再生混凝土强度的影响因素分析

再生混凝土强度的影响因素分析

□□ 韩宇瀚(太原太工天昊土木工程检测有限公司，山西 太原030024)

摘要：建筑垃圾既占用大量的土地，同时还对生态环境造成了严重污染。再生混凝土可以将废弃的建筑垃圾变废为宝，实现资源的循环利用，同时解决了因限制天然砂石开采导致的骨料短缺的问题。阐述了再生混凝土骨料的化学强化和物理强化方法，对影响再生混凝土性能的各种因素进行了论述。

关键词：建筑垃圾；再生混凝土；原材料

文章编号：1009-9441(2015)01-0011-03

中图分类号：X 799.1

文献标识码：A

Abstract：Construction waste not only takes up a lot of land，it also causes serious pollution to the ecological environment.Recycled concrete can change abandoned construction waste into resources and recycle resources，at the same time solves the problem of gravel aggregate shortage due to the restrictions of natural sand mining.The present paper elaborates the recycled concrete aggregate chemical reinforcement and physical reinforcement method，and discusses various factors influencing the performances of recycled concrete.

作者简介：韩宇瀚(1989-)，男，山西文水人，2010年7月毕业于山西农业大学机电一体化技术专业，现从事建筑材料检验与试验工作。

收稿日期：2014-12-14

引言

我国建筑行业的兴起带动了经济的发展，同时对原材料的需求量也越来越多，每年仅拆迁产生的废弃建筑垃圾也在不断上升。所以，再生混凝土的应用既可以解决建筑垃圾的堆放问题，同时还可以缓解天然骨料的需求量，实现经济效益与社会效益并重。

再生混凝土是将废弃混凝土进行二次利用，作为骨料掺入到新拌混凝土中形成的制品。国内外已有大量关于再生混凝土研究的报道，其中荷兰是开展再生混凝土研究最早的国家，20世纪80年代已就再生混凝土制备素混凝土、钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土的研究制定了相关的规范[1]。我国对再生混凝土的研究晚于国外，但对这个课题的研究也取得了很多的成果。如同济大学的肖建庄对再生混凝土的各项性能进行了试验研究，认为再生混凝土在一定掺量下可以满足建筑结构的受力，完全可以用于实际施工中。

影响再生混凝土强度的因素除了与普通混凝土强度的影响因素一样外，还包括再生骨料的物理性质(原生混凝土的性质)和再生骨料的替代率。

1再生骨料的强化

1.1　化学强化

化学强化是将再生骨料与某些化学试剂进行反应，以消耗那些对强度没有影响的物质，然后生成有利于提高强度的化学成分。所用化学试剂一般包括聚合物、纯水泥浆、有机硅防水剂以及水泥外掺Kim粉等。毋雪梅等[2]通过浸渍法强化再生骨料进行了再生混凝土的研究，在试验中采用了无机复合碱性激活剂和有机复合酸脂，将再生骨料在这些试剂中进行浸渍处理，改善了再生骨料的特性，试验结果见表1。由表1可见，经过化学试剂处理的再生骨料吸水率降低，而且无机浸渍的效果明显优于有机浸渍的结果，压碎指标和表观密度与吸水率有相同的影响结果。

表1　再生骨料特性比较 1)

1.2　物理强化

物理强化采用机械设备对建筑垃圾进行破碎处理，主要是通过物理的方法对废弃混凝土的表面进行简单的处理，除去表面的水泥砂浆以及部分颗粒的棱角。目前，物理强化的方法主要有卧式回转研磨法、立式偏心装置研磨法、磨内研磨法以及加热研磨法这4种[3]。一般在工程上采用自研磨(再生骨料通过回转的滚筒，依靠自重摩擦)、球磨以及机研磨，这几种研磨方法的对比[4]见表2。结果显示，再生骨料的压碎指标在物理强化作用下基本上降低了50%，其中经球磨后的压碎指标下降最多。

