再生骨料混凝土的工程应用现状和基本性能分析

【摘 要】本文分析国内外再生混凝土在工程中的应用现状，通过对再生混凝土研究的进展和成果进行分析，总结了再生骨料混凝土基本力学性能、耐久性、工作性的特点，并提出了改善这些性能的方法。

【关键词】再生骨料混凝土；力学性能；耐久性；和易性

【Abstract】This thesis summarizes the the freatures of the Recycled aggregate concrete： with basic mechanical properties， durability， workability， and proposes the methods for improving these characteristics. By analyzing the application status of national and international Recycled concrete， together with the progress and result of its research.

【Key words】Recycled aggregate concrete； Mechanical properties； Durability； Workability

0 引言

建筑业是我国国民经济的支柱产业，它可以带动建材、化工、冶金、机械、运输等行业的发展，近年来得到突飞猛进的发展，建筑更新速度越来越快，但是随之产生的建筑废弃物也越来越多，因此，开展以建筑废料生产再生骨料制备再生混凝土的新技术，具有巨大的社会效益，环境效益和经济效益，其发展前景非常可观。再生骨料混凝土是指利用废弃混凝土破碎加工而成的再生骨料，部分或全部的取代天然骨料制备而成的新混凝土，近年来国内外再生混凝土技术的研究与开发得到很大的发展。

1 再生混凝土的工程应用现状

欧美及日本等国家和地区对再生混凝土的研究应用起步比较早，20世纪50年代一些国家就对再生混凝土的处理及应用进行研究，并取得了显著的成效，有些国家甚至还采用立法的形式来保证此项目应用研究的发展[1-2]。

欧美国家中德国、英国、苏联、荷兰、丹麦、美国等国家对再生混凝土的研究比较早并制定了关于再生混凝土的一些标准。荷兰由于自然资源相对匮乏的原因，对建筑废弃物的再生利用十分重视，是最早开展再生骨料混凝土研究和应用的国家之一，自1997年起，规定禁止对建筑废弃物进行掩埋处理，建筑废弃物的再利用率几乎达到了100%。同时荷兰制定了本国的再生骨料国家标准，其中规定再生骨料取代天然骨料率按质量计为20%。德国目前生产的再生混凝土主要用于公路路面，该国的钢筋混凝土委员会于1998年8月提出了“在混凝土中采用再生集料的应用指南”，要求采用再生集料配制的混凝土必须完全符合普通混凝土的国家标准。德国的再生骨料技术标准，将再生粗骨料分为4个等级，并对再生骨料的最小密度、矿物成分、沥青含量、最大吸水率等做了详细规定。英国将再生粗骨料分为3个等级，并指出再生粗骨料中掺加天然骨料会改善再生骨料的性能。丹麦是建筑废弃物有效利用技术比较成熟的国家，1989年10月，丹麦混凝土协会制定了再生骨料技术标准，将再生粗骨料分为2个等级，并对再生骨料的饱和面干表观密度、轻骨料含量、杂质含量以及粒度分布等做了详细规定。

亚洲国家中日本和韩国对再生混凝土的研究应用比较早。日本十分重视废旧混凝土的再生资源化和有效利用，对再生混凝土的研究始于20世纪70年代，并于2005年制定了《混凝土用再生骨料H》（高品质）的国家标准（JIS A5021）、于2006年制定了《使用再生骨料L的混凝土》（低品质）的国家标准（JIS A5023）、于2007年制定了《使用再生骨料M的混凝土》（中品质）的国家标准（JIS A5022），为再生骨料的推广应用提供了必要的技术支持和技术保障。

我国再生混凝土应用研究起步较晚，国内再生骨料的应用还处于试验、谨慎使用阶段，技术应用上缺乏较完善的再生混凝土技术规程。目前，国内数十家大学和研究机构都开展了再生混凝土的研究工作并已逐渐深入。同济大学等高校开展了将混凝土废弃物用于道路工程基层、面层、土基及防护工程的研究，并在河南、湖北等地的旧路改造中进行了现场试验研究，在同济大学校内用水泥混凝土废弃物加工料建设了一条道路，昆明理工大学在新校区的建设中利用废弃混凝土铺设道路[3]。

2 再生混凝土的性能

2.1 再生混凝土的基本力学性能

由于制备再生骨料的原始混凝土在使用过程中在荷载、温度、环境等得作用下，其内部结构发生变化，同时再生骨料在加工过程中收到碾压，使得再生骨料的内部结构较天然骨料更加复杂，因此，普通混凝土和再生骨料混凝土的物理力学性能有很大的差别。国内外对再生混凝土基本力学性能的做了较多研究，但是由于不同的研究者用于制备再生骨料的旧混凝土强度等级、使用环境、碳化程度不一致，而且再生骨料的加工工艺也存在着差别，导致得出来的结论大部分有一定的差别。

