再生粗骨料强化方式研究进展

2019-03-26

福建质量管理 2019年7期

(1.青岛理工大学土木工程学院山东青岛 266033；2.山东省临沂市沂水县晓霞幼儿园山东临沂 276400)

一、引言

近年来，由于城市化进程加快，带动了建筑业的蓬勃发展，因此建筑材料的需求量上涨，建筑垃圾的产量也与日俱增，有关文献指出，建造10000m2构筑物就大约产生500～600吨的建材垃圾，拆除1m2建筑物也会产生0.5～1m3的建筑垃圾，另外，地震等自然灾害引发的建筑物损坏和倒塌，形成大量的建筑废弃物，比如，发生在1995年的日本阪神地震，产生了约1700万吨的废弃混凝土；1999年，921大地震废弃混凝土总量达1000万m3；2008年汶川大地震，造成多达650万间房屋倒塌，建筑垃圾总量超过5亿吨；2010年玉树地震造成的建筑垃圾也超过了400万吨。目前建筑垃圾最常用的处理方式就是堆放和就地掩埋[1]，众多的建筑垃圾得不到有效利用不但占用土地资源、污染环境，而且有悖我国可持续发展战略，因此将建筑垃圾循环利用于实际工程是大势所趋。

二、再生骨料

再生骨料是由废弃的混凝土、砌块等建筑垃圾通过分拣、机械破碎和筛分等工艺处理，得到的粒径不大于40mm，并且能够满足建筑工程使用的骨料颗粒，根据其颗粒粒径的大小可以分为再生细骨料(和再生粗骨料，一般认为粒径大于4.75mm的颗粒为再生粗骨料。

因再生粗骨料本身附着有旧砂浆层，颗粒棱角多，表面粗糙，导致再生粗骨料表观密度、堆积密度小，孔隙率、吸水率大，压碎指标高等缺点，诸多不利因素限制了再生骨料的发展和应用，所以最初再生粗骨料只能用于配置低强度等级的再生混凝土，仅在路面工程、基础或非承重构件中得到少量使用。

三、再生粗骨料强化方式

将废弃混凝土块体破碎后制成再生骨料将是解决建筑垃圾问题的一条有效途径。但是再生骨料孔隙多、棱角多、压碎指标高[2]，导致再生混凝土性能下降，所以采取一系列强化措施刻不容缓。为了提高再生粗骨料的利用率，推广再生混凝土的应用领域，国内外学者针对再生粗骨料开展了不同的研究课题，同时根据再生粗骨料的自身特点提出了许多强化方法。目前为止，按照强化的方法和手段可分为物理强化、化学强化、微生物强化。

(一)物理强化

物理强化是依靠机械设备，对破碎的再生粗骨料进行打磨处理，使骨料与骨料之间或骨料与机械设备之间相互碰撞、摩擦，去除再生粗骨料表面附着的砂浆层和过多的棱角，使再生骨料的外观更接近天然骨料。如由日本三菱公司研发的加热研磨法，首先把简单破碎并且粒径小于40mm的再生粗骨料加热到300℃以上，使附着在再生粗骨料表面的水泥砂浆脱水和脆化，再将高温处理过的再生粗骨料放入研磨设备中，有效的去除骨料表面的旧砂浆。还有日本竹中公务店提出的立式偏心装置研磨法和日本太平洋水泥株式会社研发的卧式机械强制研磨法，都是使再生粗骨料在高速旋转偏心轮和耐磨衬板的研磨作用下把砂浆层打磨掉，进而使再生粗骨料得到强化。借鉴国外经验，青岛理工大学李秋义[3]提出的颗粒整形技术是利用高速旋转的撒料盘带动骨料高速运动，产生离心作用，通过骨料与机械或骨料与骨料之间的相互碰撞、摩擦，使骨料表面的砂浆层自动剥离，消除了多余的棱角，得到粒形较好，吸水率和压碎指标都较低的再生粗骨料，是国内现阶段行之有效的物理强化法。

(二)化学强化

化学强化是利用化学溶液对再生粗骨料进行喷淋、浸泡、干燥等过程，使化学溶液中的某种物质与再生粗骨料的某种物质发生化学反应，对再生粗骨料的孔隙、微裂纹进行填充和修复，降低骨料的孔隙率，提高骨料强度。朱亚光等通过硅烷浸泡再生粗骨料的试验发现，浸泡后粗骨料的外表面出现一层憎水膜，使再生粗骨料的吸水率明显降低。程海丽、王彩彦配制了5%、10%、20%、30%、40%五种浓度的水玻璃溶液，每一种浓度溶液对再生粗骨料浸泡时间分别为1h、5h、24h，通过试验结果的对比分析得出：在5%浓度情况下对再生粗骨料浸泡1h可使再生粗骨料得到最佳改善，再生混凝土的7d、28d、60d抗压强度分别提高66%、21%、19%。

(三)微生物强化

微生物强化法也称微生物矿化沉积技术，是依靠自然界某些矿化微生物自身的碳酸钙诱导沉积功能，对有渗透性的有孔介质进行填塞或黏合，具有细化材料孔径，修复混凝土材料微裂缝的作用。Bang等学者全面探讨了巴氏芽孢杆菌对碳酸钙的诱导沉积作用，开创了利用微生物沉积技术修复混凝土自身裂缝的先河。张晓彤利用假坚强芽孢杆菌(DSM8715)菌液对再生粗骨料进行了浸泡，经该菌种矿化沉积处理后，再生粗骨料的压碎指标降低了15%，5～10mm、10～20mm再生粗骨料的吸水率分别降低了13.3%和10.3%。本课题组吴春然[5]等人利用两种不同菌种浸泡再生骨料测试其孔结构参数，试验发现，微生物技术对再生骨料孔结构的改善有显著效果。