再生混凝土的性能及其改性研究

廖一

摘要：本文主要针对再生混凝土的定义、再生混凝土的应用开发以及再生混凝土的基本性能进行简要分析，仅供参考。

关键词：再生混凝土；耐久性；力学性

中图分类号： TV331 文献标识码： A

一、再生混凝土概述

将废弃混凝土经过清洗、破碎、分级和按一定比例相互配合后得到的“再生骨料”作为部分或全部骨料配制的混凝土即为再生混凝土。再生混凝土按骨料的组合形式可分为：粗细骨料全部采用再生骨料；粗骨料采用再生骨料，细骨料采用天然砂；粗骨料采用天然的碎石或卵石，细骨料为再生骨料；再生骨料替代部分粗骨料或部分细骨料，或者再生骨料同时替代部分粗骨料和细骨料。跟据有关研究成果已表明应工程结构上采用再生骨料是可行的，但对其经济性尚存疑虑。当利用废弃混凝土作再生骨料时研究现状，石灰石资源可节省62%；而当废弃混凝土用作制造水泥的原料时，除可节省62%石灰石资源外，还可节约制造水泥的优质石灰石60%、黏土40%和铁粉35%，同时可减少20%的废气排放量；在欧洲共同体、美国、日本这些发国家，其每年混凝土废料超过3.6亿t，对混凝土废料再加工得到的再生骨料所需能耗只是开采天然碎石的1/10，并且成本可降低25%。再生骨料混凝土的应用解决了用量最大的混凝土人造材料对自然资源的占用及对环境造成的负面影响，从而保证了人类社会的可持续发展，因此，它是一种可持续发展的绿色混凝土。

二、再生混凝土研究现状以及应用

1、国外研究现状

国外对于再生混凝土的研究比较早，大约起步于第二次世界大战结束之后。连年的战争使大量建筑物成为废墟，许多国家尤其是欧洲国家面临重建家园和如何处理建筑废弃物的双重任务。20世纪50年代前苏联和德国为了处理大量废弃混凝土，同时为城市重建提供新的原材料，相继开展了再生混凝土技术的研究工作。1991年日本政府先后制定了JISTRA006《再生集料和再生混凝土使用规范》和《资源重新利用促进法》，并要求施工过程中产生的渣土，混凝土块等建筑垃圾，必须送往“再生资源化设施”进行处理。美国政府也制定了《超基金法》，规定“任何生产有工业废弃物的企业，必须自行妥善处理，不得擅自随意倾倒。”这个规定为再生混凝土的发展提供了法律保障。

2、国内研究现状

我国对再生混凝土的研究工作目前还停留在实验室研究阶段。在政府的支持下，科研部门取得了一些成果。同济大学对再生混凝土技术进行了大量的研究工作，包括再生混凝土的强度和工作性能，废弃混凝土破碎及再生工艺研究，再生混凝土耐久性研究，再生混凝土梁柱试验研究，再生混凝土框架节点试验研究，抗震性能的研究等，并于2007年编写了地方标准DG/TJ08-2018—2007《再生混凝土应用技术规程》。另外，中科院、东南大学等科研单位对再生混凝土开展了大量的研究工作，并开发了相关的再生混凝土技术。

3、发展和国内通用的应用

在我国，由于再生混凝土的经济，环保特点，越来越多的人更加关注对再生混凝土的开发和应用。我们的许多科研机构和大学进行了再生骨料和再生混凝土的初步研究，主要在以下几个方面:再生骨料和再生骨料的基本性能，改性增强效应，技术，再生骨料混凝土的性能和耐久性的再生混凝土配合比设计的再生混凝土性能再生骨料掺量。

三、再生混凝土的基本性能

1、再生骨料的堆积密度和表观密度

同天然砂石骨料相比， 再生骨料表面包裹着相当数量的水泥砂浆，由于水泥砂浆的孔隙率大，棱角众多，所以再生骨料的表观密度和堆积密度比天然骨料低，再生骨料的表观密度和堆积密度分别为天然骨料的 88%-97%和87%-99%，分别在 2.31kg/m3-2.62kg/m3和 1.29kg/m3-1.47kg/m3之间。再生骨料表观密度、堆积密度，还与再生骨料母体混凝土的强度等级、配比、使用时间、使用环境及地域等因素有关。再生骨料的密度随着母体混凝土强度的降低而降低，降低幅度达到 7%，当再生骨料的压碎指标变大，骨料强度降低时，料表观密度和堆积密度也随之变小。

2、再生混凝土力学性能

对再生混凝土基本力学性能的研究，主要集中在不同再生骨料取代率的再生混凝土的抗压强度，劈裂抗拉强度以及抗折强度等几方面。其研究结果可以归纳为以下三种情况：第一种结果是再生混凝土的强度随着再生骨料取代率的增大而降低，降低幅度为0～30%；第二种结果是再生混凝土的强度随再生骨料取代率的增大而增加，但增加幅度没有明显的规律；第三种试验结果是再生混凝土的强度随再生骨料取代率的增大而增加，但当再生骨料取代率增大到一定百分比之后，再生混凝土的强度不再增加，相反，再继续增大再生粗骨料取代率，再生混凝土强度反而会降低，并且增加和降低的幅度也没有明显的规律。

