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再生骨料相關(guān)研究現(xiàn)狀綜述

2018-05-31 19:17:40馬嘯張雙艷姚宇飛張凡
商品混凝土 2018年5期
關(guān)鍵詞:砂漿骨料強(qiáng)度

馬嘯,張雙艷,姚宇飛,張凡

(武漢源錦商品混凝土有限公司,湖北 武漢 430000)

0 引言

隨著開采量的增加,天然砂石資源已日益枯竭,近一段時(shí)期,國(guó)家環(huán)保政策也日益緊縮,這些因素導(dǎo)致混凝土企業(yè)面臨著空前的成本壓力。另一方面,隨著城市發(fā)展,老舊建筑、市政設(shè)施的拆除正產(chǎn)生著越來(lái)越多的混凝土碎塊等建筑垃圾,這些固體廢棄物的堆放和填埋浪費(fèi)了大量的土地資源,對(duì)土地河流造成了污染[1-2],對(duì)建筑垃圾的處理和再利用已經(jīng)迫在眉睫。目前,針對(duì)再生骨料的利用,已經(jīng)開展了深入的研究。

1 再生骨料的基本特性

再生骨料由于表面附著廢舊的水泥石、砂漿等,其表觀密度、堆積密度均小于天然骨料。在廢棄混凝土構(gòu)件破碎的過(guò)程中,其表層舊有的水泥石、砂漿會(huì)產(chǎn)生裂紋,再加上水泥石、硬化砂漿的孔隙率本就高于天然骨料,所以再生骨料的壓碎指標(biāo)明顯大于天然骨料,吸水率也大于天然骨料。張名杰等在試驗(yàn)中檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)(表1),很明顯地體現(xiàn)了再生骨料的這些特性[3]。且原生混凝土的等級(jí)越高,再生骨料的性能越好[4]。

由于再生骨料存在的這些特性,導(dǎo)致了再生混凝土的抗壓強(qiáng)度低于普通混凝土[3-4]。普通混凝土在設(shè)計(jì)其配合比時(shí),首先應(yīng)根據(jù)水泥抗壓強(qiáng)度等數(shù)據(jù),利用Bolomey 強(qiáng)度公式計(jì)算水灰比。當(dāng)用再生骨料配制混凝土?xí)r,混凝土強(qiáng)度與灰水比(C/W)具有良好的線性相關(guān)性,所以在設(shè)計(jì)再生骨料混凝土?xí)r,仍可使用Bolomey 公式進(jìn)行計(jì)算[5-7]。

但其中 A、B 值不能套用天然骨料混凝土的回歸系數(shù),須通過(guò)大量試驗(yàn)進(jìn)行確定。王曉飛[7]、鄧壽昌[8]等通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定了 A、B 值,但由于數(shù)據(jù)樣本小,仍然無(wú)法應(yīng)用于生產(chǎn)。

表1 骨料基本性能

2 再生骨料的處理

再生骨料來(lái)源復(fù)雜,質(zhì)量參差不齊,在使用前可先對(duì)其采取預(yù)處理,也可對(duì)配合比和生產(chǎn)工藝進(jìn)行處理,各種手段的預(yù)處理可顯著提高再生骨料的性能,從而使再生混凝土的質(zhì)量得到提高。

2.1 再生骨料生產(chǎn)時(shí)的處理

古松[9]等提出了一種多級(jí)破碎方式來(lái)生產(chǎn)再生骨料,將混凝土碎塊先經(jīng)過(guò)一次人工揀選,然后依次經(jīng)過(guò)一級(jí)篩分機(jī)、顎式破碎機(jī)、磁鐵分離器、分離臺(tái)、二次篩分機(jī)、沖洗裝置,這種生產(chǎn)方式可得到級(jí)配良好、含雜質(zhì)少的高質(zhì)量再生骨料,通過(guò)調(diào)整篩網(wǎng),還可以得到不同粒徑、不同級(jí)配的產(chǎn)品,以滿足各種需求。再生骨料的生產(chǎn)過(guò)程中,清洗工序?qū)儆诒匾h(huán)節(jié),經(jīng)過(guò)嚴(yán)格清洗的再生骨料,其含泥量、壓碎指標(biāo)等檢測(cè)數(shù)據(jù)可接近于天然骨料[10]。此外,顆粒整形也能顯著提高再生骨料的性能。

