摘要: 再生混凝土(tǔ)性能(néng)研究和(hé)開(kāi)發應用(yòng)已日益受到(dào)關注。通過強度和(hé)耐久性能(néng)試驗, 對比不同水(shuǐ)灰比條件(jiàn)下普通混凝土(tǔ)和(hé)再生混凝土(tǔ)的(de)性能(néng)差異, 研究再生混凝土(tǔ)應用(yòng)于水(shuǐ)利工(gōng)程的(de)主要性能(néng)及其影響因素, 從而提出需解決的(de)實際問題和(hé)措施。
關鍵詞: 再生混凝土(tǔ); 強度; 耐久性; 水(shuǐ)利工(gōng)程
中圖分(fēn)類号: TV41 ; TV431 文(wén)獻标識碼: A 文(wén)章(zhāng)編号: 1008-701X (2010) 01-0024-03
Main Properties of Recycled Concrete Applied to Hydraulic Projects
XU Wei FANG Rong
Abstract : The research on and application of recycled concrete has attracted increasing attention in recent years. In strength and durability tests , by comparing the respective performance of regular concrete and recycled concrete with different water-plaster ratios , the paper studies the main properties and affecting factors of recycled concrete for hydraulic projects so as to discover possible problems and offer corresponding solutions.
Key words : recycled concrete ; strength ; durability ; hydraulic projects
1 問題的(de)提出
目前, 全世界混凝土(tǔ)的(de)年産量約28 億m3 , 我國的(de)混凝土(tǔ)年産量達到(dào)13 億～14 億m3 , 約占世界總量的(de)45 %。據測算, 我國每年解體舊混凝土(tǔ)的(de)發生量約在4 000 萬t 以上(shàng), 它的(de)産生與處理(lǐ)已經對環境造成了很大(dà)的(de)負荷。混凝土(tǔ)生産過程中骨料一般占混凝土(tǔ)總量的(de)75 % , 将廢棄混凝土(tǔ)進行(xíng)資源化利用(yòng), 已成爲材料科學中的(de)一個(gè)重要課題。
在水(shuǐ)利工(gōng)程中, 混凝土(tǔ)用(yòng)量較大(dà), 若能(néng)有(yǒu)效處理(lǐ)和(hé)利用(yòng)廢棄混凝土(tǔ), 加工(gōng)成再生骨料進而配制(zhì)成再生混凝土(tǔ),使它成爲循環性可(kě)利用(yòng)再生資源, 既能(néng)減輕廢棄混凝土(tǔ)對環境的(de)污染, 又(yòu)能(néng)減小(xiǎo)大(dà)量開(kāi)采天然骨料對生态環境的(de)影響, 符合生态可(kě)持續發展的(de)要求, 具有(yǒu)明(míng)顯的(de)社會(huì)、經濟和(hé)環境效益。本文(wén)主要從分(fēn)析再生混凝土(tǔ)的(de)強度和(hé)耐久性能(néng)的(de)角度, 研究該材料在水(shuǐ)利工(gōng)程中應用(yòng)的(de)可(kě)行(xíng)性和(hé)适應性。
