摘 要:論述了再生骨料及再生混凝土的概念,對(duì)再生骨料的壓碎指標(biāo)、表觀密度、吸水率及再生混凝土配合比、強(qiáng)度、彈性模量與普通混凝土進(jìn)行了分析與對(duì)比,得出兩者基本性能方面的差異,對(duì)今后再生混凝土的研究具有一定的指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞:再生骨料,再生混凝土,基本性能
中圖分類號(hào): TU502 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
近年來(lái)隨著城市建設(shè)的發(fā)展,住房建設(shè)的加快,新建工程施工和舊建筑物維修、拆除過(guò)程中產(chǎn)生大量的廢棄混凝土,同時(shí)預(yù)計(jì)今后混凝土碎塊的產(chǎn)量將更多,如何處理這些廢棄混凝土,就成為一個(gè)迫切的問(wèn)題。另外,天然資源趨于枯竭,針對(duì)高品質(zhì)骨料供給將越來(lái)越難,世界上一些國(guó)家進(jìn)行了再生混凝土的開(kāi)發(fā)研究,應(yīng)重視從混凝土碎塊中回收高品質(zhì)再生骨料,還應(yīng)該加大對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)方面的技術(shù)開(kāi)發(fā)力度。文中在查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)基礎(chǔ)上分析研究,提供了再生骨料吸水率、表觀密度、壓碎指標(biāo)及再生混凝土配合比、物理性能、強(qiáng)度、耐久性、彈性模量等數(shù)據(jù)。希望文中提供的數(shù)據(jù)能對(duì)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產(chǎn)工藝
再生骨料是將廢棄混凝土經(jīng)破碎、分級(jí)并按一定比例混合后形成的骨料。
目前世界上很多國(guó)家都有各自的再生骨料生產(chǎn)工藝,下面就再生混凝土骨料生產(chǎn)工藝作一介紹。
該再生骨料生產(chǎn)工藝的優(yōu)點(diǎn)為:考慮我國(guó)勞動(dòng)力成本較低,且機(jī)械不宜處理大塊雜質(zhì)的實(shí)際,采用人工法對(duì)廢棄混凝土塊進(jìn)行分選,除去鋼筋和木塊,將5 mm 以下的再生骨料視為雜質(zhì)除掉(考慮到對(duì)5 mm 以下的骨料未做深入研究) ,設(shè)置了磁鐵分離器和分離臺(tái)用于除去鐵屑和碎塑料等細(xì)微雜質(zhì),設(shè)置了2 臺(tái)破碎機(jī)保證骨料粒徑在5 mm～40 mm 的范圍內(nèi),設(shè)置了沖洗設(shè)備保證粘土、淤泥、細(xì)屑等雜質(zhì)的去除。
1. 2 再生骨料的壓碎指標(biāo)
壓碎指標(biāo)值表示再生骨料抵抗壓碎的能力,可以間接推算其相應(yīng)的強(qiáng)度。目前再生骨料的壓碎指標(biāo)可參照規(guī)范對(duì)天然骨料壓碎指標(biāo)的要求,根據(jù)J GJ 53-1992 普通混凝土用卵石或碎石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法規(guī)定的試驗(yàn)方法測(cè)定。
再生骨料的強(qiáng)度特征取決于它的礦物組成、比重、吸水率及孔隙結(jié)構(gòu)。而且原狀顆粒、廢棄砂漿顆粒以及次生顆粒含量的差異性對(duì)再生骨料的壓碎指標(biāo)也有影響。再生骨料一般為表面包裹有部分砂漿的石子,少部分為與砂漿完全分離的石子,還有很少一部分顆粒為砂漿,加上在破碎過(guò)程中,其內(nèi)部產(chǎn)生大量微裂縫,導(dǎo)致其孔隙率高,吸水性大。所以再生骨料壓碎指標(biāo)高于天然骨料,且壓碎指標(biāo)值變異系數(shù)較大。