2.2 化學(xué)強(qiáng)化

再生骨料的性能可通過(guò)化學(xué)強(qiáng)化來(lái)提升。郭遠(yuǎn)新[11]等用濃度為 6% 的有機(jī)硅溶液對(duì)再生骨料進(jìn)行了噴淋、浸漬、干燥處理,經(jīng)測(cè)試,其吸水率、壓碎指標(biāo)等性能指標(biāo)都得到了提升,可基本達(dá)到與天然骨料相當(dāng)?shù)乃?。這說(shuō)明在生產(chǎn)應(yīng)用中,化學(xué)處理可顯著提高再生骨料的可利用性。朱從香[12]的研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)化學(xué)浸泡的再生骨料配制的混凝土,其抗碳化性能有了顯著的提高,這是由于化學(xué)浸泡處理,可使再生骨料內(nèi)部空隙率大大降低,使再生混凝土更加致密,從而提高了抗碳化能力。經(jīng)過(guò)顆粒整形的再生骨料,在經(jīng)過(guò)一次有機(jī)硅烷浸漬,其配制的再生混凝土,抗碳化性能甚至高于天然骨料配制的普通混凝土[13]。

2.3 物理強(qiáng)化

再生骨料配制而成的再生混凝土的抗拉伸性能往往低于普通混凝土。秦荷成[23]在配制過(guò)程中按 1.2kg/m3的摻量加入了聚丙烯纖維,得到的再生混凝土試件抗拉強(qiáng)度可提高 13%,這表明抗拉纖維外摻料也適用于再生混凝土。楊青[14]等在再生混凝土中引入了高活性納米SiO2和納米礦物摻合料,稱之為納米復(fù)合強(qiáng)化技術(shù),這種方法不僅能明顯提高再生混凝土的強(qiáng)度,還能顯著提升其抗氯離子滲透性能和抗?jié)B性能(抗?jié)B等級(jí)達(dá)到 P10以上)。

肖建莊[15]等對(duì)一種新穎的處理技術(shù)進(jìn)行了研究,即利用微波加熱的方法來(lái)去除再生骨料表面附著的舊有砂漿,來(lái)達(dá)到提升其品質(zhì)的目的。試驗(yàn)結(jié)果表面,微波加熱處理后的再生骨料,壓碎指標(biāo)、孔隙率、吸水性等性能均有提高,表觀密度也有所增大,配制出的再生混凝土強(qiáng)度值也接近于普通混凝土,這為再生骨料的處理提供了新的思路。

2.4 摻合料的使用

在設(shè)計(jì)再生混凝土配比時(shí),合理地引入摻合料可大幅提高其性能。與普通混凝土相同,礦粉、粉煤灰、硅灰、超細(xì)礦粉等礦物摻合料也可以在再生混凝土中得到良好的應(yīng)用[16,17]。其中,將礦粉和超細(xì)礦粉復(fù)配用于再生混凝土,可較好地改善其工作性,同時(shí)也能獲得良好的力學(xué)性能[18]。在再生混凝土配合比中加入適量的粉煤灰,還可增強(qiáng)黏結(jié)強(qiáng)度,減弱滑移破壞的可能性,但粉煤灰用量過(guò)大時(shí),黏結(jié)強(qiáng)度反而會(huì)降低[19]??梢娫偕橇嫌糜阡摻罨炷林袝r(shí),應(yīng)確定粉煤灰的最合適用量。除礦物摻合料外,混雜鋼纖維也能被用于再生混凝土的生產(chǎn),隨著混雜鋼纖維的摻入,再生混凝土的坍落度會(huì)急劇減小,但力學(xué)性能提升明顯,尤其是劈拉、抗折強(qiáng)度增長(zhǎng)較多[20],所以在路面工程中使用再生混凝土?xí)r,可考慮引入混雜鋼纖維。

2.5 拌制工藝的處理

除對(duì)再生骨料直接進(jìn)行處理外,對(duì)再生混凝土的生產(chǎn)工藝進(jìn)行處理,也能提高再生混凝土的性能。二次攪拌即是一種能達(dá)到此目的的生產(chǎn)工藝,它包括預(yù)拌水泥砂漿法、水泥裹石法、水泥裹砂法等[21]。王玲玲[22]采用水泥裹石法配制了再生混凝土,即按照水、水泥、石、砂的順序進(jìn)行投料,得到的再生混凝土其抗壓強(qiáng)度、抗凍性能和抗硫酸鹽侵蝕性能均有提高,若同時(shí)采用再生骨料化學(xué)強(qiáng)化法和二次攪拌工藝,得到的再生混凝土性能更佳。

