再生混凝土的試驗(yàn)研究發(fā)展綜述

韓 秀

(北方工業(yè)大學(xué)，北京 100144)

隨著現(xiàn)代建筑的不斷發(fā)展，建筑行業(yè)對混凝土這一重要建筑材料的需求量日益增長，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國在2010年水泥產(chǎn)量就已高達(dá)19億 t，水泥的大量生產(chǎn)標(biāo)志著混凝土工程的繁榮和我國建筑業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也帶來許多負(fù)面影響，一是骨料的長時(shí)間開采和消耗造成生態(tài)環(huán)境破壞、資源面臨枯竭的問題，二是城市改造過程中拆除建筑物產(chǎn)生大量的廢棄混凝土難以處理的問題。再生混凝土將廢棄的混凝土構(gòu)件經(jīng)過破碎、篩分出廢棄骨料繼而加以利用，既實(shí)現(xiàn)了廢棄混凝土的資源回收再利用，又減少了建筑垃圾的堆積。再生混凝土技術(shù)是一種綠色解決方式，環(huán)保同時(shí)節(jié)約自然資源，因此受到國內(nèi)外專家廣泛關(guān)注。

1 再生混凝土材料研究

張海軍[1]通過對混凝土的機(jī)械強(qiáng)化方式的研究，認(rèn)為水泥團(tuán)聚以及集料周圍的攪拌低效區(qū)是影響混凝土強(qiáng)度的重要因素，通過振動(dòng)攪拌法、雙排攪拌法等方式可以改善界面區(qū)性能。從而提高混凝土強(qiáng)度，同時(shí)提高該混凝土強(qiáng)度的均勻性。杜婷[2]、胡玉珊[3]通過試驗(yàn)證明在混凝土中摻入火山灰質(zhì)混合材料有利于改善集料界面過渡區(qū)性能，常用的礦物摻合料包括粉煤灰、礦渣粉、硅灰等。程海麗[4]試驗(yàn)研究得出的結(jié)果顯示，將再生的骨料浸泡在濃度為5%的水玻璃中1 h，能夠顯著提高再生混凝土的抗壓強(qiáng)度，同時(shí)不影響其流動(dòng)性。但是當(dāng)水玻璃溶液的濃度過高或者再生骨料在溶液中浸泡太長時(shí)間，則會(huì)對混凝土拌和物的流動(dòng)性、抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響，甚至?xí)陴B(yǎng)護(hù)后期使再生混凝土的強(qiáng)度下降。因此強(qiáng)度等級為中低級的再生混凝土浸泡在水玻璃溶液中，能使它的早期抗壓強(qiáng)度有顯著的提高。陳云鋼[5]完成界面強(qiáng)化試驗(yàn)，結(jié)果顯示：摻加kim粉結(jié)晶型界面改性劑后再生混凝土抗壓強(qiáng)度提高約20%，對改善混凝土收縮性能、抗?jié)B性能、抗碳化性能等效果不明顯。仝小芳[6]試驗(yàn)研究了再生粗骨料、粉煤灰、水膠比等各種因素對粉煤灰再生混凝土基本性能的影響，認(rèn)真分析研究了再生混凝土的內(nèi)部變形機(jī)理。作者用粉煤灰取代拌和物中的等量的水泥，用再生骨料取代等量的天然骨料，再生骨料來源于當(dāng)?shù)夭鸪膹U舊混凝土構(gòu)件，經(jīng)過破碎篩分得到。通過參考強(qiáng)度等級為C30的普通混凝土的配合比，筆者配制出同等強(qiáng)度的粉煤灰再生混凝土。通過正交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：將優(yōu)質(zhì)粉煤灰適量的加入到再生混凝土中，可以很好的改善它的表觀質(zhì)量及力學(xué)性能，同時(shí)粉煤灰的摻入會(huì)極大地影響再生混凝土的早期強(qiáng)度，但是28 d抗壓強(qiáng)度與原生混凝土的28 d抗壓強(qiáng)度大小相似，基本沒有變化。