2 試驗設計(jì)
2．1 試驗材料
水(shuǐ)泥爲32.5R 海(hǎi)螺牌普通矽酸鹽水(shuǐ)泥, 其表觀密度爲3 100 kgPm3 。砂爲普通黃(huáng)砂, 細度模數爲2.75。天然粗骨料爲連續級配的(de)碎石, 最大(dà)粒徑爲31.5 mm。再生骨料由某路(lù)面廢棄混凝土(tǔ)破碎加工(gōng)而成, 該廢棄混凝土(tǔ)的(de)技術(shù)資料不詳。水(shuǐ)爲普通自來水(shuǐ)。粗骨料的(de)基本性能(néng)見表1。
由表1 可(kě)見, 與天然粗骨料相(xiàng)比, 再生骨料的(de)密度低、吸水(shuǐ)率高(gāo)、壓碎指标大(dà), 表明(míng)再生骨料孔隙率高(gāo), 強度低,其主要原因是由于其表面附著(zhe)有(yǒu)大(dà)量水(shuǐ)泥砂漿。
2．2 混凝土(tǔ)配合比
混凝土(tǔ)共分(fēn)8 組, 其中4 組編号爲NC 的(de)是普通混凝土(tǔ), 其餘4 組編号爲RC 的(de)是再生混凝土(tǔ), 再生骨料取代率取100 %。采用(yòng)C20、C30 不同的(de)強度等級, 經過多次的(de)試配, 在滿足混凝土(tǔ)和(hé)易性的(de)基礎上(shàng)确定了再生混凝土(tǔ)和(hé)普通混凝土(tǔ)的(de)配合比(見表2) 。
2．3 試件(jiàn)的(de)澆注與養護
所有(yǒu)混凝土(tǔ)攪拌設備爲一容量爲50 L的(de)攪拌機。投料順序爲首先加入黃(huáng)砂和(hé)水(shuǐ)泥, 再加入粗骨料, 最後加入水(shuǐ),攪拌3～5 min 後測其坍落度。坍落度試驗完畢後将混凝土(tǔ)拌和(hé)物(wù)注入鋼模, 24 h 後拆模, 立即放(fàng)入養護室, 在标準條件(jiàn)下養護28 d 後取出進行(xíng)試驗。所有(yǒu)試件(jiàn)均爲一批澆注完成。
2．4 試驗方法
混凝土(tǔ)立方體抗壓強度、劈裂抗拉強度及耐久性能(néng)試驗均按照(zhào)《水(shuǐ)工(gōng)混凝土(tǔ)試驗規程》(SL 352 ―2006) 進行(xíng)[1] 。
3 試驗結果與分(fēn)析
3．1 混凝土(tǔ)的(de)強度
從混凝土(tǔ)強度試驗結果(見表3) 中可(kě)以看出, 再生粗骨料對混凝土(tǔ)立方體抗壓強度起著(zhe)較大(dà)影響, 對于混凝土(tǔ)的(de)28 d 強度, 同一水(shuǐ)灰比的(de)再生混凝土(tǔ)的(de)抗壓強度比普通混凝土(tǔ)低5 %～20 %。這與國内外許多研究結論相(xiàng)符。
混凝土(tǔ)抗壓強度降低的(de)原因主要是: ①由于再生粗骨料與新舊砂漿之間存在的(de)粘結較爲薄弱; ②再生骨料吸水(shuǐ)率大(dà), 再生混凝土(tǔ)本身的(de)用(yòng)水(shuǐ)量有(yǒu)所增加; ③由于再生粗骨料孔隙率高(gāo), 在承受軸向應力時, 容易形成應力集中;④再生粗骨料的(de)強度較低, 表現在壓碎值較大(dà); ⑤由于初始損傷和(hé)2 次破壞損傷使得再生粗骨料内部存在大(dà)量微裂縫。
