再生混凝土的研究進(jìn)展

劉漢娣 徐恩祥 支正東

(1.阜寧縣教師進(jìn)修學(xué)校，江蘇鹽城 224400;2.中煤科工集團(tuán)南京設(shè)計(jì)研究院，江蘇南京 210031;3.鹽城工學(xué)院土木工程學(xué)院，江蘇鹽城 224051)

再生混凝土是將廢棄的混凝土塊經(jīng)破碎、清洗、分級后，按一定的比例混合形成再生骨料，部分或全部代替天然骨料配置新混凝土。再生混凝土技術(shù)的開發(fā)利用，一方面可以解決大量廢混凝土的處理以及由此造成的生態(tài)環(huán)境惡化問題;另一方面，用建筑廢物循環(huán)再生集料替代天然集料，可以減少建筑業(yè)對天然集料的消耗，緩解天然集料日趨匱乏的壓力并降低大量開采砂石對生態(tài)環(huán)境的破壞，保護(hù)人類賴以生存的環(huán)境，符合節(jié)能減排、建設(shè)低碳型社會的時(shí)代主題，符合人類社會可持續(xù)發(fā)展的要求。近年來，再生混凝土作為一種節(jié)約天然砂石資源，保護(hù)環(huán)境的綠色混凝土已成為各國研究的熱點(diǎn)。目前，再生混凝土的研究成果主要集中在以下幾方面。

1 再生骨料

1.1 再生骨料的基本特性

骨料的特性對混凝土的工作性、強(qiáng)度、耐久性等各項(xiàng)性能都有很大的影響。再生骨料的特性包括:粒形、表面結(jié)構(gòu)、表觀密度、吸水性、強(qiáng)度、堅(jiān)固性等。再生粗骨料外觀略為扁平，帶有若干棱角，表面粗糙孔隙多，肉眼可見再生粗骨料表面附著或多或少的水泥砂漿。再生粗骨料這種外觀特征將會降低新拌再生混凝土的工作性，這已經(jīng)被廣大研究者所公認(rèn)。

再生粗骨料，由于其表面水泥漿含量較高，因此其表觀密度比天然骨料低、吸水性較高。孫家瑛［1］測得再生粗骨料的表觀密度為 2 530 kg/m3，比天然骨料降低 10%;肖建莊、戴微源等人［2，3］的實(shí)驗(yàn)也得出了相似的結(jié)論。孫家瑛［1］測得再生粗骨料的24 h吸水率約為天然粗骨料的6倍，其吸水速率也大于天然粗骨料，再生粗骨料10 min吸水率可達(dá)24 h吸水率的77%，1 h吸水率達(dá)24 h的90%。而肖建莊［2］的研究結(jié)果表明，再生粗骨料的24 h吸水率約為天然粗骨料的23倍，10 min可達(dá)飽和程度的85%左右。

不同的研究者所得的結(jié)果懸殊數(shù)倍甚至數(shù)十倍，表明不同再生粗骨料的吸水性有著巨大的差異。而再生粗骨料的吸水率高通常被認(rèn)為是其相對于天然粗骨料的最重要的特征，在設(shè)計(jì)再生混凝土的拌合用水量時(shí)也起著關(guān)鍵作用，所以，確立特定的再生粗骨料吸水率或吸水量與其他指標(biāo)的數(shù)量關(guān)系仍然是值得研究的課題。再生粗骨料的強(qiáng)度、堅(jiān)固性與原生混凝土的強(qiáng)度呈近似線性關(guān)系，較天然骨料都表現(xiàn)出較差的性能，但仍然能夠滿足或加以處理后即能夠滿足JGJ 52-2006普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)要求［2］。

1.2 再生粗骨料的分級與檢驗(yàn)