2 再生混凝土的基本力學(xué)性能研究

肖建莊[7-9]通過一系列試驗(yàn)，觀察再生混凝土立方體受壓破壞形態(tài)與棱柱體破壞形態(tài)，分析發(fā)現(xiàn)，界面處的應(yīng)力集中程度決定著微小裂縫出現(xiàn)時(shí)刻的早晚，微細(xì)觀結(jié)構(gòu)的抗力薄弱程度決定著微小裂縫發(fā)展的快慢，二者皆影響著抗壓強(qiáng)度的大小。再生粗骨料與水泥漿之間的界面不僅多而且很復(fù)雜，大部分的界面會(huì)變得更加薄弱，但也有部分可能增強(qiáng)，導(dǎo)致再生混凝土力學(xué)性質(zhì)變異性增大。再生混凝土的軸心受拉破壞、彎折破壞形態(tài)均與普通的混凝土相似。袁飚[10]、易成[11]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，再生混凝土出現(xiàn)劈裂破壞時(shí)的表現(xiàn)形式，與天然骨料混凝土不太相同，它除了出現(xiàn)再生粗骨料與新水泥砂漿接觸面的粘結(jié)破壞，更多的體現(xiàn)為再生粗骨料自身的破碎破壞。張學(xué)兵[12]也通過實(shí)驗(yàn)得到結(jié)論為，水膠比較高的再生混凝土，其抗拉強(qiáng)度的大小主要與砂漿的強(qiáng)度有關(guān)，水膠比較低的再生混凝土，影響其抗拉強(qiáng)度的因素除了砂漿的強(qiáng)度，還包括再生粗骨料的強(qiáng)度。宋燦[13]使用電子顯微鏡觀察再生混凝土破碎后的內(nèi)部情況，掃描給出了材料界面過渡區(qū)的照片，從微觀結(jié)構(gòu)的角度去研究再生粗骨料與新砂漿接觸面上的損傷情況，在澆筑再生骨料混凝土的過程中，由于再生粗集料的吸水性會(huì)使再生混凝土的和易性降低，如果不能均勻振搗，將會(huì)在再生粗集料與新砂漿界面形成大量的微缺陷?？箟簭?qiáng)度作為混凝土各力學(xué)性能指標(biāo)中最基礎(chǔ)、最重要的一項(xiàng)，一直也是再生混凝土研究中的重點(diǎn)，大部分研究者都會(huì)將其抗壓強(qiáng)度與普通混凝土做對比，研究證明，一般情況下再生混凝土的抗壓強(qiáng)度比普通混凝土低，但也有部分的專家研究得到再生混凝土的強(qiáng)度比普通混凝土強(qiáng)度高。Mandal等人[14]通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，各種齡期的再生混凝土，其抗壓強(qiáng)度值均比普通混凝土的低，并且分析出現(xiàn)這種結(jié)果的原因主要是：再生混凝土內(nèi)部新舊材料間的接觸界面，即天然骨料與舊砂漿以及再生骨料與新水泥砂漿之間，由于材料新舊程度不同導(dǎo)致界面比較薄弱，粘結(jié)力較小。日本的Imamoto等人[15]通過一定技術(shù)手段對再生骨料進(jìn)行處理后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)再生混凝土應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，其效果與普通混凝土的差異并不大。Hansen[16]等有些學(xué)者的試驗(yàn)結(jié)果顯示，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度值并沒有低于普通混凝土，反而比普通混凝土高出2%～20%，這與許多研究者得出的結(jié)論恰好相反。表明再生混凝土的抗壓強(qiáng)度可能高于普通混凝土。Gupta[17]的試驗(yàn)將再生混凝土與普通混凝土養(yǎng)護(hù)相同的時(shí)間后比較兩者的抗壓強(qiáng)度大小，得到的結(jié)論為：水膠比高時(shí)再生混凝土高于普通混凝土，反之則低于普通混凝土。但是試驗(yàn)并沒有顯示其抗壓強(qiáng)度是嚴(yán)格的隨著混凝土拌和物的水膠比增大而變小的。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，W/C=0.6時(shí)的再生混凝土，抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，而W/C=0.55時(shí)的再生混凝土，卻是抗壓強(qiáng)度最小的時(shí)刻。