再生骨料及再生骨料混凝土的性能分析(1)

　　摘要: 本文對國內(nèi)外再生骨料和再生骨料混凝土的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，總結(jié)了再生骨料和再生骨料混凝土的基本性能。發(fā)現(xiàn)再生骨料的表觀密度和堆積密度分別在2.31-2.62(Kg/m3)和1.29-1.47(Kg/m3)之間，其吸水率處于4%-10%之間，壓碎指標(biāo)在14.2-23.1 之間。再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度隨再生骨料替代率增加而降低，隨水灰比增大而降低。再生骨料混凝土的抗拉強(qiáng)度受替代率影響比較小。隨著再生骨料替代率的增大，再生骨料混凝土的坍落度急劇下降、彈性模量降低、收縮值顯著增大、抗凍性基本不變、滲透性增大、碳化速度略有增加、抗硫酸鹽侵蝕性略有降低?；诒姸辔墨I(xiàn)研究成果，經(jīng)回歸分析提出了再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度和彈性模量計(jì)算公式，最后討論了再生骨料混凝土的應(yīng)用狀況。

　　關(guān)鍵詞: 再生骨料，再生骨料混凝土，性能，技術(shù)指標(biāo)

　　1、 引言

　　目前, 我國建筑垃圾的數(shù)量已占到城市垃圾總量的30%～ 40%。絕大部分建筑垃圾未經(jīng)任何處理, 便被采用露天堆放或填埋的方式進(jìn)行處理, 造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染[1]。廢棄混凝土作為建筑垃圾的最重要組成部分，經(jīng)估算2003年我國的混凝土廢料量已經(jīng)達(dá)到了1.8億噸,給環(huán)境造成了較大的負(fù)面影響。同時(shí),混凝土生產(chǎn)需要大量的砂石骨料,而隨著對天然砂石的不斷開采,天然骨料資源亦將趨于枯竭,且其開采的運(yùn)輸能耗與費(fèi)用驚人,對生態(tài)環(huán)境的破壞也十分嚴(yán)重。

　　再生骨料混凝土簡稱再生混凝土，廢棄混凝土作為再生骨料的來源又稱母體混凝土。廢棄混凝土塊經(jīng)過破碎、清洗與分級后形成的骨料簡稱再生骨料;再生骨料部分或全部代替砂石等天然骨料配制而成的混凝土稱為再生骨料混凝土。充分利用再生骨料混凝土，不但能有效降低建筑垃圾的數(shù)量，減少建筑垃圾對自然環(huán)境的污染，同時(shí)利用再生骨料制造再生骨料混凝土還能減少建筑工程中對天然骨料的開采，達(dá)到了保護(hù)環(huán)境的目的。

　　2、 再生骨料的基本性能

　　2.1、再生骨料的堆積密度和表觀密度

　　同天然砂石骨料相比,再生骨料表面包裹著相當(dāng)數(shù)量的水泥砂漿,由于水泥砂漿的孔隙率大,棱角眾多，所以再生骨料的表觀密度和堆積密度比天然骨料低，由表1和表2可知：再生骨料的表觀密度和堆積密度分別為天然骨料的88%-97%和87%-99%,分別在2.31-2.62(Kg/m3)和1.29-1.47(Kg/m3)之間。

　　再生骨料表觀密度、堆積密度,還與再生骨料母體混凝土的強(qiáng)度等級、配比、使用時(shí)間、使用環(huán)境及地域等因素有關(guān)。再生骨料的密度隨著母體混凝土強(qiáng)度的降低而減低，降低幅度達(dá)到7%[6]，當(dāng)再生骨料的壓碎指標(biāo)變大，骨料強(qiáng)度降低時(shí)，骨料表觀密度和堆積密度也隨之變小[16]，見圖1。

　　中華人民共和國建筑用卵石、碎石國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14658-2001規(guī)定：骨料的表觀密度應(yīng)大于2500kg/m3，堆積密度應(yīng)大于1350kg/m3，由表1和表2可知，再生骨料的表觀密度和堆積密度達(dá)不到天然骨料的標(biāo)準(zhǔn)。但由于再生骨料的低密度有利于抗震，降低結(jié)構(gòu)物自重，因此，有關(guān)再生骨料的相應(yīng)規(guī)程應(yīng)充分考慮再生骨料實(shí)際性能。

　　2. 2、再生骨料的吸水率

　　再生骨料的吸水率遠(yuǎn)高于天然骨料，當(dāng)骨料的粒徑范圍為5-20mmm時(shí)，天然骨料的吸水率為2.2%左右，從表3可知再生骨料的吸水率基本處于4%-10%之間。

　　影響再生骨料吸水率的因素很多，主要有以下幾個(gè)方面：

　　(1)、影響再生骨料吸水率大于天然骨料的最主要原因是再生骨料表面包裹著一層砂漿，這層砂漿使得再生骨料表面比天然骨料表面粗糙、棱角更多;且母體混凝土塊在解體、破碎過程中的損傷累積，使再生骨料表面砂漿內(nèi)部存在大量微裂紋,這些因素使的再生骨料的吸水率和吸水速率大大提高。