砂漿含量是再生粗骨料區(qū)別于天然粗骨料的最根本因素。由于再生粗骨料的砂漿含量與表觀密度以及吸水率之間存在著較好的相關(guān)性，將表觀密度和吸水率作為再生粗骨料分級的主要參數(shù)是合理的可行的［2］。Poon等人［4］指出，磚含量對再生混凝土強(qiáng)度的影響不能忽略，因此在再生粗骨料分級時(shí)，應(yīng)將磚含量作為一個(gè)參數(shù)加以考慮。

2 再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)及工作性

目前再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)的研究多是基于抗壓強(qiáng)度提出的，鄧旭華、蔣業(yè)浩、戴微源等［3］都曾提出過各種各樣的強(qiáng)度公式，但都有局限性，不能滿足再生集料性能差異大的要求。所以，現(xiàn)階段主要還是在普通混凝土強(qiáng)度公式的基礎(chǔ)上，修正部分參數(shù)并最終通過實(shí)驗(yàn)的方法來確定各組分材料的用量。上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《再生混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》等提出的將再生混凝土的用水量分為凈用水量和附加用水量的設(shè)計(jì)方法，目前比較具有可行性。

柯國軍等［5］的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)再生骨料的替代率為0%～60%時(shí)，其坍落度與基準(zhǔn)混凝土基本相同，坍落度損失不大，不會給混凝土施工帶來困難，主要原因是再生集料用量較少;當(dāng)取代率超過70%時(shí)，再生混凝土的坍落度明顯降低;邢振賢，周日農(nóng)等［6］對廢混凝土破碎物代替粗骨料配制的再生混凝土的施工性能進(jìn)行研究，結(jié)果表明:用廢混凝土配制的再生混凝土拌合物粘聚性、保水性好，流動(dòng)性可滿足施工要求。

3 再生混凝土的抗壓強(qiáng)度

混凝土的抗壓強(qiáng)度是混凝土各種力學(xué)性能中最重要最基本的一項(xiàng)，因此關(guān)于再生混凝土抗壓強(qiáng)度的研究進(jìn)行得最多，研究也相對成熟，得出的研究結(jié)論主要分以下三類:

1)再生混凝土的抗壓強(qiáng)度低于普通混凝土?；趯υ缙谘芯砍晒膶Ρ确治?，Nixon［7］發(fā)現(xiàn)與普通混凝土相比，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度降低，降低幅度最高可達(dá)20%。Ramamurthy［8］研究認(rèn)為再生混凝土的抗壓強(qiáng)度降低的范圍為15%～42%。他們認(rèn)為再生混凝土抗壓強(qiáng)度的主要原因是由于再生骨料與新舊砂漿之間存在較為薄弱的粘結(jié)區(qū)域。2)再生混凝土的抗壓強(qiáng)度可高于普通混凝土。Yoda［9］通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):再生混凝土的抗壓強(qiáng)度較普通混凝土高出8.5%。柯國軍等［5］的試驗(yàn)得出:使用再生骨料的混凝土，隨再生骨料取代率的提高，強(qiáng)度呈上升趨勢，28 d抗壓強(qiáng)度較相同配比的普通混凝土高出21.6%。研究認(rèn)為，這主要是再生粗骨料含水率高，自養(yǎng)護(hù)條件好的原因。3)再生混凝土的抗壓強(qiáng)度升降趨勢與水灰比和再生粗骨料取代率有關(guān)。Gupta等［10］的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水灰比較低時(shí)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度低于同齡期普通混凝土的抗壓強(qiáng)度;但是當(dāng)水灰比較高時(shí)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度反而高于普通混凝土。而且，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度并不嚴(yán)格隨水灰比的增大而減小。在他的試驗(yàn)中，當(dāng)水灰比為0.6時(shí)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度達(dá)到最高，當(dāng)水灰比為0.55時(shí)，抗壓強(qiáng)度反而最低。李佳彬［11］的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):當(dāng)再生粗骨料取代率為50%時(shí)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著水灰比的增加先增加后減小，當(dāng)再生粗骨料取代率為30%，70%和100%時(shí)，再生混凝土的強(qiáng)度隨水灰比的增加而降低。