2再生混凝土强度的影响因素

2.1　原生混凝土对再生混凝土强度的影响

Topcu I B等[5]在使用原生混凝土强度为14 MPa的混凝土制备强度为16 MPa和20 MPa的再生混凝土时，发现圆柱体和立方体抗压强度均有所下降，前者下降了33%，后者下降了23.5%。Ajdukiewicz A等[6]对高强再生混凝土进行了研究，发现其应力-应变曲线与普通混凝土相似，因此认为原生混凝土的强度等级对于再生混凝土强度等级的影响并不是很大。而且Katz A[7]的研究表明：再生混凝土水泥基体强度大于原生混凝土的水泥基体强度时，这时原生混凝土的强度等级会对再生混凝土的强度等级产生比较显著的影响。

表2　3种不同研磨方法对再生骨料性能的影响

2.2　水灰比对再生混凝土强度的影响

在普通混凝土的制备过程中要严格控制水灰比，因为水灰比是影响混凝土强度的一个显著因素。同样，在再生混凝土的制备过程中，也要注意水灰比的控制。许岳周等[8]的研究表明，当水灰比提高0.1，再生混凝土的抗压强度呈现明显的下降趋势，降低率为20%左右。水灰比比较低时，再生混凝土表现出与普通混凝土不同的性能。当水灰比为0.45以下时，再生混凝土相比于普通混凝土，强度可以下降30%；水灰比在0.35~0.45之间时，再生混凝土强度与普通混凝土强度之间的差异随着水灰比的增加而逐渐减少；当水灰比>0.45时，再生混凝土的强度可以达到相同配比下普通混凝土的强度。

混凝土中由于掺加高效减水剂导致水灰比的变化对再生混凝土的抗压强度呈现不同的影响趋势。在不掺高效减水剂的情况下，水灰比<0.57时，再生混凝土的抗压强度随着水灰比的增大而提高，在这个范围内特定的水灰比下，甚至出现了再生混凝土的抗压强度明显高于同配合比下普通混凝土抗压强度的情况，其原因可能是流动性起了决定性的作用，而水灰比的影响次之。还可能是再生骨料在拌和过程中将拌和水吸收，导致整体混凝土配合比中的水灰比下降，强度增大。若是试验配比中掺加高效减水剂，水灰比为0.60时配制的再生混凝土的抗压强度会低于原生混凝土的抗压强度，而且随着再生骨料替代天然石子的数量的增加，强度减少值逐渐增加。随着水灰比的下降，再生混凝土的抗压强度开始增加，当水灰比为0.26或者是0.40时，再生混凝土的抗压强度比普通混凝土的抗压强度高。在高效减水剂存在下，再生混凝土的抗压强度随着水灰比的增加而降低。

在劈裂强度方面，随着水灰比的增加，再生混凝土与基准混凝土之间的差异逐渐减少，在高水灰比的情况下，两者的抗拉强度基本持平。

2.3　再生骨料替代率对再生混凝土性能的影响

随着再生骨料掺入量的逐渐增大，会使得混凝土的各种性能有不同程度的下降。在相同坍落度的情况下，再生骨料的增加使得混凝土的抗压强度、抗折强度以及弹性模量与普通混凝土相比下降的幅度逐渐增加。Limbachiya M C等[9]的理论研究认为，再生骨料的最佳替代率为30%时，得到的再生混凝土的抗压强度与基准混凝土有相同的强度等级，而随着替代率的增加混凝土强度逐渐降低。

再生混凝土的干缩随着再生骨料的增加而增加，主要是由于残留在再生骨料上的水泥砂浆增加了再生混凝土的水泥浆的数目[10]。

2.4　矿物掺合料对再生混凝土性能的影响

掺加矿物掺合料可以提高混凝土的各种性能。在再生混凝土中添加粉煤灰会对强度和弹性模量产生一定的影响，Anink D等[11]的研究表明，粉煤灰的掺入会使再生混凝土的早期强度有所下降，但是对其后期强度的提高有显著的影响，同时可以有效地减小应力应变比。

