南 洋 伍 凱* 陳 峰 王益遜

(河海大學土木與交通學院，江蘇 南京 210098)

再生混凝土的性能及其在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)中的應用

南 洋 伍 凱* 陳 峰 王益遜

(河海大學土木與交通學院，江蘇 南京 210098)

為促進再生混凝土的推廣應用，對再生混凝土的材料性能、工作性能、力學性能進行了分析，并對其在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)中的應用進行了論述，指出再生混凝土與鋼管、型鋼形成組合結(jié)構(gòu)后可有效改善再生混凝土的力學性能與耐久性能，達到循環(huán)利用建筑垃圾，減小環(huán)境破壞的效果，是現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。

再生混凝土，材料，性能，力學，應用

我國是一個資源極其短缺的發(fā)展中國家，經(jīng)濟發(fā)展越加受到資源不足的約束。從早期砌體結(jié)構(gòu)再到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，都消耗著河沙、石子、水泥這些自然資源，目前，我國的建筑工程、水利工程、市政工程、橋梁工程等仍以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主，建筑垃圾的總量已占到城市垃圾的30%～40%，其中50%～60%為廢棄粘土磚和混凝土[1]。目前對建筑垃圾的處理方式主要是埋填或堆放處理，這將會給環(huán)境和土地資源帶來巨大壓力。為解決上述問題，一種有效的方法是對廢棄粘土磚、混凝土加工再利用，形成再生混凝土。

再生混凝土[2]是將廢棄粘土磚、廢棄混凝土等破碎、表面處理并篩分后作為粗骨料或者細骨料，按一定比例代替砂石等天然骨料配制而形成新的混凝土。此方法對于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，構(gòu)建節(jié)約型社會具有重要意義，是我國實現(xiàn)綠色建筑與可持續(xù)發(fā)展社會的必然要求[3]。

1 再生混凝土的材料性能

再生混凝土中的骨料來源廣泛多樣，隨機性明顯。由于再生骨料是由廢棄的建筑垃圾得來，而建筑垃圾由于拆除地、建筑類型、使用功能、環(huán)境因素、拆除方法等差異大，因此廢棄混凝土、粘土磚回收時強度等級、碳化水平、破損狀態(tài)不一，制成的骨料性能不穩(wěn)定，離散性較大。

廢棄混凝土、粘土磚尤其是使用期長、高碳化的混凝土及原使用階段所受高應力狀態(tài)的粘土磚，經(jīng)過破碎加工時，廢棄混凝土表面會產(chǎn)生一種灰白色粉狀物，粘土磚表面有大量的裂痕損傷和肉紅色粉末，導致表面毛糙，粘結(jié)力減弱。研究表明[4,5],與天然骨料相比,再生骨料(尤其是廢棄粘土磚)由于燒制過程及破碎時的工藝原因，造成其孔隙率高,密度小,吸水性強和骨料強度低等特點。

為改善再生骨料的材料性能，提高其與水泥基的粘結(jié)力并發(fā)揮再生混凝土的優(yōu)良特性，常用的方法是先與鐵砂混合并高速振動，磨掉表面的硬化砂漿顆粒及雜質(zhì)，篩分后，再用鹽酸對再生骨料進行表面沖刷處理，沖洗掉表面能減弱與水泥基粘結(jié)力的粉狀物，不僅能改善再生骨料與水泥基的粘結(jié)力和拌和物的和易性，也有效提高再生混凝土的力學性能。

2 再生混凝土的和易性

再生混凝土由于表面微裂痕和孔隙較多，損傷較大，導致拌制混凝土時吸水率可達到普通混凝土的1.15倍，從而使再生混凝土的流動性偏差，坍落度減小，嚴重影響了施工質(zhì)量。再生混凝土的坍落度隨時間損失嚴重，造成初凝時間縮短。綜上，在配制再生混凝土時，應加入減水劑、緩凝劑等外加劑或采用對再生骨料提前潤濕的措施，以保證再生混凝土的和易性。

3 再生混凝土的力學性能

國內(nèi)外學者對再生混凝土的力學性能已經(jīng)有了一定的研究。胡瓊等[6]研究發(fā)現(xiàn)再生混凝土強度隨基體混凝土強度的變化影響不大,但全再生骨料混凝土的彈性模量比普通混凝土低；學者B.S.C.J[7]通過試驗發(fā)現(xiàn)再生混凝土立方體抗壓強度與普通混凝土的立方體抗壓強度相比,其強度降低了14%～32%。

針對此本文設(shè)計了再生粗骨料混凝土試驗并得到如下結(jié)論。

3.1 粗骨料替代率對再生混凝土強度的影響

當養(yǎng)護齡期達到28 d時，再生混凝土強度隨替代率的變化曲線如圖1所示。再生粘土磚混凝土隨粘土磚含量的增加強度逐漸減小；粘土磚含量不大于20%時，再生粘土磚混凝土強度雖略有下降，但下降幅度不大，仍能達到普通混凝土的強度等級；替代率為40%～80%時，強度折減一級；全粘土磚混凝土強度等級僅為C30。再生混凝土中廢棄混凝土替代率為0%～20%時，強度線性遞增；廢棄混凝土的含量超過80%時，強度大幅度遞增，全廢棄混凝土再生混凝土強度接近普通混凝土。再生粘土磚、廢棄混凝土替代率和強度基本符合線性遞減關(guān)系；粘土磚的含量為20%～40%，相應的廢棄混凝土的含量占80%～60%時，強度達到C35；替代率不小于60%時，再生粘土磚、廢棄混凝土強度下降到C30。

