再生混凝土與鋼管再生混凝土的性能與應(yīng)用

李澤良

【摘 要】再生混凝土與鋼管再生混凝土的開發(fā)與應(yīng)用是處理廢棄混凝土、緩解資源緊張、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和走可持續(xù)發(fā)展道路的重要舉措。本文介紹了再生混凝土與鋼管再生混凝土的基本性能、工程應(yīng)用范圍和發(fā)展趨勢(shì)，以期為兩者更廣泛的工程應(yīng)用提供參考。

【關(guān)鍵詞】再生骨料；再生混凝土；鋼管再生混凝土

0 前言

隨著我國(guó)建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，建筑垃圾問題日益嚴(yán)重，建材資源隨意開采，給自然環(huán)境帶來了沉重負(fù)擔(dān)和嚴(yán)重破壞。因此將廢棄混凝土再生利用，對(duì)綠色環(huán)保的生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有十分重要的意義。

再生混凝土是將廢棄的混凝土經(jīng)清洗、破碎、篩分按一定比例提取，以獲得再生骨料，并將再生骨料作為原材料重新拌制成的混凝土。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)再生粗骨料和再生混凝土均已進(jìn)行廣泛的研究和技術(shù)儲(chǔ)備。我國(guó)在2010年已經(jīng)頒布了《混凝土用再生粗骨料》（GB/25177-2010）和《混凝土和砂漿用再生骨料》（GB/25176-2010）的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

1 再生粗骨料的制造

再生粗骨料是將廢棄混凝土經(jīng)清洗、破碎、篩分、加工而成的5～31.5mm顆粒。再生粗骨料主要是天然骨料和表面附著水泥砂漿的組合物，表面粗糙，且砂漿裂縫較多。具體操作為，首先將廢棄混凝土人工破碎為約100mm×100mm的碎塊，然后用破碎機(jī)對(duì)碎塊進(jìn)行二次破碎，破碎后的最大直徑約30mm，接著清洗過篩以除去粉塵雜質(zhì)，最后按照《普通混凝土用砂用石質(zhì)量及測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ52-2006）要求篩分再生骨料，提取有用成分。

2 再生混凝土的應(yīng)用和發(fā)展

西方發(fā)達(dá)國(guó)家早在70年代末就開始全面發(fā)展和應(yīng)用再生混凝土技術(shù)，現(xiàn)已取得了一系列成果。在日本，建筑垃圾被視為“建筑副產(chǎn)品”，日本不但制定了《再生骨料和再生混凝土使用規(guī)范》，而且在全國(guó)建立了混凝土回收處理廠，并制定法規(guī)，確保再生混凝土的發(fā)展。自本世紀(jì)以來，日本每年廢棄混凝土的再利用率達(dá)到90%。20世紀(jì)80年代，澳大利亞就開始在建筑結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用再生混凝土。德國(guó)高度重視回收利用廢棄混凝土，德國(guó)鋼筋混凝土委員會(huì)于1998年8月提出了《使用再生骨料混凝土標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)則》。本世紀(jì)德國(guó)廢棄混凝土回收利用率達(dá)70%，其循環(huán)利用了5000萬噸再生骨料制備混凝土。

我國(guó)對(duì)再生混凝土的研究雖然起步較晚，但是也積累了一定得技術(shù)儲(chǔ)備。但我國(guó)對(duì)再生混凝土的綜合利用率不足10%。2007年，科技部將“建筑垃圾再生產(chǎn)品的研究開發(fā)”列入國(guó)家科技支撐計(jì)劃。我國(guó)已頒布了《混凝土用再生骨料》（GB/25177-2010）和《混凝土砂漿用再生骨料》（GB/25176-2010）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并于2011年8月1日開始實(shí)施。目前我國(guó)已有多個(gè)工程實(shí)例采用全再生混凝土材料。

3 再生混凝土的缺點(diǎn)

粗骨料是混凝土的重要組成部分，混凝土的力學(xué)性能和耐久性一定程度上取決于粗骨料。再生粗骨料顆粒級(jí)配差、孔隙率高、吸水率大，與天然骨料在性質(zhì)上有很大差異，易導(dǎo)致再生混凝土在實(shí)際工程應(yīng)用中出現(xiàn)以下問題：

3.1 強(qiáng)度低

再生骨料通常被破碎后，骨料內(nèi)部出現(xiàn)微小裂紋，或經(jīng)過風(fēng)化腐蝕，結(jié)構(gòu)變得酥松，從而導(dǎo)致再生骨料強(qiáng)度下降，而且內(nèi)部應(yīng)力情況復(fù)雜。目前，再生粗骨料主要用于制備低強(qiáng)度的混凝土，若要提高再生混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，必須對(duì)骨料進(jìn)行強(qiáng)化處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，再生混凝土的強(qiáng)度隨著骨料的參量增加而降低。因此配制再生混凝土?xí)r，應(yīng)確定骨料的最佳參量。

3.2 收縮大

再生骨料顆粒表面粗糙，棱角較多，孔隙率較大，破碎時(shí)在骨料內(nèi)部容易產(chǎn)生小裂縫。再生骨料與天然骨料相比，吸水率和吸水速度較大，從而導(dǎo)致再生混凝土干縮增大，徐變?cè)龃?。因此配置再生混凝土?xí)r應(yīng)綜合考慮骨料級(jí)配、水泥品種、水灰比等因素，控制再生混凝土的收縮。