不同研究者結(jié)論的差異主要是由于采用的再生骨料、再生混凝土的配合比、試驗(yàn)條件以及試驗(yàn)方法存在較大的差異。

4 含有雜質(zhì)的再生混凝土抗壓強(qiáng)度

作為再生粗骨料主要來源的建筑垃圾都含有磚、泥土、木屑等雜質(zhì)，清揀分類困難，如果將雜質(zhì)直接拌入混凝土，并且還能達(dá)到令人滿意的強(qiáng)度，對再生混凝土的利用將具有開創(chuàng)作用。

肖建莊［2］的研究表明:當(dāng)水灰比為 0.74，0.55 和 0.43 時(shí)，磚含量(5%，10%，15%)對再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響幅度分別為10%，17%和21%，并且其影響程度都小于再生粗骨料組成成分多樣性。石建光和周清長等人進(jìn)行了再生混合骨料混凝土的試驗(yàn)，再生混合骨料包含碎混凝土塊，碎磚、瓷磚以及少量瀝青等其他雜質(zhì)，試驗(yàn)表明水膠比對再生混合骨料混凝土性能影響最大，其抗壓強(qiáng)度能夠達(dá)到25 MPa，且重量比普通混凝土輕15%左右。目前，國內(nèi)關(guān)于雜質(zhì)混凝土的研究還不多，資料也甚少，有待補(bǔ)充。

5 再生混凝土的抗?jié)B耐久性

混凝土的抗?jié)B性指混凝土抵抗水分子、氣體分子以及氯離子擴(kuò)散的能力，其直接關(guān)系到混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，因?yàn)闈B透性控制著水分等物質(zhì)滲入的速率，除關(guān)系到混凝土的擋水及防水作用外，還直接影響混凝土的抗凍性及抗侵蝕性等，因此，混凝土的抗?jié)B性被認(rèn)為是評價(jià)混凝土耐久性的重要指標(biāo)之一。Rasheeduzzafar等［12］通過試驗(yàn)研究得出，再生混凝土的水灰比較普通混凝土低0.05～0.1，可達(dá)到與普通混凝土相同的抗?jié)B性能。Olorunsogo F.T.，padayachee N.［13］通過試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)再生混凝土的氯離子滲透性會隨著再生骨料含量的增加而提高，隨養(yǎng)護(hù)齡期的延長而減小。在56 d的齡期時(shí)，100%再生骨料澆筑的再生混凝土與普通混凝土相比，氯離子滲透指標(biāo)和吸水性分別增加86.5%和28.8%，而氧滲透指標(biāo)(OPI)下降10%。對于50%再生骨料澆筑的再生混凝土，56 d齡期時(shí)的氯離子滲透指標(biāo)和吸水性比3 d齡期時(shí)分別下降62.7%和42.7%，而氧滲透指標(biāo)(OPI)增加37.6%?？梢钥闯鲈偕炷恋目孤入x子滲透性比普通混凝土差。

從現(xiàn)有資料可以看出，對再生混凝土抗?jié)B性的研究相對較多，而且得到了相似的結(jié)論，但大部分集中在氯離子滲透性能方面，在抵抗水壓力方面的研究相對欠缺。

6 再生混凝土的單軸受壓應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系

再生混凝土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系是再生混凝土的基本屬性之一。早在20世紀(jì)80年代，某些學(xué)者就對再生混凝土應(yīng)力—應(yīng)變曲線進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得出了一些定性的結(jié)論:再生混凝土應(yīng)力—應(yīng)變曲線的形狀與普通混凝土類似;隨著再生粗骨料的增加，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量會降低;與相同配合比下的普通混凝土相比，再生混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度并沒有降低，但是峰值應(yīng)變增大。近年來，宋燦等研究發(fā)現(xiàn):再生混凝土應(yīng)力—應(yīng)變曲線只與再生細(xì)集料有關(guān)，與再生粗骨料的強(qiáng)度無關(guān);李佳彬等通過試驗(yàn)得到了不同再生粗骨料取代率下的再生混凝土單軸受壓應(yīng)力—應(yīng)變曲線，發(fā)現(xiàn):隨著再生粗骨料取代率的增加，混凝土的峰值應(yīng)變增大，再生混凝土的極限應(yīng)變普遍低于普通混凝土，但是，隨再生粗骨料取代率的增加，極限應(yīng)變呈增加趨勢。