3、再生混凝土耐久性

3.1再生混凝土抗渗性

我们以坍塌度210mm，水灰比在0.5到0.7范围内的再生混凝土为材料，同时试验分析其渗透性，试验结果表明，普通混凝土的渗透性为再生混凝土的0.2到0.5倍，试验结果也比较离散。当普通混凝土和再生混凝土水灰比相同时，水灰比和再生混凝土的渗透性呈现正比关系。当水灰比较小时，再生混凝土的渗透性能够达到普通混凝土的3倍，但是水灰比较大的时候，再生混凝土渗透性和普通混凝土基本没有差别。当普通混凝土和再生混凝土水泥用量和水灰比相同，都为360千克/立方米和0.4的时候，再生混凝土的吸水率和渗透深度分别是5.9%和25mm，而普通混凝土为4.1%和18mm，普通混凝土的参数比再生混凝土参数低44%和38%，由此可见，普通混凝土的抗渗性能要优于再生混凝土，主要原因是再生混凝土中含有再生骨料，有较高的孔隙率，所以吸水率也比较大。

3.2抗冻融性

在寒冷的季节或者地区，混凝土可能受到冻融作用从而导致混凝土劣化，部分情况下，除冰盐可能和冻融循环共同作用，造成更加严重的混凝土劣化问题。我们一般用抗冻融性来评价混凝土是否有足够的抗冰晶压力能力和抗水侵入能力，我们可以测量混凝土的重量损失率和动弹性模量变化来反映混凝土的抗冻融性。试验表明，再生混凝土的抗冻融性可能优于普通混凝土，但是由于不同再生混凝土的再生骨料存在性能差异，进而导致再生混凝土的重量损失率和动弹性模量低于普通混凝土，在某些情况下，再生混凝土的抗冻融性也可能不及普通混凝土，这是由于再生骨料性能不同的影响。

3.3抗硫酸盐侵蚀性

氢氧化钙等水化产物和硫酸盐反应会生成膨胀性盐，造成混凝土表面出现裂缝，而更多的硫酸盐会通过裂缝进入混凝土中，进一步破坏混凝土结构，对混凝土性能和使用寿命有不利影响。关于再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀性的研究不多，其中一个试验是使用棱柱体的实验混凝土块，规格为100mmX100mmX400mm，使用浓度均为20%的硫酸镁和硫酸钠溶液，循环60次以测定再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀性，结果表明，再生混凝土略微弱于普通混凝土，当水灰比相同时，普通混凝土的抗硫酸盐侵蚀性同样要强于再生混凝土。使用再生骨料取代率分别为0%,10%,20%,30%,50%,100%的再生混凝土进行试验，结果表明，再生骨料取代率越高，再生棍凝土的抗硫酸盐侵蚀性越差，但是变化程度不明显，当取代率在30%以下时，普通混凝土和再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀性基本无差别。

3.4耐磨性

再生混凝土的硬度、强度是决定其耐磨性的因素，我们以再生骨料取代率不同而水灰比相同的混凝土作为试验材料，研究其耐磨性，当再生骨料取代率在50%以下时，普通混凝土的耐磨性和可再生混凝土基本没有差别，而当再生骨料取代率在50%以上时，再生骨料的取代率增加，混凝土磨损深度也会增加，在再生骨料取代率为100%的情况下，再生混凝土的磨损深度比普通混凝土高出将近35%。

3.5碳化

由于混凝土会不断受到空气中二氧化碳的影响，二氧化碳和水反应生成碳酸造成混凝土的pH值降低，这就是混凝土的碳化现象，如果pH值小于10,钢筋的保护膜会被破坏，钢筋被锈蚀造成体积增大，进而造成混凝土体积发生变化，产生裂缝，混凝土可能会和钢筋脱离，严重影响混凝土的耐久性。

我们在相对湿度为50%,温度为20摄氏度、二氧化碳浓度为20%的环境下进行实验，用以碳化的混凝土加工作为再生骨料，实验表明，在上述实验条件下，再生混凝土的碳化速度远高于普通混凝土，约为65%左右，由于再生混凝土有较大的孔隙率，抗渗性不佳，所以再生混凝土的抗碳化能力普遍弱于普通混凝土。

六、再生混凝土力学性能试验

对再生混凝土，再生骨料的性能是影响混凝土的再生性能最重要的因素。这是因为骨料的再生骨料的特殊性质，不同的再生机械加工性，和天然骨料混凝土的性能。再生集料棱角性较为明显，粗糙的表面。孔隙较多，其吸水率、压碎指标优于天然石材，根据以往的研究，使用再生混凝土骨料制备类似。工作性能和强度不理想，难以满足工程应用的实际要求。

1、正交试验设计和测试组合

使用正交试验法能有效的减少试验的数量。该试验方法针对再生混凝土某一参数改变引起的性能变化间。它只做一些测试的代表，以使在复杂的测试结果下进行科学分析。

2、正交试验层次分析法

层次分析法是美国学者提出在第二十世纪70次，以一定的规模，对人的主观判断的客观和定量。定性分析是一个简单的使用多标准评价方法。目前，层次分析法已广泛应用于资源分配，冲突分析，方案评价，规划。采用正交试验分析的方法和层次分析法应用于混凝土试验数据处理，是一种新的尝试。

结束语

近年来，中国经济快速发展迅速，它每年都会产生大量的建筑垃圾。这些建筑垃圾由于缺少合适的填埋场地或处理方法，将引发严重的环境问题。同时，运输、处理、填埋建筑垃圾也将产生严重的经济消耗，占据宝贵的土地资源，破坏生态平衡，这与全球可持续发展的主题是格格不入的。因此，进一步推进再生混凝土的研究和应用对未来工程和经济的发展都具有重要的意义。

参考文献

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