3.2 粗骨料類型對再生混凝土強度的影響

粗骨料類型對于再生混凝土的強度有較大影響。只有替代率為40%時，再生廢棄混凝土的強度介于再生粘土磚混凝土和再生粘土磚、廢棄混凝土之間，其他替代率時強度都優(yōu)于兩者；骨料類型為20%粘土磚和80%碎石的再生粘土磚混凝土、20%廢棄混凝土和80%碎石組成的再生廢棄混凝土以及全再生廢棄混凝土，強度等級均無下降，其中最優(yōu)骨料類型為20% 替代率的再生廢棄混凝土。

4 再生混凝土的應用、推廣及意義

雖然混合再生混凝土的工程應用可以循環(huán)利用建筑垃圾、減少環(huán)境破壞，但其自身受力性能(尤其是以粘土磚為再生骨料的混凝土)有一定的缺陷。在現(xiàn)代的工程應用與進展中，再生混凝土很少單獨使用，而是與鋼管、型鋼形成組合構(gòu)件來補強再生混凝土，符合現(xiàn)代結(jié)構(gòu)對材料的要求。

鋼管、型鋼再生混凝土組合結(jié)構(gòu)是一種綠色環(huán)保的新型工程應用。鋼管、型鋼骨架對再生混凝土起到強約束作用，在實際工程的三向受壓狀態(tài)下，有效增強了再生混凝土的抗裂性能，抑制了收縮和徐變，具有承載力高、剛度大、耐久性能良好等優(yōu)點，更適用于抗震結(jié)構(gòu)中。將高性能再生骨料混凝土應用于組合結(jié)構(gòu)中，彌補再生混凝土相比于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在力學性能、耐久性能及資源經(jīng)濟性上的不足，將為再生混凝土應用于實際工程提供廣闊的前景，是組合結(jié)構(gòu)的主要發(fā)展方向。

5 結(jié)語

再生混凝土及其組合結(jié)構(gòu)應用技術(shù)的發(fā)展為廢棄混凝土、粘土磚等建筑垃圾的再利用提供了一條綠色循環(huán)途徑，一方面可以解決大量建筑廢材處理困難以及由此造成的環(huán)境污染等問題；另一方面，可以減少建筑業(yè)對天然骨料的消耗，緩解了對生態(tài)造成日趨嚴重的傷害。

鋼管、型鋼再生混凝土組合結(jié)構(gòu)在我國已被廣泛應用于現(xiàn)代超高層建筑結(jié)構(gòu)、大跨度空間結(jié)構(gòu)等抗震體系。將再生混凝土用于鋼管、型鋼中形成的組合結(jié)構(gòu)，能有效改善再生混凝土的性能缺陷，同時，合理有效地實現(xiàn)建筑垃圾的再利用，大大降低了材料成本。因此，再生混凝土組合結(jié)構(gòu)在工程中的運用，對我國工程領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。

[1] 孫躍東，周德源.我國再生混凝土的研究現(xiàn)狀和需要解決的問題[J].混凝土，2006(4):18-25.

[2] 肖建莊，李佳彬，蘭 陽.再生混凝土技術(shù)最新研究進展與評述[J].混凝土，2003，25(10)：17-20.

[3] 肖建莊.再生混凝土[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[4] Topcu I.B., N.F.Gunean.. Using waste concrete as aggregate[J]. Cement and Concrete Research,1995，25(7)：39-43.

[5] Topcu I.B..Physical and mechanical properties of concrete produced with waste concrete[J].Cement and Concrete Resarch,1997，27(12)：1817-1823.

[6] 胡 瓊，宋 燦，鄒超英.再生混凝土力學性能試驗[J].哈爾濱工業(yè)大學學報，2009，4(4)：33-36.

[7] B.S.C.J.Study on recycled aggregate and recycled aggregate concrete[J].Concrete Journal，1978(16)：18-31.

On performance of recycled concrete and its application in modern structures

Nan Yang Wu Kai* Chen Feng Wang Yixun

(CivilandCommunicationSchool,HohaiUniversity,Nanjing210098,China)

In order to enhance the application of the recycle concrete, the paper analyzes the material performance, working performance, and dynamic performance of the recycled concrete, indicates its application in modern structures, and points out the recycled concrete can improve its dynamic and durable performance after combining with the steel pipe and steel, so as to recycle the construction rubbish and reduce the environment damages, and it is the development for modern structures.

recycled concrete, material, performance, dynamics, application

2015-06-21

南 洋(1993- )，男，在讀本科生； 陳 峰(1993- )，男，在讀本科生； 王益遜(1993- )，男，在讀本科生

伍 凱(1980- )，男，博士，副教授

1009-6825(2015)25-0135-02

TU528

A