| 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 03024）
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| 2015/1/16 10:52:20 |
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 03024）
摘要：随着经济社会的发展，中国的建筑行业正高速发展中，建筑行业的兴起带动原材料的大量使用，其中使用量最大的是混凝土，而且每年有大量的建筑被拆除，产生了大量的建筑垃圾，建筑垃圾一方面占据着大量的耕地面积，同时对生态环境造成了大量的污染。再生混凝土将废弃建筑垃圾变废为宝，实现资源的循环利用，解决了关于国家限制天然砂石开采导致的骨料匮乏。文章从再生混凝土入手，探究影响再生混凝土性能的各种因素，并进行详细论述。
关键词：建筑；原材料；混凝土；再生混凝土
0引言
建筑行业的兴起带动了中国经济的发展，同时对于原材料的需求量也越来越多，每年光拆迁产生的废弃建筑垃圾也在不断的上升，再生混凝土的应用既可以解决建筑垃圾的问题，同时可以缓解天然骨料的需求量，达到经济与社会效益并重。
再生混凝土即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。国内外有大量关于再生混凝土的研究，其中荷兰是对再生混凝土研究最早的国家，20世纪80年代关于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[[i]]。中国关于再生混凝土的研究晚于国外，但是到目前为止，这个课题的研究也取得了很多的成果。顾佳勋研究再生混凝土砌块技术已经获得了国家的专利，而且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，得到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。
再生混凝土强度不同的影响因素除了跟影响普通混凝土强度的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
化学强化即再生骨料和某些化学试剂进行反应，用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。一般化学试剂包括聚合物、纯水泥浆、有机硅防水剂以及水泥外掺Kim粉等。毋雪梅[[ii]]就通过浸渍法强化再生骨料进行再生混凝土的研究，在文献中采用了无机复合碱性激活剂和有机复合酸脂，然后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，见表1-1.表中的结果表示经化学试剂处理过的再生骨料的吸水率降低了，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同样与吸水率有相同的影响结果。
表1-1 再生骨料特性比较
|
再生骨料的性能 |
未经浸渍的再生骨料 |
无机浸渍液处理过的再生骨料 |
有机浸渍液处理过的再生骨料 |
|||||||
|
H |
Z |
HZ |
H |
Z |
HZ |
H |
Z |
HZ |
||
|
吸水率
|
10min |
3.8 |
5.36 |
4.70 |
2.60 |
4.8 |
3.88 |
3.5 |
4.9 |
4.10 |
| 1h |
6.25 |
17.10 |
11.98 |
5.42 |
14.97 |
9.28 |
5.73 |
15.21 |
10.10 |
|
|
压碎指标（%） |
24.1 |
27.6 |
25.2 |
18.9 |
20.14 |
19.32 |
22.5 |
19.96 |
21.23 |
|
|
表观密度（kg/m3） |
2269 |
1869 |
2069 |
2290 |
1916 |
2103 |
2289 |
1870 |
2100 |
|
表中的H、Z、HZ分别表示混凝土块再生骨料、砖块再生骨料、混凝土块再生骨料与砖块再生骨料各占50%
1.2物理强化
物理强化使用机械设备对拆除的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。目前为止，关于物理强化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四种[[iii]]。一般工程上采用自研磨（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[[iv]]如表1-2.结果显示再生骨料的压碎指标在物理强化作用下基本上都降低了50%，其中经球磨后的压碎指标下降的最厉害。
表1-2 三种不同研磨对再生骨料性能的影响
Table 1-2 Three different grinding effect on the properties of recycled aggregates
|
骨料 |
粒径（mm） |
堆积密度（kg/m3） |
重量吸水率（%） |
不通过状态下的压碎指标值 |
|
|
干燥 |
保水 |
||||
|
未处理 |
5-10 |
1170 |
7.0 |
22.5 |
29.2 |
|
自研磨 |
5-10 |
1310 |
4.3 |
13.3 |
16.8 |
|
10-20 |
- |
- |
20.1 |
20.9 |
|
|
球磨 |
5-10 |
1350 |
3.8 |
11.2 |
13.4 |
|
机研磨 |
10-20 |
- |
- |
12.7 |
11.8 |
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
