再生骨料及再生骨料混凝土的性能分析(2)

　　3.3、坍落度

　　在同一水灰比下，再生骨料混凝土的坍落度與天然骨料混凝土的坍落度之比示于圖7，再生骨料混凝土隨著再生骨料替代率的增高坍落度急劇下降。由于再生骨料比天然骨料的空隙多，吸水率大,所以在相同水灰比的條件下再生骨料的取代率越高，再生骨料混凝土的坍落度就越低[28]。同時再生骨料表面粗糙,棱角眾多，增大了拌和物在攪拌與澆筑時的摩擦力，降低了再生骨料混凝土坍落度。再生骨料混凝土的坍落度隨水灰比的增大而增大,這和普通混凝土是一致的，因此，為了達(dá)到再生骨料混凝土工作性能的要求，必然要求提高再生骨料混凝土的水灰比，從而增大了再生骨料混凝土的用水量。同時再生骨料混凝土坍落度問題可以通過在再生骨料混凝土中加入適量的粉煤灰或高效減水劑來提高坍落度的同時可以保證有較好的保水性和粘聚性[34]。

　　3.4、彈性模量E問題

　　再生骨料混凝土彈性模量隨再生骨料替代率的增大而降低，再生骨料替代率在30%以內(nèi)是，彈性模量損失基本都在15%以內(nèi)，當(dāng)再生骨料替代率達(dá)到100%時，最大彈性模量損失達(dá)到45%。同時灰比對再生骨料混凝土的強(qiáng)度與彈性模量影響也較大，當(dāng)水灰比由0.8降到0.4時，彈性模量提高33.7%[9]。本文根據(jù)已有的各類文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，綜合考慮再生骨料替代率和水灰比對再生骨料混凝土抗壓彈性模量的影響，并結(jié)合我國規(guī)范中關(guān)于普通混凝土彈性模量的計算公式，回歸分析后提出再生骨料混凝土抗壓彈性模量的計算公式如下：

　　其中En為再生骨料混凝土抗壓彈性模量，fcu為再生骨料所替代的原天然骨料混凝土在水灰比為0.4下的極限抗壓強(qiáng)度，a為再生骨料替代率，β 為再生骨料混凝土水灰比。本公式適用水灰比范圍為0.4-0.7。

　　3.4、收縮性

　　采用再生粗骨料取代天然骨料后,再生骨料混凝土的收縮值顯著增大,并且隨著再生骨料取代率的提高,收縮值不斷增大[38]，當(dāng)再生粗骨料取代100 %天然骨料時,再生骨料混凝土的收縮率增大50 %，使用再生細(xì)骨料取代30 %的天然細(xì)骨料,再生骨料混凝土的收縮值略有增大,但幅度不明顯[34][39]。從混凝土結(jié)構(gòu)來看,粗骨料是混凝土的骨架,水泥砂漿則作為結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)組分填充于骨架的空隙間,因此在外界條件相同的情況下,混凝土的收縮率取決于粗骨料和砂漿兩者的收縮率。在配合比相同時,由于再生骨料中含有大量的舊砂漿,其收縮率大大高于天然骨料。因此使用再生粗骨料制備的再生骨料混凝土,其收縮率顯然會高于天然骨料混凝土,并且隨再生粗骨料取代量的提高, 收縮率顯著增大。此外為了改善再生骨料混凝土混合料的流動性,增加的部分拌合水也是收縮值增大的原因之一。

　　同時再生骨料混凝土骨料較高干縮值的特性和再生骨料表面的多孔結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系。多孔結(jié)構(gòu)將顯著影響水分在骨料和砂漿界面區(qū)的傳輸過程, 進(jìn)而改變界面過渡區(qū)水化產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)。對于吸水能力較大的再生骨料,當(dāng)其含水過高或過低時, 這些骨料的周圍可能因為大量失水或因水膜過厚而造成界面區(qū)微結(jié)構(gòu)的多孔性,導(dǎo)致干縮加劇。在結(jié)構(gòu)逐漸密實以后, 混凝土收縮特性將會得到改善。

　　再生骨料混凝土的收縮性能可以通過改善再生骨料吸水特性而加以改善,例如對再生骨料加以研磨，以改善再生骨料的表面特征，減少再生骨料表面的砂漿含量，采用強(qiáng)度較高的母體混凝土來制作再生骨料或在攪拌再生骨料混凝土?xí)r加入適量的減水劑等，改善再生骨料的吸水特性，從而減少再生骨料混凝土的收縮性。

　　3.6、再生骨料混凝土的耐久性

　　使用再生粗骨料制備的再生骨料混凝土,其抗凍性與普通混凝土基本相當(dāng),不同水灰比的再生骨料混凝土的抗凍融性并不低于普通混凝土[40][41]，并且再生粗骨料取代率對再生骨料混凝土的抗凍性基本沒有影響[42][43]。當(dāng)再生骨料混凝土水灰比為0.5～0.7時，再生骨料混凝土的滲透性為普通混凝土的2―5倍，再生骨料混凝土的滲透性隨水灰比的增大而增加，當(dāng)水灰比較小時,再生骨料混凝土的滲透性則約為普通混凝土的3倍;當(dāng)水灰比較高時,再生骨料混凝土的滲透性與普通混凝土差別不大[44][45]。再生骨料混凝土強(qiáng)度等級為C30和C35時,如果再生取代率低于50%,再生骨料混凝土的碳化速度與普通混凝土相當(dāng);隨著再生骨料取代率的進(jìn)一步增大,再生骨料混凝土的碳化速度略有增加[46]，同時隨著水灰比增加,再生骨料混凝土的碳化深度增加 [47]。再生骨料混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性略低于同水灰比的普通混凝土,再生骨料取代率小于30 %時,再生骨料混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性與普通混凝土基本相同:隨著再生骨料取代率的增加,再生骨料混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性降低,但差別不大[48][49]。

