摘 要:對(duì)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(wèn)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(hào): TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B 文章編號(hào): 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(lái)越大,與此同時(shí)產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題也越來(lái)越顯著。如何利用這些廢棄混凝土已成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)。如果能將廢棄混凝土破碎為級(jí)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(duì)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(shí)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(duì)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(jí)配及再生骨料中水泥砂漿的含量對(duì)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(duì)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(jí)、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(dòng)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(shì),但對(duì)于不同強(qiáng)度等級(jí)的再生混凝土,再生骨料對(duì)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(duì)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(duì)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(shí),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(duì)于低強(qiáng)度混凝土而言,強(qiáng)度對(duì)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(shí),可通過(guò)較小水灰比來(lái)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(jí)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(shí),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(shí),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(huì)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(duì)濕度7 ±5%條件下,通過(guò)標(biāo)距2004 應(yīng)變儀測(cè)量收縮應(yīng)變來(lái)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(shí)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(jí)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(guò)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(duì)濕度40%環(huán)境中觀察其6個(gè)月時(shí)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(shí)到再生混凝土的收縮變形較大,正在采取各種措施來(lái)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(duì)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(gè)因素:一是時(shí)間,摻入纖維對(duì)收縮的抑制作用隨時(shí)間增長(zhǎng)而增加;二是摻入纖維物的規(guī)格和摻入量,聚丙烯纖維對(duì)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(duì)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(shí)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(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)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(guò)摻加一定的纖維物或膨脹劑來(lái)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(duì)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(jí)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(guó)內(nèi)大多數(shù)的研究是針對(duì)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(guó)強(qiáng),王新友. 再生混凝土技術(shù)[ J ]. 混凝土, 1998 (4) ;36 - 40