李佳彬等人[18,19]通過制作600多塊不同種類的再生混凝土試件進(jìn)行對比試驗(yàn)，分別研究不同因素對再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的影響。首先分析再生骨料取代率的影響，發(fā)現(xiàn)不管取代率是多少，再生混凝土與普通混凝土的抗壓強(qiáng)度的對比以養(yǎng)護(hù)齡期90 d為臨界點(diǎn)，90 d之前再生混凝土強(qiáng)度增長明顯快于普通混凝土，90 d之后則呈現(xiàn)相反規(guī)律，即普通混凝土強(qiáng)度增長較快。再生粗骨料的取代率對抗壓強(qiáng)度影響很大，總體而言，抗壓強(qiáng)度隨再生粗骨料取代率的增大而減小。另外，水灰比的大小也是決定再生混凝土抗壓強(qiáng)度值的關(guān)鍵指標(biāo)，具體體現(xiàn)為抗壓強(qiáng)度與水灰比成反比，隨水灰比增加而降低。試驗(yàn)數(shù)據(jù)還得到，不同再生骨料取代率的再生混凝土，它的抗壓強(qiáng)度變異系數(shù)值均與普通混凝土之間差距并不大，這說明取代率對抗壓強(qiáng)度差異系數(shù)并沒有很大影響。柯國軍、張亞梅等人[20,21]的研究結(jié)果則得出，當(dāng)兩種混凝土的設(shè)計(jì)配合比相同時(shí)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度要高于普通混凝土，分析原因認(rèn)為有兩方面：1)再生粗骨料與新水泥砂漿間會(huì)發(fā)生某些化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致二者之間有比較好的相融性；2)再生粗骨料的表面有許多破壞痕跡，比較粗糙，能夠在接觸界面處有很強(qiáng)的咬合作用。鄧旭華[22]試驗(yàn)研究得到，水灰比與其再生混凝土的抗壓強(qiáng)度大小密切有關(guān)，并給出水灰比為0.57的一個(gè)相對界限，即水灰比大于和小于這個(gè)界限時(shí)，二者之間的相關(guān)性是完全相反的。M．C．Limbachiya等人[23]通過試驗(yàn)研究了高強(qiáng)混凝土的早期強(qiáng)度變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)當(dāng)再生骨料的取代率不大于30%時(shí)，取代率對再生混凝土幾乎沒有多少影響，這種情況下配置出來的高強(qiáng)再生混凝土的耐久性以及它的工程性質(zhì)與天然骨料混凝土是相同的。李旭平[24,25]進(jìn)行了一系列的再生混凝土試驗(yàn)研究，包括抗壓、單軸抗拉、劈裂抗拉、抗折、中心抗拔以及高溫等試驗(yàn)。對這些基本力學(xué)性能進(jìn)行系統(tǒng)的分析得出以下結(jié)論：再生混凝土的材質(zhì)比普通混凝土更脆，塑性更差。再生混凝土的σ—ε曲線的總體走勢與普通混凝土一致，但是應(yīng)變量的峰值明顯小于普通混凝土，同時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度增大，其峰值應(yīng)變會(huì)有一定增加。當(dāng)兩種混凝土的抗壓強(qiáng)度相同時(shí)，再生混凝土的彈性模量E比普通混凝土的小，是因?yàn)樵偕橇媳旧淼膹椥阅Ａ烤偷陀谔烊还橇?。但是比較兩種混凝土的泊松比ν的大小時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)二者差距并不大。高溫后對再生混凝土試塊進(jìn)行抗壓試驗(yàn)結(jié)果表明，低于400 ℃時(shí)，隨溫度升高，抗壓強(qiáng)度有所增加，高于400 ℃時(shí)，隨溫度升高，抗壓強(qiáng)度有明顯降低。

3 結(jié)語

再生混凝土符合我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，是未來建筑材料的發(fā)展趨勢，因此對再生混凝土進(jìn)行更深入的研究刻不容緩，雖然目前許多國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究并有了一些成果，但是未來想要更好的將再生混凝土應(yīng)用工程實(shí)際，還有許多問題需要研究。

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