废弃混凝土再生骨料的特性研究

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摘要：针对废弃混凝土造成的环境问题，提出了将其加工成为再生骨料或再生混凝土的应用方案，研究了再生骨料的生产工艺、特性及其对混凝土性能的影响。研究表明，适当掺加再生骨料不仅可以提高混凝土的强度，而且还可提高混凝土的粘聚性、保水性及保温性能。
关键词：混凝土废弃物； 　再生骨料； 　再生混凝土 随着城市化和小城镇建设进程的加快，城市住宅、写字楼、商业及工业建筑的更新和市政动迁规模不断加大，一方面，大量的原有旧建筑物被拆毁，产生了大量的建筑垃圾；大量的新建筑物在其建设过程中也会产生很多建筑垃圾。受经济利益驱动，目前国内有相当多的建筑商将这些建筑垃圾丢弃在附近的公共活动区域，形成公害。即使这些垃圾按照政策要求运到指定区域，国家目前还没有财力对其进行合理处置，这样不仅会侵占大量耕地，而且还导致严重的环境污染[1 ] 。所以，当前我国急需解决这一环境问题。另一方面，我国各种基本建设的快速发展需要越来越多的建筑材料。据统计，我国每年浇注混凝土约15～20 亿m3 ，而混凝土中砂石骨料又占总质量的70 %以上，用量十分巨大。大量地开采山石、淘挖河砂、掘坑取土等行为不仅会造成水土流失，而且会加速资源的消耗。统计表明，建筑垃圾若以质量计，混凝土废弃物约占48.35 % ，废砖石块占37.42 % ，这2 种废弃物共占建筑垃圾的85. 77 %[2 ，3 ] 。显然，如何使这些废弃物变废为宝是处理建筑垃圾的最好办法。分析了废弃混凝土的再生应用并对再生骨料的特性进行了研究。1 混凝土再生骨料 将废弃混凝土块经过破碎、清洗、分级后，按一定的比例混合而得到的骨料称为混凝土再生骨料。混凝土再生骨料按粒径大小可分为再生粗骨料(粒径5～40 mm) 和再生细骨料(粒径0.15～2.5 mm) 。利用再生骨料作为部分或全部骨料配制的混凝土，称为再生骨料混凝土。混凝土再生骨料与普通混凝土骨料的性能列于表1 。由于使用再生骨料生产的再生混凝土具有与普通混凝土相近的物理、力学性能[2 ] ，所以再生混凝土是废弃混凝土再利用的一个重要发展方向。1. 1 　再生骨料生产工艺 再生骨料的生产工艺流程见图1。由图1 可知，再生骨料的生产工艺非常简单，一般的建筑企业都能生产。若经过相关职能部门的协调与扶持，完全有可能在一些大中城市或大型工地建立集中生产的再生骨料工厂。 1. 2 　再生骨料的特性 我国的混凝土构筑物，混凝土强度等级多在C30 以下。混凝土废弃物采用妥善的方法破碎后，可以得到沿骨料界面剥离下来的大量原状颗粒，这些颗粒表面的粗糙度已较前显著提高，而且上面粘附的浆渣为再利用作骨料提供了有利条件[3 ] 。由于解体和破碎时受外力作用，有少量颗粒会沿原颗粒的岩石解理破裂，这既增加了新的粗糙面，又增强了棱角效应。另外，通过反复的解体、破碎过程，原有骨料中的软质颗粒会被淘汰，粒形不良者也会得到改善。上述加大粗糙度、增加棱角效应、粒形的改善和坚固性的选优排列等，都使骨料得到优化。试验证实，从废弃混凝土中取出的原状骨料，通过筛分制成的混凝土，与用类似材质的未用过的骨料制成的级配、配合比相同的混凝土对比，前者的强度值显著提高。经解体、破碎的废弃混凝土，可得到一半以上的水泥2砂2细石屑聚集的块状物(砂浆集料) ，它们所呈现的粒形，比起某些层状解理的天然碎石的粒形要理想得多。砂浆集料还有表面多微孔、吸水率较大、具有水硬性等优越性，这使得砂浆集料的强度往往高出原混凝土的设计强度。砂浆集料被重新拌入混凝土后，会与新的水泥浆结晶共生，从而为集料与水泥浆的接触区水化产物的密实化创造了有利条件，最终形成更加致密的接触区，使水泥石与集料的粘结力大于水泥石的强度。由于这种集料的表面是亲水的，所以能较快地被液相所湿润。表面的许多微孔内会吸入许多新的水泥颗粒，使接触区的水化更为完全。实验证明，只要适当控制砂浆集料的粒径及其在新拌混凝土中的比率，即可保证配制混凝土的强度符合设计要求。 