摘 要:对再生混凝土的基本性能的研究进行了综述,主要包括再生混凝土的力学性能以及物理性能。最后提出了再生混凝土在其它方面需要进一步研究的问题。
关键词:再生混凝土;再生粗骨料;再生混凝土力学性能;再生混凝土物理性能
中图分类号: TU528 文献标识码: B 文章编号: 1673 - 6052 (2008) 01 - 0039 - 02
1 前言
混凝土材料是人类文明建设中不可缺少的物质基础。随着人类文明的不断前进,混凝土材料的人均消费量越来越大,与此同时产生的环境问题也越来越显著。如何利用这些废弃混凝土已成为各国研究的热点。如果能将废弃混凝土破碎为级配合理的再生骨料,重新利用到新拌的混凝土中去,则既清洁了环境又节约了天然骨料资源。本文主要从再生混凝土的物理和力学性能与普通混凝土进行对比。
再生混凝土中的骨料组合形式可以分为以下几种:
(1)粗、细骨料全部为再生骨料;
(2)粗骨料用再生骨料,细骨料仍采用天然砂;
(3)粗骨料采用天然骨料,细骨料用再生骨料;
(4)用再生骨料替代部分粗骨料或部分细骨料,或用再生骨料同时替代部分粗、细骨料。
试验研究表明,用再生细骨料部分或全部替代天然细骨料配制的混凝土的使用性能明显降低,不利于工程实践,故本文着重介绍部分粗骨料用再生骨料,细骨料仍采用天然砂配制的再生混凝土。
2 再生混凝土的物理性能
(1)表观密度
由于再生骨料的密度小于天然骨料,因此再生混凝土的表观密度比普通混凝土低。邢振贤等指出,随着再生骨料取代率的增加,再生混凝土表观密度有规律的降低,再生混凝土全部采用再生骨料比基体混凝土表观密度降低7. 5%。再生混凝土自重较低,对减轻建筑物自重,增大构件跨度有利。
(2)热工性能
再生骨料有较大的孔隙率,使再生混凝土的热导率下降。文献研究表明,全部采用再生骨料的混凝土比普通混凝土热导率降低28% ,如果加入引气剂后热导率降低44%。可见使用再生混凝土能有效地提高建筑物的保温隔热性能。
(3)超声波在再生混凝土的传播速度
在再生混凝土中,再生骨料取代率、再生骨料的级配及再生骨料中水泥砂浆的含量对超声波传播速度产生很大的影响。孙振平等研究表明,随着再生骨料取代率的增加,再生混凝土中超声波传播速度减少,但由于影响因素众多,目前建立超声波传播速度与再生混凝土强度之间的数学表达式还比较困难。研究超声波在再生混凝土中的传播速度可以对再生混凝土强度的非破损检验提供必要的理论依据。
3 再生混凝土的力学性能
(1)强度
再生混凝土的强度与基体混凝土的强度、再生骨料的性能、再生骨料的取代率以及再生混凝土的配合比等密切相关。由于基体混凝土的强度等级、使用环境、老化程度各不相同,且废弃混凝土块破碎工艺及质量控制措施又不尽相同,导致再生骨料的性能波动性较大,使再生混凝土的强度变化规律性较差,不同的研究者所得的结论也略有不同。Han2sen等试验结果表明,随着基体混凝土的强度降低,再生混凝土的强度呈下降趋势,但对于不同强度等级的再生混凝土,再生骨料对其强度的影响不同:配制高强再生混凝土时,再生骨料的品质对再生混凝土的强度影响最大,配制中等强度再生混凝土时,影响程度次之,配制低强度的再生混凝土时,再生骨料的性质对其强度的影响最小。一般情况下,再生骨料混凝土的抗压强度低于基体混凝土或相同配比的普通混凝土的强度,降低范围为5% ～30% ,平均降低15%;当基体混凝土强度较低或再生混凝土设计强度较低时,再生混凝土的强度可能高于基准混凝土的强度。主要原因是:再生骨料与新拌水泥浆之间有很好的相容性,彼此存在发生化学反应的可能;再生骨料表面粗糙,界面啮合能力强;再生骨料吸水率高,加水搅拌后,再生骨料大量吸收新拌水泥浆中多余的水分,既降低了粗骨料表面水灰比,又降低了混凝土拌和物的有效水灰比,对于低强度混凝土而言,强度对水灰比的变化非常敏感,导致再生混凝土的强度增加,此时,可通过较小水灰比来获得与基体混凝土相近的强度。日本B. C. S. J认为,再生混凝土的抗压强度比普通混凝土降低14% ～32% ,得出的强度变化规律为:再生骨料的取代率增加,再生混凝土的强度降低,但降低程度与基体混凝土的强度等级关系不大;用再生骨料替代天然细骨料配制的再生混凝土的强度较再生骨料替代粗骨料配制的混凝土的强度降低;水灰比较低时,可以使再生混凝土强度降低的程度得到缓解;再生骨料以采用粗颗粒( ≥104 )最为合理,而采用粒径为3～10 4 的再生骨料,再生混凝土强度降低明显,且在荷载作用下变形进一步增大,但在混凝土中掺入超塑化剂有一定的补偿作用,而采用小于34的再生细骨料,与配合比相同的基准混凝土相比,抗压强度降低9% ,抗拉强度降低7% ,再生混凝土的抗弯强度约为基准混凝土强度的75%～90%。