圖1 給出了再生混凝土(tǔ)抗壓強度随水(shuǐ)灰比的(de)變化關系。從圖中可(kě)以看出, 當水(shuǐ)灰比高(gāo)于0.5 時, 再生混凝土(tǔ)的(de)抗壓強度随水(shuǐ)灰比的(de)增大(dà)而減小(xiǎo), 這一點與普通混凝土(tǔ)基本一緻; 當水(shuǐ)灰比低于0.5 時, 再生混凝土(tǔ)的(de)抗壓強度随水(shuǐ)灰比的(de)降低而有(yǒu)效增加不明(míng)顯。因此嚴格控制(zhì)水(shuǐ)灰比對再生混凝土(tǔ)的(de)強度有(yǒu)重要意義。
對于再生混凝土(tǔ)抗拉性能(néng), 試驗結果表明(míng), 再生混凝土(tǔ)的(de)劈裂抗拉強度較普通混凝土(tǔ)降低2 %～10 %。再生混凝土(tǔ)抗拉強度可(kě)取爲立方體抗壓強度的(de)1/15～1/10 , 其拉壓比較普通混凝土(tǔ)略高(gāo)。
3．2 混凝土(tǔ)的(de)耐久性
3．2．1 抗滲性
抗滲性是混凝土(tǔ)耐久性的(de)核心問題, 主要包括氣體分(fēn)子, 水(shuǐ)分(fēn)子, 以及氯離(lí)子的(de)擴散。本文(wén)主要研究再生混凝土(tǔ)在抵抗水(shuǐ)的(de)滲透方面與普通混凝土(tǔ)的(de)差異。
從各組混凝土(tǔ)試件(jiàn)的(de)抗滲性試驗結果(見表4) 中可(kě)以看出: ①混凝土(tǔ)設計(jì)強度等級爲C20 的(de)前4 組試件(jiàn)的(de)抗滲等級差别較爲明(míng)顯, 其中普通混凝土(tǔ)的(de)抗滲等級明(míng)顯高(gāo)于再生混凝土(tǔ), 并且水(shuǐ)灰比爲0.5 的(de)再生混凝土(tǔ)的(de)抗滲等級高(gāo)于水(shuǐ)灰比爲0.55 的(de)再生混凝土(tǔ); ②混凝土(tǔ)設計(jì)強度等級爲C30 的(de)後4 組試件(jiàn), 普通混凝土(tǔ)和(hé)再生混凝土(tǔ)的(de)抗滲性差别不大(dà)。但(dàn)從趨勢上(shàng)看, 普通混凝土(tǔ)的(de)抗滲性略優于再生混凝土(tǔ)。
總體上(shàng), 再生混凝土(tǔ)的(de)抗滲性比普通混凝土(tǔ)的(de)抗滲性差, 再生混凝土(tǔ)的(de)抗滲性随混凝土(tǔ)強度等級的(de)提高(gāo)而增加,水(shuǐ)灰比的(de)增加而降低。這主要是由以下原因造成的(de): ①由于再生混凝土(tǔ)的(de)再生骨料表面裹有(yǒu)已硬化的(de)水(shuǐ)泥漿, 故再生混凝土(tǔ)中新舊水(shuǐ)泥砂漿總含量較普通混凝土(tǔ)高(gāo), 因此其孔隙率比天然混凝土(tǔ)高(gāo), 透水(shuǐ)性強, 抗滲性差; ②與普通混凝土(tǔ)一樣, 水(shuǐ)灰比也(yě)是再生混凝土(tǔ)滲透性的(de)主要影響因素。在一定範圍内, 随著(zhe)水(shuǐ)灰比的(de)增大(dà), 再生混凝土(tǔ)的(de)抗滲性有(yǒu)逐漸降低的(de)趨勢。這是因爲水(shuǐ)灰比越大(dà), 包圍水(shuǐ)泥顆粒的(de)水(shuǐ)層就越大(dà), 水(shuǐ)在水(shuǐ)泥石中就會(huì)逐漸形成相(xiàng)互貫通的(de)、無規則的(de)毛細孔系統, 使水(shuǐ)泥石的(de)孔隙率不斷增加,混凝土(tǔ)的(de)抗滲性就越差。