　　(2)、再生骨料的吸水隨著骨料粒徑的減小而增大，其變化曲線如圖2[7]。

　　(3)、再生骨料的吸水率還受到母體混凝土材料的強(qiáng)度、組成及使用環(huán)境的氣候條件等因素的影響。再生骨料吸水率和壓碎指標(biāo)有密切聯(lián)系，其吸水率隨著壓碎指標(biāo)的增大而增大[11]，見圖3。主要原因可以解釋為，再生骨料壓碎指標(biāo)的增大，骨料表面的水泥砂漿覆蓋的越多，骨料表面的空隙率越大，因此骨料的吸水率越大。同時(shí)母體混凝土所出的環(huán)境越干燥，使用時(shí)間越長，再生骨料的吸水率也相應(yīng)的越大。

　　2. 3、再生骨料的壓碎指標(biāo)

　　壓碎指標(biāo)是表征骨料強(qiáng)度的一個(gè)參數(shù)。中華人民共和國建筑用卵石、碎石國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14658-2001規(guī)定: Ⅰ類骨料的壓碎指標(biāo)應(yīng)小于10 % , Ⅱ類應(yīng)小于20 % , Ⅲ類應(yīng)小于30%。由表4可見,大多數(shù)再生骨料能滿足國標(biāo)中Ⅱ類骨料對壓碎指標(biāo)的要求，又根據(jù)國標(biāo)GB/T14658-2001，Ⅱ類骨料宜用于混凝土強(qiáng)度C30-C60，及抗?jié)B、抗凍和其它要求的混凝土。因此再生骨料的壓碎指標(biāo)性能滿足大多數(shù)實(shí)際工程的需要。

　　再生骨料強(qiáng)度下降的主要原因?yàn)椋?/P>

　　(1)再生骨料表面包裹著水泥漿、砂漿和泥塊等一些其它的雜物，由于這些包裹骨料表面雜物的較低強(qiáng)度以及破碎加工過程對母體混凝土中的天然骨料造成的損傷,使得再生骨料整體強(qiáng)度降低。

　　(2)同時(shí)再生骨料的壓碎指標(biāo)還與再生骨料母體混凝土的強(qiáng)度和加工破碎方法有關(guān)。再生骨料母體混凝土的強(qiáng)度越高，再生骨料的壓碎指標(biāo)越小，加工過程中水泥漿體和砂漿脫落越多,再生骨料的壓碎指標(biāo)就越小。

　　3、再生骨料混凝土的基本性能

　　3.1、抗壓強(qiáng)度

　　眾多的文獻(xiàn)研究表明再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度和再生骨料的替代率密切相關(guān)，當(dāng)再生骨料替代率在30%以下時(shí)，再生骨料混凝土與普通骨料混凝土抗壓強(qiáng)度差距不大，在8%內(nèi)，如果再生骨料替代率繼續(xù)提高，再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度隨著再生骨料替代率的增大而降低，再生骨料50%取代天然粗骨料時(shí)，再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度降低5%-20%不等，當(dāng)再生骨料100%取代天然粗骨料時(shí)，再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度降低較多，最大降幅達(dá)到30%。同時(shí)相關(guān)試驗(yàn)表明：由于再生骨料混凝土和天然骨料混凝土的骨料成分不同,它們抗壓強(qiáng)度隨齡期的增長情況也不相同，與天然骨料混凝土相比,同一水灰比的再生骨料混凝土的28d抗壓強(qiáng)度約低15 % ,但其相差的幅度會(huì)隨著齡期的增長而慢慢縮小。

　　再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度受水灰比的影響非常大，由圖五可知，再生骨料混凝土隨水灰比增加，抗壓強(qiáng)度急劇降低。水灰比平均增加0.1，抗壓強(qiáng)度下降20%左右。

　　因此，本文根據(jù)圖4再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度與再生骨料替代率關(guān)系的下包絡(luò)線為主要依據(jù)，并結(jié)合圖5再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度與水灰比的關(guān)系，回歸分析后提出再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式如下

　　其中， fn為再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度，fc為再生骨料所替代的原天然骨料混凝土在水灰比為0.4下的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，α為再生骨料替代率，β 為再生骨料混凝土水灰比。本公式使用的水灰比范圍為0.4-0.7。

　　3.2、抗拉強(qiáng)度

　　再生骨料混凝土的抗拉強(qiáng)度和再生骨料的替代率密切相關(guān)，再生骨料混凝土的抗拉強(qiáng)度隨再生骨料的替代率的提高而降低，當(dāng)再生骨料100%替代天然骨料時(shí)，再生骨料混凝土對比天然骨料混凝土抗拉強(qiáng)度降低6.9 。眾多研究者對再生骨料混凝土抗拉強(qiáng)度隨再生骨料替代率的提高，強(qiáng)度降低所得的結(jié)果雖然離散，但總結(jié)眾多研究成果，發(fā)現(xiàn)再生骨料混凝土的抗拉強(qiáng)度受再生骨料的替代率影響并沒有抗壓強(qiáng)度大，因此采用抗壓強(qiáng)度的10%作為再生骨料混凝土的抗拉強(qiáng)度是比較保守和偏于安全的。

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