1. 3 再生骨料的表觀密度
所謂表觀密度是指材料在自然狀態(tài)下的單位體積質(zhì)量,其中自然狀態(tài)下的體積是指包括材料實(shí)體積和內(nèi)部孔隙的表觀幾何形狀體積,再生骨料的表觀密度可參照天然骨料的測(cè)定方法測(cè)定。據(jù)研究表明,再生骨料面干狀態(tài)時(shí)的表觀密度明顯小于天然骨料。
影響再生骨料表觀密度的因素很多,主要包括:原生混凝土骨料的密度、強(qiáng)度等級(jí)、配合比、齡期、使用環(huán)境,再生骨料的級(jí)配、顆粒組成和性狀、含水率、表面水泥砂漿等。
文中通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得再生粗細(xì)骨料表觀密度如表1 所示。
1. 4 再生骨料的吸水率
天然巖石由于其孔隙體積含水量很低,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漿使其表面粗糙,棱角較多,并且組分中包含有30 %左右的硬化水泥砂漿(水泥砂漿孔隙率大、吸水率高) ,再加上混凝土塊在解體、破碎過(guò)程中由于損傷累積內(nèi)部存在大量微裂縫,使再生骨料的孔含量增大,從而使其吸水率增大。另外從舊建筑物拆除現(xiàn)場(chǎng)取得的再生骨料與天然骨料采集廠的操作環(huán)境截然不同,含有較多的泥土和泥塊,這也會(huì)增大再生骨料的吸水率。表2 為再生骨料吸水率試驗(yàn)數(shù)據(jù),由表中數(shù)據(jù)可以看出,再生骨料的吸水率隨再生骨料表觀密度的減小而明顯增大。
由于再生骨料與天然骨料不同,吸水率大和吸水速率大,因此當(dāng)用其配制混凝土?xí)r,攪拌用水要比天然骨料多5 %左右,相應(yīng)也要多用水泥5 %左右。根據(jù)日本再生骨料標(biāo)準(zhǔn),在配制再生混凝土?xí)r不推薦使用吸水率超過(guò)7 %的再生粗骨料和吸水率超過(guò)13 %的再生細(xì)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簡(jiǎn)單地套用普通混凝土配合比設(shè)計(jì)方法,國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。與天然混凝土相比,再生混凝土的配置主要考慮兩個(gè)方面:1) 再生骨料強(qiáng)度對(duì)新拌再生混凝土各方面性能(主要是力學(xué)性能) 的影響;2) 再生骨料大孔隙率引起的高吸水率對(duì)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響。
對(duì)第一個(gè)方面,彭獻(xiàn)生等的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),再生骨料強(qiáng)度對(duì)再生混凝土強(qiáng)度有一定影響,但并不明顯;Hansen 和Narud 研究了高、中、低三個(gè)強(qiáng)度系列中再生混凝土與普通混凝土強(qiáng)度的關(guān)系,得出結(jié)論:隨著用來(lái)加工再生骨料的原生混凝土強(qiáng)度的降低,再生混凝土的強(qiáng)度呈下降趨勢(shì),并且影響的程度也相應(yīng)減小;Nobuakiotsuki 等發(fā)現(xiàn)在水灰比為0. 55 時(shí),再生混凝土的強(qiáng)度幾乎不受再生骨料強(qiáng)度的影響并且與普通混凝土強(qiáng)度相差不大,但當(dāng)水灰比為0. 25 時(shí)再生混凝土強(qiáng)度隨再生骨料強(qiáng)度的降低而降低。再生骨料的顆粒級(jí)配對(duì)再生混凝土強(qiáng)度也有影響,再生骨料宜采用粗粒級(jí)( > 10 mm) ,而采用3 mm～10 mm 的再生骨料,混凝土強(qiáng)度明顯降低,而采用小于3 mm 的再生骨料,則會(huì)使混凝土強(qiáng)度急劇降低。