(2)弹性模量
影响再生混凝土的弹性模量的主要因素是再生骨料的取代率、再生骨料的强度和水灰比。通常再生骨料取代率越高,水灰比越高,弹性模量越低。邢振贤等研究表明,全部采用再生骨料的混凝土比基体混凝土的抗压模量低8. 9% ,抗拉模量低6. 9%;水灰比由0. 8降到0. 4时,再生混凝土的抗压弹性模量增加50%左右。另外,若用再生细骨料替代部分或全部天然细骨料,则由于再生细骨料中大量水泥硬化浆体碎屑的存在,会降低弹性模量。
(3)收缩
再生混凝土收缩变形较普通混凝土大,主要原因是,再生骨料表面附着的大量旧水泥砂浆导致再生混凝土配合比中较大的用水量和再生混凝土的弹性模量较低,后期,粘附在再生骨料上的水泥水化不完全也可能导致较大的收缩变形。Ravindrarajah等制作了100 ×100 ×4004 3再生混凝土棱柱体试块,经28d潮湿状态下养护后,在温度30 ±1℃,相对湿度7 ±5%条件下,通过标距2004 应变仪测量收缩应变来考察再生混凝土的收缩性能。试验结果表明,相同水灰比下,再生混凝土的收缩应变比普通混凝土大10% ～90%,且随着试验时间增加,这种差别进一步加大。
再生混凝土的收缩还与充当再生骨料的基体混凝土水灰比有关。Hansen等预先配制了3种不同水灰比的普通混凝土(水灰比分别为0. 4, 0. 7, 1.2) ,经40℃水中养护47d后,破碎为与预先配制普通混凝土的天然骨料相同级配的再生骨料,然后采用预先配制普通混凝土的3种配合比与以上3种类型的再生集料,经过组合,配制成9种再生混凝土。试件尺寸为100 ×100 ×800 4 3 , 40℃水中养护47d后,在温度25℃和相对湿度40%环境中观察其6个月时间内的收缩性能。试验结果表明,再生混凝土的收缩变形量与基体混凝土的水灰比存在相关性,基体混凝土水灰比越小,相同水灰比下的再生混凝土的收缩变形越大,这可能是由于高强度的基体混凝土产生的再生骨料表面含有较多的水泥砂浆造成的。
目前,大多数学者已经认识到再生混凝土的收缩变形较大,正在采取各种措施来改善其收缩性能,并取得了初步进展。Mesbah等研究了不同掺量聚丙烯纤维和钢纤维对再生水泥砂浆的收缩性能的影响。试验结果表明,影响再生砂浆收缩性能主要取决于二个因素:一是时间,掺入纤维对收缩的抑制作用随时间增长而增加;二是掺入纤维物的规格和掺入量,聚丙烯纤维对减小再生砂浆的收缩效果并不显著,而钢纤维则能有效抑制收缩变形,且掺入量越大,这种抑制作用越明显, 1%钢纤维掺量能减小600d再生砂浆收缩变形的15%。此外,Mesbah等还研究了掺入聚丙烯纤维和钢纤维对再生砂浆收缩裂缝的影响。结果表明,两者均能有效减小收缩裂缝宽度,但钢纤维效果更佳,这可能与钢度较大有关。屈志中研究表明,再生混凝土中掺入一定量的膨胀剂制成补偿收缩混凝土,可以在一定程度上减小再生混凝土的收缩。
(4)徐变
影响再生混凝土徐变的因素很多,从混凝土自身的角度看,主要有再生混凝土的弹性模量和水灰比,并与水泥的水化程度有关。再生混凝土弹性模量较小,如果采用基于普通混凝土配合比设计的用水量,再加上再生骨料经一定时间吸水量的配合比设计方法,则再生混凝土的徐变将更大。Gerardu等研究表明,相同条件下,再生混凝土的徐变应变比普通混凝土大40%。目前,国内外学者对如何减小再生混凝土徐变的研究较少,理论上同减小收缩变形相似,可以通过掺加一定的纤维物或膨胀剂来减小再生混凝土徐变,但这有待于试验进一步验证。另外,再生混凝土中掺入再生细骨料将导致更大的徐变应变,这与再生细骨料较大吸水率有关。
由于再生混凝土具有较大的收缩和徐变变形,再生混凝土不宜用于预应力构件,对此,前苏联再生混凝土应用建议中已有明确的规定。
4 结论
(1) 再生混凝土的表观密度比普通混凝土低。再生骨料的取代率增加,再生混凝土的强度降低,但降低程度与基体混凝土的强度等级关系不大。
(2) 再生骨料取代率越高,水灰比越高,弹性模量越低。再生混凝土收缩变形较普通混凝土大。
(3) 目前国内大多数的研究是针对再生混凝土的性质特性进行研究的,应该就再生混凝土在结构上的应用进行进一步的研究。
参考文献
1 Hansen Tc. Recycling of demolished concrete and masonry . R ILEMReport No. 6, E&FN SPON,London, 1992
2 邢振贤,周曰农. 再生混凝土性能研究与开发思路. 建筑技术开发, 25 (5) , 1998: 28 - 31
3 孙振平,谭国强,王新友. 再生混凝土技术[ J ]. 混凝土, 1998 (4) ;36 - 40
