摘 要:论述了再生骨料及再生混凝土的概念,对再生骨料的压碎指标、表观密度、吸水率及再生混凝土配合比、强度、弹性模量与普通混凝土进行了分析与对比,得出两者基本性能方面的差异,对今后再生混凝土的研究具有一定的指导意义。
关键词:再生骨料,再生混凝土,基本性能
中图分类号: TU502 文献标识码:A
近年来随着城市建设的发展,住房建设的加快,新建工程施工和旧建筑物维修、拆除过程中产生大量的废弃混凝土,同时预计今后混凝土碎块的产量将更多,如何处理这些废弃混凝土,就成为一个迫切的问题。另外,天然资源趋于枯竭,针对高品质骨料供给将越来越难,世界上一些国家进行了再生混凝土的开发研究,应重视从混凝土碎块中回收高品质再生骨料,还应该加大对混凝土结构方面的技术开发力度。文中在查阅国内外相关文献基础上分析研究,提供了再生骨料吸水率、表观密度、压碎指标及再生混凝土配合比、物理性能、强度、耐久性、弹性模量等数据。希望文中提供的数据能对再生混凝土的研究起到一定作用。
1 再生骨料的基本性能
1. 1 再生骨料的概念及其生产工艺
再生骨料是将废弃混凝土经破碎、分级并按一定比例混合后形成的骨料。
目前世界上很多国家都有各自的再生骨料生产工艺,下面就再生混凝土骨料生产工艺作一介绍。
该再生骨料生产工艺的优点为:考虑我国劳动力成本较低,且机械不宜处理大块杂质的实际,采用人工法对废弃混凝土块进行分选,除去钢筋和木块,将5 mm 以下的再生骨料视为杂质除掉(考虑到对5 mm 以下的骨料未做深入研究) ,设置了磁铁分离器和分离台用于除去铁屑和碎塑料等细微杂质,设置了2 台破碎机保证骨料粒径在5 mm～40 mm 的范围内,设置了冲洗设备保证粘土、淤泥、细屑等杂质的去除。
1. 2 再生骨料的压碎指标
压碎指标值表示再生骨料抵抗压碎的能力,可以间接推算其相应的强度。目前再生骨料的压碎指标可参照规范对天然骨料压碎指标的要求,根据J GJ 53-1992 普通混凝土用卵石或碎石质量标准及检验方法规定的试验方法测定。
再生骨料的强度特征取决于它的矿物组成、比重、吸水率及孔隙结构。而且原状颗粒、废弃砂浆颗粒以及次生颗粒含量的差异性对再生骨料的压碎指标也有影响。再生骨料一般为表面包裹有部分砂浆的石子,少部分为与砂浆完全分离的石子,还有很少一部分颗粒为砂浆,加上在破碎过程中,其内部产生大量微裂缝,导致其孔隙率高,吸水性大。所以再生骨料压碎指标高于天然骨料,且压碎指标值变异系数较大。
1. 3 再生骨料的表观密度
所谓表观密度是指材料在自然状态下的单位体积质量,其中自然状态下的体积是指包括材料实体积和内部孔隙的表观几何形状体积,再生骨料的表观密度可参照天然骨料的测定方法测定。据研究表明,再生骨料面干状态时的表观密度明显小于天然骨料。
影响再生骨料表观密度的因素很多,主要包括:原生混凝土骨料的密度、强度等级、配合比、龄期、使用环境,再生骨料的级配、颗粒组成和性状、含水率、表面水泥砂浆等。
文中通过试验测得再生粗细骨料表观密度如表1 所示。
1. 4 再生骨料的吸水率
天然岩石由于其孔隙体积含水量很低,所以常用的天然骨料吸水率很小。再生骨料表面包裹的硬化水泥砂浆使其表面粗糙,棱角较多,并且组分中包含有30 %左右的硬化水泥砂浆(水泥砂浆孔隙率大、吸水率高) ,再加上混凝土块在解体、破碎过程中由于损伤累积内部存在大量微裂缝,使再生骨料的孔含量增大,从而使其吸水率增大。另外从旧建筑物拆除现场取得的再生骨料与天然骨料采集厂的操作环境截然不同,含有较多的泥土和泥块,这也会增大再生骨料的吸水率。表2 为再生骨料吸水率试验数据,由表中数据可以看出,再生骨料的吸水率随再生骨料表观密度的减小而明显增大。
由于再生骨料与天然骨料不同,吸水率大和吸水速率大,因此当用其配制混凝土时,搅拌用水要比天然骨料多5 %左右,相应也要多用水泥5 %左右。根据日本再生骨料标准,在配制再生混凝土时不推荐使用吸水率超过7 %的再生粗骨料和吸水率超过13 %的再生细骨料。
2 再生混凝土的基本性能
2. 1 再生混凝土的配合比
再生骨料各方面性能不同于天然骨料,所以再生混凝土配合比不能简单地套用普通混凝土配合比设计方法,国内外很多学者对再生混凝土的配合比设计进行了研究。与天然混凝土相比,再生混凝土的配置主要考虑两个方面:1) 再生骨料强度对新拌再生混凝土各方面性能(主要是力学性能) 的影响;2) 再生骨料大孔隙率引起的高吸水率对再生混凝土配合比中水的用量及新拌混凝土各方面性能的影响。