此外, 由于再生混凝土(tǔ)的(de)界面區域不如(rú)普通混凝土(tǔ)牢固, 水(shuǐ)泥砂漿中的(de)自然孔隙會(huì)因界面區域的(de)孔隙裂紋等得到(dào)擴展, 成爲貫通水(shuǐ)泥砂漿的(de)連續通道, 進而使再生混凝土(tǔ)的(de)滲透性增加, 影響其抗滲性。再生骨料在生産的(de)過程中, 由于損傷積累使得再生骨料内部存在大(dà)量微細裂紋,降低了骨料對毛細孔的(de)阻隔作用(yòng)。
3．2．2 抗凍性
在寒冷(lěng)地(dì)區, 混凝土(tǔ)受凍融循環作用(yòng)往往是導緻混凝土(tǔ)劣化的(de)主要因素, 嚴重影響混凝土(tǔ)建築物(wù)的(de)長期使用(yòng)和(hé)安全運行(xíng)。通過對前述8 組混凝土(tǔ)試件(jiàn)的(de)抗凍性試驗結果得出:
(1) 總體上(shàng), 再生混凝土(tǔ)的(de)抗凍融破壞循環次數較普通混凝土(tǔ)要低, 質量變化率也(yě)更大(dà), 表明(míng)再生混凝土(tǔ)的(de)抗凍性能(néng)較普通混凝土(tǔ)差。再生骨料吸水(shuǐ)率較大(dà), 内部孔隙的(de)水(shuǐ)飽和(hé)程度較高(gāo), 易先于新水(shuǐ)泥基體發生凍融破壞, 成爲再生混凝土(tǔ)抗凍性能(néng)的(de)薄弱環節。
(2) 水(shuǐ)灰比小(xiǎo)的(de)再生混凝土(tǔ)的(de)抗凍性高(gāo)于水(shuǐ)灰比大(dà)的(de)再生混凝土(tǔ)。因爲水(shuǐ)灰比直接影響混凝土(tǔ)的(de)孔隙率及孔結構。随著(zhe)水(shuǐ)灰比的(de)增加, 不僅飽和(hé)水(shuǐ)的(de)開(kāi)孔總體積增加,而且平均孔徑也(yě)增加, 在凍融過程中産生的(de)冰脹壓力和(hé)滲透壓力就大(dà), 因而混凝土(tǔ)的(de)抗凍性必然降低。
(3) 混凝土(tǔ)強度等級C30 的(de)再生混凝土(tǔ)的(de)抗凍性能(néng)高(gāo)于C20 的(de)再生混凝土(tǔ)。表明(míng)再生混凝土(tǔ)強度越高(gāo)抗凍性能(néng)越好。
3．2．3 抗沖磨性
混凝土(tǔ)抗沖磨性能(néng)主要受混凝土(tǔ)強度、骨料性能(néng)及面層混凝土(tǔ)質量的(de)影響。對比普通混凝土(tǔ)與再生混凝土(tǔ)的(de)抗沖磨性能(néng)的(de)優劣: ①再生混凝土(tǔ)的(de)抗沖磨性較普通混凝土(tǔ)差, 這與再生混凝土(tǔ)孔隙率大(dà), 密實性差, 界面區粘結不牢固有(yǒu)直接的(de)關系。②水(shuǐ)灰比對再生混凝土(tǔ)的(de)耐磨性有(yǒu)較大(dà)的(de)影響, 水(shuǐ)灰比越大(dà), 耐磨性越差。③強度高(gāo)的(de)再生混凝土(tǔ)的(de)耐磨性優于強度低的(de)再生混凝土(tǔ)。
4 性能(néng)改善措施
4．1 提高(gāo)再生混凝土(tǔ)的(de)強度
在水(shuǐ)工(gōng)建築物(wù)中, 主要采用(yòng)中、低強度的(de)混凝土(tǔ), 再生骨料性質對其強度的(de)影響相(xiàng)對較小(xiǎo)。研究表明(míng), 從以下幾個(gè)方面可(kě)以一定程度上(shàng)提高(gāo)再生混凝土(tǔ)的(de)強度:
(1) 通過控制(zhì)水(shuǐ)灰比, 摻入高(gāo)效減水(shuǐ)劑與高(gāo)活性超細礦物(wù)摻合料如(rú)粉煤灰、矽灰等, 可(kě)以配制(zhì)出高(gāo)強度且工(gōng)作性能(néng)良好的(de)再生混凝土(tǔ)。
