本性能進行簡要分析，僅供參考。

關鍵詞：再生混凝土；耐久性；力學性

中圖分類號： TV331 文獻標識碼： A

一、再生混凝土概述

將廢棄混凝土經過清洗、破碎、分級和按一定比例相互配合后得到的“再生骨料”作為部分或全部骨料配制的混凝土即為再生混凝土。再生混凝土按骨料的組合形式可分為：粗細骨料全部采用再生骨料；粗骨料采用再生骨料，細骨料采用天然砂；粗骨料采用天然的碎石或卵石，細骨料為再生骨料；再生骨料替代部分粗骨料或部分細骨料，或者再生骨料同時替代部分粗骨料和細骨料。跟據有關研究成果已表明應工程結構上采用再生骨料是可行的，但對其經濟性尚存疑慮。當利用廢棄混凝土作再生骨料時研究現狀，石灰石資源可節省62%；而當廢棄混凝土用作制造水泥的原料時，除可節省62%石灰石資源外，還可節約制造水泥的優質石灰石60%、黏土40%和鐵粉35%，同時可減少20%的廢氣排放量；在歐洲共同體、美國、日本這些發國家，其每年混凝土廢料超過3.6億t，對混凝土廢料再加工得到的再生骨料所需能耗只是開采天然碎石的1/10，并且成本可降低25%。再生骨料混凝土的應用解決了用量最大的混凝土人造材料對自然資源的占用及對環境造成的負面影響，從而保證了人類社會的可持續發展，因此，它是一種可持續發展的綠色混凝土。

二、再生混凝土研究現狀以及應用

1、國外研究現狀

國外對于再生混凝土的研究比較早，大約起步于第二次世界大戰結束之后。連年的戰爭使大量建筑物成為廢墟，許多國家尤其是歐洲國家面臨重建家園和如何處理建筑廢棄物的雙重任務。20世紀50年代前蘇聯和德國為了處理大量廢棄混凝土，同時為城市重建提供新的原材料，相繼開展了再生混凝土技術的研究工作。1991年日本政府先后制定了JISTRA006《再生集料和再生混凝土使用規范》和《資源重新利用促進法》，并要求施工過程中產生的渣土，混凝土塊等建筑垃圾，必須送往“再生資源化設施”進行處理。美國政府也制定了《超基金法》，規定“任何生產有工業廢棄物的企業，必須自行妥善處理，不得擅自隨意傾倒?！边@個規定為再生混凝土的發展提供了法律保障。

2、國內研究現狀

我國對再生混凝土的研究工作目前還停留在實驗室研究階段。在政府的支持下，科研部門取得了一些成果。同濟大學對再生混凝土技術進行了大量的研究工作，包括再生混凝土的強度和工作性能，廢棄混凝土破碎及再生工藝研究，再生混凝土耐久性研究，再生混凝土梁柱試驗研究，再生混凝土框架節點試驗研究，抗震性能的研究等，并于2007年編寫了地方標準DG/TJ08-2018—2007《再生混凝土應用技術規程》。另外，中科院、東南大學等科研單位對再生混凝土開展了大量的研究工作，并開發了相關的再生混凝土技術。

3、發展和國內通用的應用

在我國，由于再生混凝土的經濟，環保特點，越來越多的人更加關注對再生混凝土的開發和應用。我們的許多科研機構和大學進行了再生骨料和再生混凝土的初步研究，主要在以下幾個方面:再生骨料和再生骨料的基本性能，改性增強效應，技術，再生骨料混凝土的性能和耐久性的再生混凝土配合比設計的再生混凝土性能再生骨料摻量。

三、再生混凝土的基本性能

1、再生骨料的堆積密度和表觀密度

同天然砂石骨料相比， 再生骨料表面包裹著相當數量的水泥砂漿，由于水泥砂漿的孔隙率大，棱角眾多，所以再生骨料的表觀密度和堆積密度比天然骨料低，再生骨料的表觀密度和堆積密度分別為天然骨料的 88%-97%和87%-99%，分別在 2.31kg/m3-2.62kg/m3和 1.29kg/m3-1.47kg/m3之間。再生骨料表觀密度、堆積密度，還與再生骨料母體混凝土的強度等級、配比、使用時間、使用環境及地域等因素有關。再生骨料的密度隨著母體混凝土強度的降低而降低，降低幅度達到 7%，當再生骨料的壓碎指標變大，骨料強度降低時，料表觀密度和堆積密度也隨之變小。

2、再生混凝土力學性能

對再生混凝土基本力學性能的研究，主要集中在不同再生骨料取代率的再生混凝土的抗壓強度，劈裂抗拉強度以及抗折強度等幾方面。其研究結果可以歸納為以下三種情況：第一種結果是再生混凝土的強度隨著再生骨料取代率的增大而降低，降低幅度為0～30%；第二種結果是再生混凝土的強度隨再生骨料取代率的增大而增加，但增加幅度沒有明顯的規律；第三種試驗結果是再生混凝土的強度隨再生骨料取代率的增大而增加，但當再生骨料取代率增大到一定百分比之后，再生混凝土的強度不再增加，相反，再繼續增大再生粗骨料取代率，再生混凝土強度反而會降低，并且增加和降低的幅度也沒有明顯的規律。