在解体、破碎废弃混凝土时，收集到的粉渣类物料具有较大的潜在能。以下试验充分证实了这一点：将放置2 年的混凝土以静压破坏，抛弃其碳化层，取适量粉料和含有部分上述砂浆集料的碎屑，经加工后研成细粉，按占水泥用量的3 %做胶砂强度试验，结果与对照组相比，7d、28 d 的抗压强度分别提高6.6%、5.3%。由于废弃混凝土的粉料中含有未水化的水泥颗粒及其水化后形成的水化物，这些物质通过特殊加工可以“苏醒”。加入到新的水泥拌合物中后，起了播入晶种的作用，促进水泥的水化及强度物质的生成。这就是废弃混凝土生产的再生粉料具有激发混凝土强度的原因。2 　再生混凝土 利用再生骨料可以配制各种型号的再生混凝土，但一般来说还需要使用普通骨料与再生骨料搭配，其比例需要通过实验来决定。在配制再生混凝土时还需加入一些外加剂，如粉煤灰、减水剂等。2. 1 　中低强度再生混凝土配制对比试验 为证明再生混凝土的可靠性，特设计了对比实验。实验配合比见表2 、表3 ，试验结果见表4 。测试结果显示，当水灰比较大时，掺加适量的再生骨料可提高混凝土的强度，这主要是由于再生骨料所起的晶种激发作用所致；当水灰比较小时，由于水灰比对强度的影响更为显著，再生骨料的晶种激发作用相对弱化，掺加再生骨料的混凝土的强度略有降低。 2. 2 　高性能再生混凝土试验 对于中低强度混凝土，使用再生骨料配制的可靠性已得到证实[4 ] 。为了了解再生骨料对高性能混凝土的影响，设计了如下实验：选用2 种类型的粗骨料，A 类由某建筑物爆破后的混凝土块加工而成，B 类为废弃混凝土路面加工物；细骨料为河砂；掺入电厂生产的Ⅱ级粉煤灰和NF-2-6 缓凝高效减水剂；用再生骨料取代率为60 %的粗骨料配制成各种设计强度的混凝土。实验得到的2 种骨料混凝土的强度差值见图2 。 从图2 可见，在60 %的取代率下，当混凝土设计强度小于40 MPa 时，再生混凝土的实际强度大于其设计强度，当混凝土设计强度大于40 MPa 时，再生混凝土的实际强度小于其设计强度，且其差值有逐渐增大的趋势。但即使是在设计强度达到70 MPa 的情况下，其偏差仍不是很大。若调整粗骨料的取代率，并且对配合比进行进一步优化，实际强度应该可以达到甚至超过其设计强度，但这还需要大量的试验证实。2. 3 　再生混凝土拌合物的和易性与表观密度 和易性是指混凝土拌合物便于施工操作，并能施工出均匀密实混凝土的性能，所以又称施工性，它包括流动性、粘聚性和保水性。实验证实，在配合比相同的条件下，再生混凝土的流动性(用坍落度表示) 比普通混凝土小，再生混凝土的粘聚性和保水性比普通混凝土好。其原因是:废弃混凝土骨料表面包裹有部分砂浆，表面粗糙增加且孔隙率增多，从而增大了拌合物内部的摩擦力及拌合物的吸水率，使混凝土的流动性能降低，粘聚性和保水性增强。测试结果显示，再生混凝土的表观密度较普通混凝土降低5. 2 % ，其原因是再生骨料比碎石骨料视密度小。再生混凝土自重降低，对减轻建筑物自重、增大构件跨度有利。2. 4 　再生混凝土的其它性能 通过对再生混凝土的热工性能研究发现，再生混凝土的导热系数与相同配合比的普通混凝土相比降低28 % ，若再掺入引气剂，导热系数降低44 %。可见，用再生混凝土作墙体材料，能显著提高建筑物的保温性能。3 　结　论
a. 将大量混凝土废弃物进行批量化处理，然后作为建筑材料重新使用，所需技术设备比较简单，处理费用低，扣除现阶段的垃圾处理费、运输费和购买建筑材料费，有较大的赢利空间，从经济技术上讲是切实可行的。 b. 废弃混凝土的再利用不仅可以保护环境，而且可以节约资源。 c. 我国目前的混凝土废弃物还没有得到有效利用，其关键原因是许多人尚未意识到混凝土废弃物及其衍生物对环境的危害。政府相关部门应该对此进行积极引导，并在政策、宣传、技术等方面给予大力支持，争取尽快使再生混凝土得到有效利用。

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