再生混凝土性能分析及骨料强化

【摘要】 目前我国建筑垃圾数量惊人，对环境破坏十分严重，利用再生混凝土将是建筑业今后的发展方向之一。本文分析了再生混凝土的拉压力学性能和抗氯离子渗透性及影响其性能的根本原因，根据分析结果得知再生骨料的特点和工作性能是再生混凝土相关性能的主要控制因素，综述了国内外现今较为先进有效的再生骨料强化方法。

【关键词】 再生混凝土 再生骨料强化 有机硅 聚乙烯醇

0. 引言

随着我国经济的飞速发展，众多重大工程的施工及市政工程的相继建设和改造，我国每年消耗全世界40%的水泥和钢材，每年新增20亿平方米的建筑面积，我国的建筑寿命普遍较短。因此在发展过程中产生了大量的建筑垃圾。目前,我国建筑垃圾已占城市垃圾总量的30%~40%，其中废弃混凝土占相当大比例，对环境造成了巨大危害。如此以来，混凝土的回收再利用将成为研究和发展的重点，再生混凝土必将得以使用和推广，为此我们也就必须了解和提高再生混凝土的重要性能。

1.再生混凝土的主要性能

1.1 抗压性能

抗压性能是再生混凝土力学性能中最重要的一点，也是其它力学性能的基础。众所周知，未经特殊处理的再生混凝土的抗压性能远远低于新生混凝土。研究发现，要想从根本上提高再生混凝土的抗压强度需要从以下几个方面着手：再生骨料取代率、水灰比、砖含量和再生骨料来源等。

总结众多研究者的实验结论可得，直接采用再生粗骨料按普通混凝土拌和方法生产出的再生混凝土的抗压性能比普通混凝土的抗压强度低5%~24%，原因是再生混凝土中再生骨料与新旧砂浆间的过渡层结构较复杂，界面结合力相对薄弱。研究过程中发现，再生粗骨料的取代率对再生混凝土的抗压强度影响很大，随着再生粗骨料的取代率增大，再生混凝土的抗压强度随之降低，原因是再生粗骨料与新旧砂浆之间存在的粘接力较为薄弱。再生粗骨料的孔隙率较高，在承受轴向压力时，容易形成应力集中。当水灰比较低时，再生混凝土的抗压强度低于同龄期的普通混凝土，在水灰比较高时，再生混凝土的抗压强度则高于同龄期的普通混凝土。Gupta在试验中发现，再生混凝土的抗压强度并不严格遵从随水灰比的增大而减小，当水灰比为0.6时，其抗压强度最大，而水灰比为0.55时抗压强度却最小。不管以何种再生粗骨料取代率拌合的再生混凝土90d抗压强度较28d的涨幅均大于普通混凝土，而90d龄期后，再生混凝土的抗压强度较普通混凝土增长慢，原因是，再生粗骨料在拌合过程中吸水率高，导致再生混凝土在较长时间内含水量较高，形成了“内养护”，从而促进再生混凝土抗压强度的发展。砖含量也是影响再生混凝土抗压性能的一个主要因素，再生混凝土的抗压强度还随着砖含量的增大而降低，再生砖骨料强度低于再生混凝土骨料强度，容易导致再生混凝土结构内力分配不均匀，产生应力集中。试验结果表明，砖含量低于5%时，上述影响不明显。另一点值得注意的是再生骨料来源，单一的原始混凝土生产的再生骨料对再生混凝土的抗压强度影响不大，如果将不同等级的再生骨料混用，会大大降低再生混凝土的抗压强度，原因是不同来源的再生骨料的强度和级配不相同，甚至相差较大，容易导致受力不均，产生局部破坏。此外，用再生细骨料取代天然细骨料会明显降低再生混凝土的抗压强度，原因是再生细骨料组成较为复杂，疏松多孔，力学性能较差，混凝土生产使用过程中内部不易密实。

1.2 抗拉性能

众所周知，混凝土抗拉性能不仅影响混凝土构件的正常使用极限状态，还有可能影响其承载能力极限状态。众多的试验结果表明再生混凝土的劈裂抗拉强度与普通混凝土几乎相同，也有部分研究者在实验中发现再生混凝土的抗拉性能较普通混凝土低6%~10%，但是Sagoe-Crentsil等的实验表明再生混凝土的抗拉强度略高于普通混凝土。再生混凝土抗拉性能的影响因素主要是水灰比、再生粗骨料替代率和弹性模量。Gupta在实验中发现，当水灰比较低时，再生混凝土的抗拉强度低于普通混凝土，水灰比较高时，再生混凝土的抗拉强度高于普通混凝土；再生混凝土的抗拉强度增长规律与普通混凝土相同。再生混凝土的抗拉强度同样受再生粗骨料的替代率影响，随再生粗骨料替代率的增加而减小，当再生粗骨料取代率为100%时，抗拉强度较普通混凝土降低31%左右。其原因在单轴受拉应力-应变关系的相关实验结论中不难得出，再生粗骨料的取代率越高，再生混凝土的弹性模量越小，导致了再生混凝土的抗拉性能较普通混凝土低。当再生粗骨料取代率为50%时，再生混凝土的峰值拉应变较普通混凝土高7%左右，说明此粗骨料替代率时，再生混凝土的受拉形变能力比普通混凝土好。影响再生混凝土抗拉性能的另一主要原因是再生混凝土的弹性模量较低，随着再生粗骨料替代率的增加而逐渐降低，当再生粗骨料取代率为100%是，其弹性模量较普通混凝土低29%左右。

1.3 抗氯离子渗透性

氯盐是一种强电解质，主要以离子形式通过扩散、毛细孔吸收和渗透这三种主要方式进入混凝土内部，与钢筋发生电化学效应，引起钢筋腐蚀、混凝土保护层脱落，严重影响混凝土结构安全和耐久性，因此，抗氯离子渗透性是混凝土使用过程中考虑的主要非力学性能。控制氯离子这三种进入方式的关键因素是控制再生骨料的孔隙率，再生骨料的孔隙率和吸水率较天然骨料高，也就导致再生混凝土的抗氯离子渗透性远低于普通混凝土。

要增强再生混凝土的抗氯离子渗透性，就要降低再生骨料的孔隙率，增大再生混凝土的密实度。通过参考、对比大量研究发现，目前采用最广且最为有效的方法是向再生混凝土中掺入粉煤灰，粉煤灰粒径极小可对再生骨料进行密实填充及二次水化作用，达到降低再生混凝土的孔隙率的效果。随着粉煤灰掺量的增加，再生混凝土的孔隙率逐渐降低，大孔占总孔隙的比例也随之降低；但是，当粉煤灰掺量为30%时，大孔占总孔隙的比例有所回升（见表1）。这说明掺入的粉煤灰不仅降低孔隙率还会改变再生混凝土的孔径级配，大孔占总孔隙的比例先降低到一定限度之后有所回升。大孔利于氯离子的渗透，因此，分析表1可知粉煤灰的掺入量为20%时，再生混凝土抗氯离子性能达到最佳状态。