3、再生混凝土耐久性

3.1再生混凝土抗滲性

我們以坍塌度210mm，水灰比在0.5到0.7范圍內的再生混凝土為材料，同時試驗分析其滲透性，試驗結果表明，普通混凝土的滲透性為再生混凝土的0.2到0.5倍，試驗結果也比較離散。當普通混凝土和再生混凝土水灰比相同時，水灰比和再生混凝土的滲透性呈現正比關系。當水灰比較小時，再生混凝土的滲透性能夠達到普通混凝土的3倍，但是水灰比較大的時候，再生混凝土滲透性和普通混凝土基本沒有差別。當普通混凝土和再生混凝土水泥用量和水灰比相同，都為360千克/立方米和0.4的時候，再生混凝土的吸水率和滲透深度分別是5.9%和25mm，而普通混凝土為4.1%和18mm，普通混凝土的參數比再生混凝土參數低44%和38%，由此可見，普通混凝土的抗滲性能要優于再生混凝土，主要原因是再生混凝土中含有再生骨料，有較高的孔隙率，所以吸水率也比較大。

3.2抗凍融性

在寒冷的季節或者地區，混凝土可能受到凍融作用從而導致混凝土劣化，部分情況下，除冰鹽可能和凍融循環共同作用，造成更加嚴重的混凝土劣化問題。我們一般用抗凍融性來評價混凝土是否有足夠的抗冰晶壓力能力和抗水侵入能力，我們可以測量混凝土的重量損失率和動彈性模量變化來反映混凝土的抗凍融性。試驗表明，再生混凝土的抗凍融性可能優于普通混凝土，但是由于不同再生混凝土的再生骨料存在性能差異，進而導致再生混凝土的重量損失率和動彈性模量低于普通混凝土，在某些情況下，再生混凝土的抗凍融性也可能不及普通混凝土，這是由于再生骨料性能不同的影響。

3.3抗硫酸鹽侵蝕性

氫氧化鈣等水化產物和硫酸鹽反應會生成膨脹性鹽，造成混凝土表面出現裂縫，而更多的硫酸鹽會通過裂縫進入混凝土中，進一步破壞混凝土結構，對混凝土性能和使用壽命有不利影響。關于再生混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性的研究不多，其中一個試驗是使用棱柱體的實驗混凝土塊，規格為100mmX100mmX400mm，使用濃度均為20%的硫酸鎂和硫酸鈉溶液，循環60次以測定再生混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性，結果表明，再生混凝土略微弱于普通混凝土，當水灰比相同時，普通混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性同樣要強于再生混凝土。使用再生骨料取代率分別為0%,10%,20%,30%,50%,100%的再生混凝土進行試驗，結果表明，再生骨料取代率越高，再生棍凝土的抗硫酸鹽侵蝕性越差，但是變化程度不明顯，當取代率在30%以下時，普通混凝土和再生混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性基本無差別。

3.4耐磨性

再生混凝土的硬度、強度是決定其耐磨性的因素，我們以再生骨料取代率不同而水灰比相同的混凝土作為試驗材料，研究其耐磨性，當再生骨料取代率在50%以下時，普通混凝土的耐磨性和可再生混凝土基本沒有差別，而當再生骨料取代率在50%以上時，再生骨料的取代率增加，混凝土磨損深度也會增加，在再生骨料取代率為100%的情況下，再生混凝土的磨損深度比普通混凝土高出將近35%。

3.5碳化

由于混凝土會不斷受到空氣中二氧化碳的影響，二氧化碳和水反應生成碳酸造成混凝土的pH值降低，這就是混凝土的碳化現象，如果pH值小于10,鋼筋的保護膜會被破壞，鋼筋被銹蝕造成體積增大，進而造成混凝土體積發生變化，產生裂縫，混凝土可能會和鋼筋脫離，嚴重影響混凝土的耐久性。

我們在相對濕度為50%,溫度為20攝氏度、二氧化碳濃度為20%的環境下進行實驗，用以碳化的混凝土加工作為再生骨料，實驗表明，在上述實驗條件下，再生混凝土的碳化速度遠高于普通混凝土，約為65%左右，由于再生混凝土有較大的孔隙率，抗滲性不佳，所以再生混凝土的抗碳化能力普遍弱于普通混凝土。

六、再生混凝土力學性能試驗

對再生混凝土，再生骨料的性能是影響混凝土的再生性能最重要的因素。這是因為骨料的再生骨料的特殊性質，不同的再生機械加工性，和天然骨料混凝土的性能。再生集料棱角性較為明顯，粗糙的表面?？紫遁^多，其吸水率、壓碎指標優于天然石材，根據以往的研究，使用再生混凝土骨料制備類似。工作性能和強度不理想，難以滿足工程應用的實際要求。

1、正交試驗設計和測試組合

使用正交試驗法能有效的減少試驗的數量。該試驗方法針對再生混凝土某一參數改變引起的性能變化間。它只做一些測試的代表，以使在復雜的測試結果下進行科學分析。

2、正交試驗層次分析法

層次分析法是美國學者提出在第二十世紀70次，以一定的規模，對人的主觀判斷的客觀和定量。定性分析是一個簡單的使用多標準評價方法。目前，層次分析法已廣泛應用于資源分配，沖突分析，方案評價，規劃。采用正交試驗分析的方法和層次分析法應用于混凝土試驗數據處理，是一種新的嘗試。

結束語

近年來，中國經濟快速發展迅速，它每年都會產生大量的建筑垃圾。這些建筑垃圾由于缺少合適的填埋場地或處理方法，將引發嚴重的環境問題。同時，運輸、處理、填埋建筑垃圾也將產生嚴重的經濟消耗，占據寶貴的土地資源，破壞生態平衡，這與全球可持續發展的主題是格格不入的。因此，進一步推進再生混凝土的研究和應用對未來工程和經濟的發展都具有重要的意義。

參考文獻

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