包容型再生混凝土也是一種可提升性能的生產(chǎn)工藝,即將再生骨料直接摻入特殊配比的新拌混凝土中進(jìn)行拌制,使新拌混凝土包裹在其周圍。蔣鳳昌[23]等的試驗(yàn)結(jié)果表明,用此種工法,在保證強(qiáng)度的前提下,再生骨料的摻入率可達(dá)到 30%。

高林[24]等在配制過(guò)程中,對(duì)再生骨料采取了骨架密實(shí)堆積法,通過(guò)合理搭配各級(jí)配區(qū)間骨料的用量,盡可能地減小再生骨料的孔隙率。試驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了設(shè)想,合理的級(jí)配合比法,可以有效地提高再生混凝土的強(qiáng)度性能。何士欽[25]等提出了一種利用再生骨料的新方法,將大塊混凝土不經(jīng)完全破碎形成堆體,然后在堆體中澆筑高性能自密實(shí)混凝土,自密實(shí)混凝土因具有良好的流動(dòng)性可充滿堆體形成堆體混凝土。經(jīng)檢測(cè),堆體混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均與所澆筑的自密實(shí)混凝土相當(dāng)。這種方法簡(jiǎn)化了再生骨料的生產(chǎn)處理過(guò)程,提高了廢棄混凝土的利用率,在一些特殊的工程中,具有很高的利用價(jià)值。

為使再生混凝土能更好的應(yīng)用于鋼筋混凝土構(gòu)件中,崔正龍[26]等探索了再生混凝土內(nèi)填充法。設(shè)計(jì)的試驗(yàn)將再生混凝土注入普通鋼筋混凝土制作的外殼之中,制作了內(nèi)填充再生混凝土短柱,并進(jìn)行了單軸抗壓測(cè)試。結(jié)果顯示,此種工法澆筑的內(nèi)填充鋼筋再生混凝土短柱,軸向的抗變形能力與普通鋼筋混凝土并無(wú)大的差別,具有良好的韌性。

3 再生混凝土的特性

由于再生骨料與天然骨料在本身性質(zhì)的差別,再生混凝土配制完成后,也具有與普通混凝土不同的特性,了解再生混凝土的特性,有助于對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行指導(dǎo)。在決定再生骨料可被用于何種工程、何種構(gòu)件部位時(shí),必須充分了解其特性。

3.1 新拌再生混凝土的工作性

如再生混凝土在拌制完成后,坍落度比相同配合比的普通混凝土要小,流動(dòng)性差,且坍落度經(jīng)時(shí)損失較大,這是由于再生骨料吸水率高所致,另一方面,再生混凝土粘聚性、保水性也較好[3]。若能控制得當(dāng),再生混凝土也可取得良好的工作性能,能夠滿足一般的泵送要求。

3.2 力學(xué)性能

如前文所述,再生骨料的堅(jiān)固性低于天然骨料,這必然會(huì)導(dǎo)致再生混凝土強(qiáng)度的降低,大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明,再生混凝土的抗壓、抗折、劈裂抗拉等力學(xué)性能均普遍低于普通混凝土。但其差值在可控范圍之內(nèi),若控制得當(dāng),再生混凝土的力學(xué)性能仍可接近或達(dá)到普通混凝土的水平。

陳宗平[27]為研究再生混凝土在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的力學(xué)性能,對(duì)再生混凝土進(jìn)行了三軸加載,測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)在三向受壓狀態(tài)下,再生混凝土主要表現(xiàn)為剪切型破壞,而且隨著壓力值的增大,再生混凝土的彈性模量、峰值應(yīng)力及峰值應(yīng)變均顯著增大。

3.3 耐久性能

而在荷載過(guò)程中,再生混凝土的其它性質(zhì)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變,研究發(fā)現(xiàn),在加上荷載以后,氯離子滲透率比普通混凝土要大,而且氯離子滲透率隨水灰比增大而增大[28]。

研究發(fā)現(xiàn)再生混凝土的抗凍性能較差[29]。曹芙波[30]等從微觀角度對(duì)再生混凝土的凍融破壞機(jī)理進(jìn)行了研究,結(jié)果顯示,這一特性是由于再生混凝土內(nèi)部受凍脹破壞加劇所致。SEM 照片顯示,內(nèi)部結(jié)構(gòu)最薄弱處存在于水泥砂漿與再生骨料界面過(guò)渡區(qū)內(nèi)。