外国学者[[v]]曾使用过原生混凝土强度为14MPa的混凝土制备混凝土强度为16MPa和20MPa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%，同时外国[[vi]]学者对高强再生混凝土进行研究，发现其应力-应变曲线相似于普通混凝土，因此可以得出结论，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，而且相关文献表明[[vii]]：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效果。
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，因为水灰比是混凝土强度等级的一个显著影响因素，因此在再生混凝土的制备过程中，同样要注意水灰比的控制，相关文献[[viii]]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，再生混凝土的性能与普通混凝土呈现出不同的性能。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%；水灰比的比值在0.35-0.45之间时，再生混凝土的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；当水灰比大于0.45时，再生混凝土的强度等级可以达到同配比下普通混凝土的强度。
高效减水剂是否在混凝土的配合比中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，水灰比小于0.57时，再生混凝土的抗压强度随着水灰比的增大而增大，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的普通混凝土的抗压强度，究其缘由可能是流动性起了决定性的作用，而水灰比的影响次之。还有可能就是再生骨料在拌和过程中将拌合水吸收，导致整体混凝土配合比中的水灰比下降，强度增大。若是试验配比中掺合高效减水剂，水灰比为0.60时配置的再生混凝土抗压强度会低于原生混凝土抗压强度，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，而且当水灰比为0.26或者是0.40时再生混凝土的抗压强度比普通混凝土抗压强度大。高效减水剂的存在下，再生混凝土的抗压强度随着水灰比的增加而减小。
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
再生骨料的掺入量逐渐增大会使得混凝土的各种性能有不同程度的下降。同塌落度的情况下，再生骨料的增加使得混凝土抗压强度、抗折强度以及弹性模量同普通混凝土相比下降的幅度逐渐增加。M.c.Limbachi[[ix]]的研究理论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跟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下降。
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[[x]]。
2.4 矿物掺合料对再生混凝土性能的影响
矿物掺合料的添加可以提高混凝土的各种性能，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，文献[[xi]]表明粉煤灰的掺入对再生混凝土的早期强度有所下降，但是对其后期强度提高有显著的影响，同时可以有效的减小应力应变比。
硅粉的掺入同样可以影响再生混凝土的性能，但是不是直接影响强度的变化，再生混凝土承受持续荷载115天后，再生混凝土的强度会下降9.03%，但是掺硅粉后，抗压强度仅仅下载了0.85%,因此在再生混凝土的配合比中掺入一定量的硅粉对混凝土性能是有利的。
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对再生混凝土早期强度的问题，经实验证明[[xii]]，两者最佳的掺量组合是1：2（粉煤灰：硅粉）。
3.结论
再生混凝土可以解决建筑废弃物的问题，缓解建筑行业骨料限制开采的局限，同时可以改善生态环境，这里存在两大方面的课题：
一种是简单的将废旧混凝土粉碎，当做骨料来使用，这里需要我们解决粉碎的工艺和设备问题，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，改善混凝土的力学和长期力学性能。这都需要对生混凝土的配置需要进行一系列的试验得出再生混凝土的最有配合比，其中各种可以影响再生混凝土性能的因素应加以考虑，其中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的加入，这些因素要合理的配置才可以满足混凝土的基本性能。
[[v]] IkerBekir To Peu, Selimengel. Pro Perties of Coneretes Produeed with Waste Conerete Aggregate[J], CementandConereteResearch,2004,34(8):1307-131
[[vi]] Ajdukiewicz A, Kliszczewicz A. Influence of recycled aggregates on mechanical properties of HS/HPC[J]. Cement and concrete composites, 2002, 24(2): 269-279.
[[vii]] Katz A. Properties of concrete made with recycled aggregate from partially hydrated old concrete[J]. Cement and concrete Research, 2003, 33(5): 703-711.
[[ix]] 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.
[[x]] 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.