对第一个方面,彭献生等的试验发现,再生骨料强度对再生混凝土强度有一定影响,但并不明显;Hansen 和Narud 研究了高、中、低三个强度系列中再生混凝土与普通混凝土强度的关系,得出结论:随着用来加工再生骨料的原生混凝土强度的降低,再生混凝土的强度呈下降趋势,并且影响的程度也相应减小;Nobuakiotsuki 等发现在水灰比为0. 55 时,再生混凝土的强度几乎不受再生骨料强度的影响并且与普通混凝土强度相差不大,但当水灰比为0. 25 时再生混凝土强度随再生骨料强度的降低而降低。再生骨料的颗粒级配对再生混凝土强度也有影响,再生骨料宜采用粗粒级( > 10 mm) ,而采用3 mm～10 mm 的再生骨料,混凝土强度明显降低,而采用小于3 mm 的再生骨料,则会使混凝土强度急剧降低。
对第二个方面,不少学者从再生骨料的含水状态入手。C. S.Poon 等研究了自然干、风干、面干饱和三种不同含水状态的再生粗骨料按同一自由水灰比配制的再生混凝土,结论是:也有不少学者认为将再生混凝土拌合用水量分为两部分,一部分是再生骨料达到面干饱和状态所要吸附的水分,不起润滑和提高流动性作用,称吸附水。另一部分为自由水,分布在水泥砂浆中,能提高拌合物流动性并在混凝土凝结硬化时参与水化反应。史巍等的基于自由水灰比之上的再生混凝土配合比设计方法以及张亚梅等的再生骨料预吸水法都是在这种思想的基础上提出的,还有学者通过适当选取因素和水平,进行正交试验,进行最优配合比设计的探索。文中通过计算所得配合比设计如表3 所示。
2. 2 再生混凝土的抗压强度
再生混凝土的强度除了受到影响普通混凝土强度的因素(水灰比、减水剂等) 影响外,还与原生混凝土的强度及使用情况、再生骨料破碎工艺、再生骨料级配及含水状态、再生骨料取代率等因素有关,这导致再生混凝土的强度规律性较差,又由于不同的试验方法和试验条件,研究者所得的结论也不同。
再生混凝土强度比普通混凝土低的原因:再生骨料孔隙率较高,在承受轴向应力时容易形成应力集中现象;再生骨料与新旧水泥砂浆之间存在一些结合较弱的区域;再生骨料本身强度较低。苏南、彭献生得出结论:当水灰比高于0. 4 时,再生混凝土的抗压强度随水灰比减小而增大;但当水灰比低于0. 4 时,再生混凝土的抗压强度不再随水灰比的降低而有效增大。原因是当水灰比较高时,再生骨料周围的水泥砂浆强度降低,混凝土的破坏自水泥浆体开裂,当水灰比较低时,水泥浆的强度相对较高,再生混凝土的强度趋于由再生骨料的强度控制,从而使得再生混凝土的抗压强度无法随水泥砂浆强度的提高而提高。
2. 3 再生混凝土的弹性模量
由于再生骨料中有大量的硬化水泥砂浆附着于原骨料颗粒上,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 %。刑振贤等的研究结果表明,水灰比对混凝土的弹性模量影响较大,当水灰比从0. 8 降到0. 4 时,再生混凝土的抗压弹性模量增加了53. 7 %。屈志中报道的俄罗斯混合再生骨料配制的混凝土在掺入10 %的膨胀剂时可提高弹性模量8 %～10 % ,在掺入20 %膨胀剂时混凝土弹性模量提高不多,在2 %左右。
3 结语
1) 再生骨料的压碎指标和表观密度低于普通混凝土,吸水率高于普通混凝土。2) 再生混凝土的配合比中用水量要大于普通混凝土,抗压强度低于普通混凝土且随水灰比减小而增大,再生混凝土弹性模量低于普通混凝土。
参考文献:
[1 ]肖建庄,孙振平,李佳彬,等. 废弃混凝土破碎及再生工艺研究[J ] . 建筑技术,2005 (2) :141-144.
[2 ]孔德玉. 天然与再生骨料混凝土水灰比统一定则[J ] . 建筑材料学报,2002 ,6 (2) :129-134.
[3 ]肖建庄. 再生混凝土的抗压强度研究[J ] . 同济大学学报(自然科学版) ,2004 ,32 (12) :1 558-1 561.
[4 ]张亚梅. 再生混凝土配合比设计初探[J ] . 混凝土与水泥制品,2002 (1) :7-9.
[ 5 ] TopcuIB ,Guncan NF. Using Waste Concrete as Aggregrate CCR ,1995 ,25 (7) :1 385-1 390.