3.3 耐久性差

由于再生骨料孔隙率高，吸水率大，再生混凝土抗?jié)B性相較配合比相同的普通混凝土高很多。試驗(yàn)表明隨著再生骨料增加，再生混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力與抗碳化性能均相應(yīng)的降低。通過降低水灰比，可以提高再生混凝土的耐久性，也可以在再生混凝土中摻入硅粉，粉煤灰等，提高抗慘性、降低硫酸鹽侵蝕。

4 鋼管再生混凝土的特點(diǎn)與應(yīng)用

再生混凝土的強(qiáng)度和耐久性比普通混凝土低，極大地限制了再生混凝土的應(yīng)用。為了改進(jìn)再生混凝土的性質(zhì)，工程實(shí)際采取了鋼管再生混凝土技術(shù)。

鋼管再生混凝土是將再生混凝土填充在薄壁的圓形或方形鋼管內(nèi)，利用鋼管對(duì)再生混凝土的約束作用，使再生混凝土處于三軸應(yīng)力狀態(tài)下，以此提高混凝土的強(qiáng)度，并且使鋼構(gòu)件的塑性得到改善?；炷梁弯摴艿呐浜鲜褂茫梢曰パa(bǔ)各自材料的弱點(diǎn)，發(fā)揮出各自材料性能的優(yōu)點(diǎn)。鋼管再生混凝土相對(duì)于鋼管和再生混凝土結(jié)構(gòu)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

4.1 承載力高

鋼管再生混凝土柱在軸壓荷載作用下，由于再生混凝土處于三向受壓狀態(tài)，可以延緩受壓時(shí)的縱向開裂，同時(shí)延遲或避免鋼管的局部壓曲。試驗(yàn)表明：鋼管再生混凝土的抗壓能力比鋼管和再生混凝土單獨(dú)抗壓承載力之和略高。鋼管再生混凝土的截面小，擴(kuò)大了建筑的空間和使用面積。

4.2 良好的塑性和韌性

再生混凝土材料脆性較大，當(dāng)再生混凝土在鋼管的約束下，其塑性性能得到優(yōu)化，在使用時(shí)彈塑性能顯著增加，即便在破壞時(shí)仍具有較大的塑性變形。由此可以看出，鋼管再生混凝土組合可以很好的抗擊沖擊荷載，具有良好的抗震性能。此外，鋼管再生混凝土橫截面面積和自重小，也有利于抗震。

4.3 施工方便

鋼管內(nèi)壁堅(jiān)實(shí)可靠，可以用來代替模板。澆筑混凝土?xí)r可節(jié)省支模、拆模，并能適應(yīng)先進(jìn)的泵灌混凝土工藝。相比于普通混凝土柱，鋼管兼有縱向鋼筋（拉伸和壓縮）和橫向鋼筋的作用，所以不必扎筋。省去了人工扎筋成本和材料本身成本，而且方便澆筑。鋼管混凝土本身的施工特點(diǎn)符合裝配式產(chǎn)業(yè)化施工技術(shù)要求，可以節(jié)約建筑材料與人力成本，降低工程造價(jià)。

4.4 良好的耐火性

混凝土的吸熱能力強(qiáng)于鋼筋。在鋼管再生混凝土中，內(nèi)部再生混凝土可以吸收大量的熱能，耐火性能比鋼結(jié)構(gòu)高。在高層結(jié)構(gòu)中，鋼管再生混凝土的安全性和維護(hù)成本均好于混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)。此外，試驗(yàn)表明，火災(zāi)后溫度降低，鋼管再生混凝土強(qiáng)度可以得到不同程度的恢復(fù)，這為加固補(bǔ)強(qiáng)提供了一種較為安全的工作環(huán)境，減少補(bǔ)強(qiáng)工作量，降低維修成本。

4.5 良好的經(jīng)濟(jì)效益

大量試驗(yàn)研究表明，密閉鋼管混凝土柱比普通鋼筋混凝土受壓構(gòu)件的混凝土使用量節(jié)約45%，結(jié)構(gòu)自重減少40%，鋼材消費(fèi)量略高或相等。與鋼結(jié)構(gòu)相比，可節(jié)約鋼材40%。由實(shí)際工程結(jié)果比較可知：隨著建筑層數(shù)增加，鋼管再生混凝土的造價(jià)基本持平鋼筋混凝土。

鋼管再生混凝土技術(shù)使再生混凝土強(qiáng)度得以增加，塑性、韌性得以改善，使用和研究在我國(guó)逐步深入和完善，能夠適應(yīng)對(duì)高層和大跨度等惡劣條件下現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)的需要，滿足現(xiàn)代施工技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的要求，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)建筑，高層和超高層建筑，是結(jié)構(gòu)工程科學(xué)的一個(gè)重要發(fā)展方向。相信隨著研究的深入和新型材料的不斷出現(xiàn)，鋼管再生混凝土作為一種新的結(jié)構(gòu)形式在我國(guó)將有更加廣闊的發(fā)展前景。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]