　　再生骨料混凝土的各項耐久性較普通混凝土有所降低，其主要原因是再生骨料的表面性能和天然骨料有較大差異，再生骨料的空隙率和吸水率比天然骨料要大，從而影響了再生骨料混凝土的耐久性。

　　4、 再生骨料及再生骨料混凝土的應(yīng)用

　　盡管再生骨料、再生骨料混凝土與天然骨料、普通混凝土有著如下的眾多差異：再生骨料的壓碎指標(biāo)、吸水率大，密度低;再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量、坍落度和耐久性較低，收縮量大。但由于廢棄混凝土數(shù)量巨大，回收再生骨料，制備再生骨料混凝土具有巨大的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，并節(jié)省大量的資源，世界上很多國家都對再生骨料混凝土投入了大量的研究，有些國家還制定了相應(yīng)的再生骨料規(guī)范。

　　美國混凝土骨料規(guī)范C0033-03明確規(guī)定混凝土骨料包括再生骨料。德國鋼筋混凝土委員會頒布《再生骨料混凝土的應(yīng)用指南》[49]中第二部分給出了再生骨料的質(zhì)量要求,指出再生骨料混凝土必須符合規(guī)范DIN4226中與天然骨料相同的技術(shù)要求。日本于1994 年4 月頒布了《再生骨料混凝土材料的質(zhì)量試行條例》。試行條例給出了的再生骨料、再生基層材料和填充材料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),并根據(jù)其質(zhì)量將再生粗骨料劃分成3個等級 [50]。

　　國外對再生骨料混凝土材料性能的研究成果表明,合理設(shè)計的再生骨料混凝土基本上能夠達(dá)到普通混凝土的性能要求,在土木工程中的應(yīng)用是可行的[49][50]。但由于國內(nèi)使用的水泥、骨料與國外使用的水泥、骨料在成分和性能上差別較大,因而不能直接使用國外的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)對再生骨料在商品混凝土中的應(yīng)用研究表明：再生骨料混凝土強(qiáng)度符合設(shè)計要求;混凝土具有良好的和易性、可泵性，可以滿足現(xiàn)場施工的需要[22]，但由于再生骨料混凝土與普通混凝土在原材料、配合比以及施工工藝等方面存在重要的差別,現(xiàn)行普通混凝土的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程等不適合再生骨料混凝土。因此，為了推廣再生骨料混凝土的應(yīng)用，迫切需要規(guī)范再生骨料的技術(shù)規(guī)程和應(yīng)用范圍。

　　5、 結(jié)論

　　本文經(jīng)過大量的文獻(xiàn)調(diào)查，對再生骨料和再生骨料混凝土的性能進(jìn)行了歸納分析，總結(jié)出了再生骨料和再生骨料混凝土具有如下的性質(zhì)：

　　1、再生骨料的表觀密度和堆積密度比天然骨料有所降低，總體上不滿足我國現(xiàn)行的建筑用卵石、碎石國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T14658 ? 2001)規(guī)定。

　　2、由于再生骨料表面包裹的著一層砂漿，再生骨料的吸水率遠(yuǎn)大于天然骨料，并與再生骨料的粒徑大小以及母體混凝土的使用環(huán)境和使用時間有關(guān)。

　　3、再生骨料的壓碎指標(biāo)基本滿足我國現(xiàn)行的建筑用卵石、碎石國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T14658?2001)Ⅱ類骨料要求。

　　4、再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和彈性模量隨再生骨料替代率的提高和水灰比的增大而降低，本文歸納了眾多學(xué)者的研究數(shù)據(jù)，經(jīng)回歸分析提出了再生混凝土抗壓強(qiáng)度和彈性模量計算公式。

　　5、再生骨料混凝土的收縮性隨著再生骨料替代率的提高而快速增大，當(dāng)再生骨料100%替代天然骨料是，再生混凝土的收縮性顯著增大。

　　6、再生骨料混凝土的各項耐久性指標(biāo)顯著略低于普通混凝土。

　　總之，再生骨料、再生骨料混凝土和天然骨料、普通混凝土之間的各項性能差異的歸根原因在于再生骨料的表面性能，改善再生骨料的表面性能，就能改善再生骨料和再生骨料混凝土的性能。同時，再生骨料混凝土技術(shù)能夠從根本上解決廢棄混凝土的出路問題,既能減輕廢棄混凝土對環(huán)境的污染,又能節(jié)省天然骨料資源,減少自然資源和能源的消耗,具有顯著的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益,符合可持續(xù)發(fā)展的要求,是發(fā)展綠色混凝土的主要途徑之一。

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