掺入硅粉同样可以影响再生混凝土的性能，但不是直接影响强度的变化。再生混凝土承受持续荷载115 d后，其强度下降9.03%，但是掺硅粉后，抗压强度仅仅下降0.85%。因此，在再生混凝土中掺入一定量的硅粉对混凝土的性能是有利的。

若是将硅粉和粉煤灰两种物质同时掺入到再生混凝土中，可以解决粉煤灰单掺时再生混凝土早期强度低的问题。Topcu I B等[5]的试验证明，两者最佳的掺量组合为：粉煤灰∶硅粉=1∶2。

3结语

再生混凝土可以解决建筑废弃物处置的问题，同时缓解建筑业天然骨料紧张的局面，还有利于改善生态环境。这里有以下两个方面的课题：

一种是简单地将废旧混凝土粉碎，当做骨料来使用，这需要解决粉碎工艺和设备问题，以及粉碎后骨料的质量评价问题。

另一方面，将废旧混凝土进行深加工，制备辅助胶凝材料。如超细粉料，利用未水化颗粒的活性，还有微观的填充效应，改善混凝土的胶凝组分，改善混凝土的力学性能。这些都需要对再生混凝土的配制进行一系列的试验，得出再生混凝土的最佳配合比。其中对各种可能影响再生混凝土性能的因素应加以考虑，包括原生混凝土的性能、水灰比、再生骨料的替代率以及掺合料和外加剂等，以满足再生混凝土的基本性能。

参考文献：

[1] 吴贤国，郭劲松，李惠强，等.建筑废料的再生利用研究[J].建材技术与应用，2004(1)：21-23.

[2] 毋雪梅，高耀宾，杨久俊.浸渍法强化再生骨料配制再生混凝土的试验[J].河南建材，2009(1)：56-57.

[3] 李秋义，王志伟，李云霞.加热研磨法制备高品质再生骨料的研究[A].智能与绿色建筑文集[C].北京：中国建筑工业出版社，2005：883-889.

[4] 玉井孝幸， 全洪珠， 嵩英雄，ほか.再生骨材の製造方法と再生粗骨材の品質[A].第 47 回日本学術会議材料連合講演会講演論文集[C].2003：267-268.

[5] Topcu I B，Sengel S.Properties of concretes produced with waste concrete aggregate[J].Cement and Concrete Research，2004，34(8)：1307-1312.

[6] Ajdukiewicz A，Kliszczewicz A.Influence of recycled aggregates on mechanical properties of HS/HPC[J].Cement and Concrete Composites，2002，24(2)：269-279.

[7] Katz A.Properties of concrete made with recycled aggregate from partially hydrated old concrete[J].Cement and Concrete Research，2003，33(5)：703-711.

[8] 许岳周，石建光.再生骨料及再生骨料混凝土的性能分析与评价[J].混凝土，2006(7)：41-46.

[9] Limbachiya M C，Leelawat T，Dhir R K.Use of recycled concrete aggregate in high-strength concrete[J].Materials and Structures，2000，33(9)：574-580.

[10] Kou S C，Poon C S，Chan D.Influence of fly ash as cement replacement on the properties of recycled aggregate concrete[J].Journal of Materials in Civil Engineering，2007，19(9)：709-717.

[11] Anink D，Boonstra C，Mak J.Handbook of sustainable building：an environmental preference method for selection of materials for use in construction and refurbishment[M].Earthscan，1996.

The Influence Factors of Recycled Concrete Strength Analysis

HAN Yu-han

(Taiyuan Tech-Skyhawk Civil Engineering Inspection Co.，Ltd，Taiyuan，Shanxi，030024，China)

Key words：construction waste；recycled concrete；raw materials

(编辑芋艳梅)