在復(fù)雜的使用環(huán)境中,混凝土不可避免會(huì)受到各種化學(xué)侵蝕,硫酸鹽侵蝕是化學(xué)侵蝕中最普遍的存在形式。賈文亮[31]在試驗(yàn)中將再生混凝土和普通混凝土分別進(jìn)行了硫酸鹽環(huán)境中的干濕循環(huán)處理,然后測(cè)試了混凝土試樣的表觀形貌、質(zhì)量、強(qiáng)度等指標(biāo),結(jié)果顯示,再生混凝土的抗侵蝕能力隨再生骨料替代率降低。王忠星[32]等對(duì)經(jīng)硫酸鹽侵蝕的再生混凝土的界面顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)各種界面過(guò)渡區(qū)變化規(guī)律不盡相同,但再生混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高,同種界面的顯微強(qiáng)度隨之升高,界面過(guò)渡區(qū)寬度隨之減小,界面抗硫酸鹽侵蝕能力隨之增強(qiáng)。

4 再生骨料的應(yīng)用

在日常生產(chǎn)中,再生骨料已經(jīng)得到了越來(lái)越多的應(yīng)用,一些高性能混凝土也可用再生骨料來(lái)生產(chǎn)。侯永利[33]等采用相同砂漿體積法配制了大流動(dòng)性再生混凝土,測(cè)定了其坍落度、干濕表觀密度、立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度以及彈性模量,得到的各項(xiàng)結(jié)果均可接近天然骨料混凝土的水平。

雷斌[34]等研究了再生骨料在道路工程中的應(yīng)用,按不同取代比例配制了再生混凝土,重點(diǎn)測(cè)試了各組試件的抗折強(qiáng)度,結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著再生骨料所占比例升高,試件抗折強(qiáng)度下降較多,這說(shuō)明再生骨料對(duì)抗折強(qiáng)度的影響較大,所以在道路工程中使用再生骨料時(shí),應(yīng)控制其用量。除了普通路面,透水路面混凝土也可用到再生骨料,透水混凝土除需要一定的強(qiáng)度外,透水系數(shù)是一個(gè)很重要的指標(biāo),夏群[35]等探究了再生骨料對(duì)透水混凝土的強(qiáng)度和透水系數(shù)的影響,發(fā)現(xiàn)再生透水混凝土的表現(xiàn)出的各種規(guī)律均與普通混凝土類似,例如隨著成型壓力的增加,抗壓強(qiáng)度隨之升高而透水系數(shù)隨之降低,試驗(yàn)總體表明再生骨料是十分合適的生產(chǎn)透水混凝土的原材料。

一般來(lái)說(shuō),由于廢棄混凝土的來(lái)源復(fù)雜且性質(zhì)不穩(wěn)定,多被生產(chǎn)成粗骨料使用,但是如果控制得當(dāng),也可將廢棄混凝土加工成細(xì)骨料來(lái)使用。余乃宗[36]等摻加一定量的再生細(xì)骨料配制了試驗(yàn)砂漿,并改變粉煤灰占比進(jìn)行了正交試驗(yàn),對(duì)砂漿強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)試,發(fā)現(xiàn)與再生粗骨料類似,再生細(xì)骨料會(huì)造成砂漿強(qiáng)度的降低,而且這種影響大于粉煤灰的影響。在實(shí)際生產(chǎn)中,應(yīng)依據(jù)GB/T 25176—2010《混凝土和砂漿用再生骨料》分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 三類,控制每一類的取代率,研究表明,Ⅰ類再生細(xì)骨料不宜超過(guò) 50%,Ⅱ、Ⅲ 類再生細(xì)骨料不宜超過(guò) 30%[37]。

5 結(jié)論與展望

再生骨料具有良好經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益,在可以預(yù)見的未來(lái),會(huì)越來(lái)越多的被用于實(shí)際生產(chǎn)。從以上各研究成果中,不難得出以下結(jié)論:

(1)再生骨料會(huì)使混凝土各項(xiàng)性能下降,使用時(shí)應(yīng)控制其所占比例,若控制得當(dāng),仍然可以配制出高性能的混凝土。

(2)再生骨料經(jīng)過(guò)各種處理后,性能可以得到顯著的提高,從而增加了再生骨料的適用范圍。

(3)再生骨料出用于普通建筑結(jié)構(gòu)外,還可很好的用于透水混凝土等特種混凝土中,在實(shí)際生產(chǎn)中,應(yīng)積極開發(fā)再生骨料的新用途。

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上海建材(2022年2期)2022-07-28 03:15:54
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低強(qiáng)度自密實(shí)混凝土在房建中的應(yīng)用
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