總結(jié)上述結(jié)論發(fā)現(xiàn)再生混凝土的破壞過程與普通混凝土極為相似，其應(yīng)力—應(yīng)變曲線有著與普通混凝土相同的特點(diǎn)。

7 結(jié)論與展望

國內(nèi)外的研究成果表明，再生混凝土和普通混凝土在原材料、配合比以及施工工藝方面存在很大的差別，現(xiàn)行普通混凝土的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等不適合再生混凝土。

目前我國的再生混凝土技術(shù)還處于試驗(yàn)、謹(jǐn)慎使用的初步階段，缺乏較系統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，技術(shù)上也缺少較完善的再生集料和再生混凝土技術(shù)規(guī)程和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。雖然國外對再生集料和再生混凝土的研究已經(jīng)比較深入并且取得了比較豐碩的成果，但必須指出的是:由于混凝土的地域性特點(diǎn)，國外的再生集料、水泥、天然集料與我國的再生集料、水泥、天然集料在組成和性能上差別較大，因而其研究成果只具有一定的參考價(jià)值，不能直接用來指導(dǎo)我國再生混凝土在實(shí)際工程中的應(yīng)用。而且由于再生集料自身的復(fù)雜性、差異大等特點(diǎn)，所以，在我國開展再生集料和再生混凝土的系統(tǒng)研究具有重要的實(shí)際意義。

［1］孫家瑛，蔣華欽.再生粗骨料特性及對混凝土性能的影響研究［J］.新型建筑材料，2009(1):30-32.

［2］肖建莊.再生混凝土［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［3］戴微源.再生混凝土的基本性能及抗彎承載力試驗(yàn)研究［D］.南京:南京工業(yè)大學(xué)，2007.

［4］Poon C S，Dixon Chan.Feasible use of recycled concrete aggregates and crushed clay brick as unbound road sub-base［J］.Construction and Building Materials，2005，19(10):578-585.

［5］柯國軍，張育霖，賀 濤，等.再生混凝土的實(shí)用性研究［J］.混凝土，2002(4):47-48.

［6］邢振賢，周日農(nóng).再生混凝土性能研究與開發(fā)思路［J］.新型建筑材料，1999(7):29-31.

［7］Nixon P.J.Recycled concrete as an aggregate for concrete-A review［J］.Materials and Structures，1978，11(6):371-378.

［8］Ramamurthy，K.Properties of recycled aggregate concrete［J］.The Indian Concrete Journal，1998(1):49-53.

［9］Yoda，K.，Yoshikane，T..Recycled cement and recycled concrete in Japan.Proceedings of the Second International RILEM Symposium on Demolition and Reuse of Concrete and Masonry.Tokyo，Japan，1988:527-536.

［10］Gupta S.M.Strength Characteristics of concrete made with demolition waste as coarse aggregate.Proceedings of the International Conference on Recent Development in Structural Engineering，2001:364-373.

［11］李佳彬.再生混凝土基本力學(xué)性能研究［D］.上海:同濟(jì)大學(xué)，2004.

［12］Rasheeduzzafar，Khan A.Recycled concrete a source of new aggregate for concrete［J］.Cement，Concrete and Aggregates(ASTM)，1984，6(1):17-27.

［13］Olorunsogo F.T.，Padayachee N..Performance of recycled aggregate concrete monitored by durability indexes［J］.Cement and Concrete Research，2002，32(2):179-185.