對(duì)第二個(gè)方面,不少學(xué)者從再生骨料的含水狀態(tài)入手。C. S.Poon 等研究了自然干、風(fēng)干、面干飽和三種不同含水狀態(tài)的再生粗骨料按同一自由水灰比配制的再生混凝土,結(jié)論是:也有不少學(xué)者認(rèn)為將再生混凝土拌合用水量分為兩部分,一部分是再生骨料達(dá)到面干飽和狀態(tài)所要吸附的水分,不起潤(rùn)滑和提高流動(dòng)性作用,稱吸附水。另一部分為自由水,分布在水泥砂漿中,能提高拌合物流動(dòng)性并在混凝土凝結(jié)硬化時(shí)參與水化反應(yīng)。史巍等的基于自由水灰比之上的再生混凝土配合比設(shè)計(jì)方法以及張亞梅等的再生骨料預(yù)吸水法都是在這種思想的基礎(chǔ)上提出的,還有學(xué)者通過(guò)適當(dāng)選取因素和水平,進(jìn)行正交試驗(yàn),進(jìn)行最優(yōu)配合比設(shè)計(jì)的探索。文中通過(guò)計(jì)算所得配合比設(shè)計(jì)如表3 所示。
2. 2 再生混凝土的抗壓強(qiáng)度
再生混凝土的強(qiáng)度除了受到影響普通混凝土強(qiáng)度的因素(水灰比、減水劑等) 影響外,還與原生混凝土的強(qiáng)度及使用情況、再生骨料破碎工藝、再生骨料級(jí)配及含水狀態(tài)、再生骨料取代率等因素有關(guān),這導(dǎo)致再生混凝土的強(qiáng)度規(guī)律性較差,又由于不同的試驗(yàn)方法和試驗(yàn)條件,研究者所得的結(jié)論也不同。
再生混凝土強(qiáng)度比普通混凝土低的原因:再生骨料孔隙率較高,在承受軸向應(yīng)力時(shí)容易形成應(yīng)力集中現(xiàn)象;再生骨料與新舊水泥砂漿之間存在一些結(jié)合較弱的區(qū)域;再生骨料本身強(qiáng)度較低。蘇南、彭獻(xiàn)生得出結(jié)論:當(dāng)水灰比高于0. 4 時(shí),再生混凝土的抗壓強(qiáng)度隨水灰比減小而增大;但當(dāng)水灰比低于0. 4 時(shí),再生混凝土的抗壓強(qiáng)度不再隨水灰比的降低而有效增大。原因是當(dāng)水灰比較高時(shí),再生骨料周圍的水泥砂漿強(qiáng)度降低,混凝土的破壞自水泥漿體開(kāi)裂,當(dāng)水灰比較低時(shí),水泥漿的強(qiáng)度相對(duì)較高,再生混凝土的強(qiáng)度趨于由再生骨料的強(qiáng)度控制,從而使得再生混凝土的抗壓強(qiáng)度無(wú)法隨水泥砂漿強(qiáng)度的提高而提高。
2. 3 再生混凝土的彈性模量
由于再生骨料中有大量的硬化水泥砂漿附著于原骨料顆粒上,再生混凝土的彈性模量通常較低,一般約為基體混凝土的70 %～80 %。刑振賢等的研究結(jié)果表明,水灰比對(duì)混凝土的彈性模量影響較大,當(dāng)水灰比從0. 8 降到0. 4 時(shí),再生混凝土的抗壓彈性模量增加了53. 7 %。屈志中報(bào)道的俄羅斯混合再生骨料配制的混凝土在摻入10 %的膨脹劑時(shí)可提高彈性模量8 %～10 % ,在摻入20 %膨脹劑時(shí)混凝土彈性模量提高不多,在2 %左右。
3 結(jié)語(yǔ)
1) 再生骨料的壓碎指標(biāo)和表觀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,抗壓強(qiáng)度低于普通混凝土且隨水灰比減小而增大,再生混凝土彈性模量低于普通混凝土。
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