(2) 通過機械活化和(hé)酸液活化方法對再生骨料表面的(de)狀态加以改善, 用(yòng)界面劑、有(yǒu)機耦合劑或環氧樹脂等事先塗抹在集料表面可(kě)以增強骨料與水(shuǐ)泥漿體之間的(de)粘結強度。
(3) 二次攪拌工(gōng)藝由于投料順序的(de)改變, 可(kě)以促進水(shuǐ)泥顆粒的(de)分(fēn)散程度, 使水(shuǐ)泥水(shuǐ)化充分(fēn), 提高(gāo)再生混凝土(tǔ)的(de)強度達10 %以上(shàng)[2 ] 。
4．2 提高(gāo)再生混凝土(tǔ)的(de)耐久性
(1) 選擇合适的(de)水(shuǐ)灰比。通過降低再生混凝土(tǔ)的(de)水(shuǐ)灰比可(kě)以提高(gāo)再生混凝土(tǔ)的(de)抗滲性能(néng)。在水(shuǐ)工(gōng)混凝土(tǔ)中, 由于建築物(wù)本身的(de)需要, 水(shuǐ)工(gōng)混凝土(tǔ)的(de)水(shuǐ)灰比要比普通建築物(wù)的(de)水(shuǐ)灰比低, 通過減小(xiǎo)水(shuǐ)灰比來提高(gāo)再生混凝土(tǔ)的(de)抗凍性, 這與對水(shuǐ)工(gōng)混凝土(tǔ)的(de)技術(shù)要求相(xiàng)容。
(2) 合理(lǐ)選擇再生骨料的(de)粒徑。相(xiàng)比用(yòng)較大(dà)粒徑骨料配制(zhì)的(de)再生混凝土(tǔ)而言, 較小(xiǎo)粒徑骨料配制(zhì)的(de)再生混凝土(tǔ)結構緊密。通過減小(xiǎo)再生骨料的(de)最大(dà)粒徑可(kě)以提高(gāo)再生混凝土(tǔ)的(de)抗凍、抗滲、抗碳化等耐久性指标, 同時有(yǒu)助于減少(shǎo)再生混凝土(tǔ)的(de)收縮。再生骨料的(de)最大(dà)粒徑建議使用(yòng)16～20 mm[3 ] 。
(3) 摻加活性摻和(hé)料和(hé)外加劑。粉煤灰能(néng)細化再生骨料的(de)毛細孔道, 改善再生混凝土(tǔ)的(de)抗滲性。試驗研究表明(míng),摻入10 %的(de)粉煤灰與未摻加粉煤灰的(de)混凝土(tǔ)相(xiàng)比, 摻加粉煤灰的(de)再生混凝土(tǔ)的(de)滲透深度、吸水(shuǐ)率和(hé)重量損失率分(fēn)别降低了約10 %、30 %和(hé)40 %[4] 。在水(shuǐ)工(gōng)混凝土(tǔ)中摻粉煤灰已被廣泛使用(yòng), 其應用(yòng)技術(shù)較爲成熟。添加引氣劑對于改善再生混凝土(tǔ)的(de)抗凍性能(néng)也(yě)有(yǒu)明(míng)顯的(de)效果。5 結語
總體而言, 再生混凝土(tǔ)的(de)綜合性能(néng)低于普通混凝土(tǔ)。然而, 隻要采取合理(lǐ)的(de)措施, 完全可(kě)以滿足一般水(shuǐ)利工(gōng)程等級對混凝土(tǔ)性能(néng)的(de)要求, 從而體現較好的(de)社會(huì)和(hé)經濟效益。爲加快再生混凝土(tǔ)在較高(gāo)等級工(gōng)程中的(de)推廣利用(yòng), 尚需做進一步的(de)研究工(gōng)作。
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作者簡介: 徐蔚(1972 - ) , 女(nǚ), 副教授, 工(gōng)學碩士, 主要從事土(tǔ)木工(gōng)程材料與結構研究。