2.1.1 抗压性能

肖建庄[4]、Buck[5]等均发现再生混凝土的抗压强度随龄期的发展规律与普通混凝土类似。其中肖建庄[4]还指出再生混凝土在早期抗压强度增长较多，其原因可能是再生骨料在拌合过程中吸收的一部分拌合水会随着水泥水化的进行释放出来，保证再生混凝土在较长时间内保持一定的湿度。再生混凝土抗压强度低于同配合比的普通混凝土，同时再生骨料的取代率对再生混凝土的抗压强度影响也很大，再生混凝土的抗压强度随再生骨料的取代率的增加而降低，马彦飞等[6]的试验发现当再生骨料的取代率从25%增加到100%时，再生混凝土的28d抗压强度较同配合比的普通混凝土降低15%～30%。适量掺量的粉煤灰可提高再生混凝土的抗压强度，王武祥等[7]研究表明粉煤灰在一定范围内可以提高再生混凝土的抗压强度，不同组成不同配合比再生混凝土存在各自适宜的粉煤灰掺量。水灰比对再生混凝土的强度影响很明显，随着水灰比的增加，再生混凝土的抗压强度降低。

2.1.2 抗拉性能

再生混凝土的抗拉强度较同配合比的普通混凝土低，而且随取代率的增加而减少。Ravindrarajah等[8]发现再生混凝土的抗拉强度较同配合比的普通混凝土低10%。周辉等[9]发现再生混凝土的劈裂抗拉强度随再生粗骨料取代率的增长而降低，且混凝土结构设计中规程中的劈裂抗拉强度关系式不适合再生混凝土。

2.1.3 抗折性能

同配合比的再生混凝土的抗折强度低于普通混凝土的抗折强度。肖建庄等[10]从再生骨料取代率分别为0、30%、50%、70%、100%时的再生混凝土棱柱体试块的抗折试验中得出与普通混凝土相比，再生混凝土的抗折强度低很多。Mandal等[11]的试验结果表明，再生混凝土各龄期的抗折强度均低于普通混凝土，平均低12%。

2.2 再生混凝土的耐久性

2.2.1 抗冻性

再生集料很容易吸水饱和，10分钟可达饱和程度的85%以上，30分钟可达饱和程度的95%左右，因而再生粗集料容易先于新水泥基体发生冻融破坏，成为再生混凝土抗冻性能的薄弱环节导致再生混凝土的抗冻性能明显低于普通混凝土。再生混凝土受冻前的养护条件和养护龄期对抗冻性影响很大，再生混凝土在受冻前需要养护较长时间才能使后期强度不受影响，覃银辉等[12]对再生混凝土的抗冻性能研究表明预养龄期对再生混凝土的受冻有利，即预养护龄期越长，后期强度越高。掺加引气剂改善再生混凝土的性能有明显的效果。降低水灰比，掺加掺合料以细化混凝土内部的孔结构，减少再生粗集料最大粒径及再生集料的强化，均能提高再生混凝土的抗冻性能。

2.2.2 抗渗性

再生集料在破碎过程中产生的裂缝及其表面老水泥砂浆的孔隙大大增加了再生混凝土的孔隙率，从而增大其渗透能力，所以再生混凝土的抗渗性能低于同配比的普通混凝土，而且再生混凝土的抗渗性能随着再生集料的取代率的增大而降低。混凝土的抗渗透性能与其孔隙率或密实度直接相关，因而提高混凝土密实度的方法均可以起到改善其抗渗性的效果。张李黎等[13]通过试验研究发现再生混凝土的抗渗性能随着水灰比的增大而降低，随强度的增大而增大。掺加适量的矿物掺合料及外加剂（减水剂、引气剂等）对再生集料进行改性处理均可以提高再生混凝土的抗渗性能。

2.2.3 抗碳化性

再生混凝土的抗碳化性能跟抗渗性有相关性，特别是抗气渗性，随着再生骨料的取代率的增加，再生混凝土的抗渗性能降低，再生混凝土的碳化深度增大，主要原因是再生骨料的表面较为粗糙，孔隙较多，密度较天然骨料低，随着再生骨料取代率的增加，再生混凝土的密实度降低，抗气渗性下降，CO2扩散速度加快，碳化深度也就越大。同理，再生混凝土的抗碳化性随水灰比增大而增加。孙浩[14]研究发现掺加矿渣粉，钢渣粉可以减少碳化深度，但掺量不宜过大（矿渣粉掺量不大于30%，钢渣粉的掺量不大于10%）。

2.3 再生混凝土的工作性能

混凝土的工作性能用和易性来表征，和易性直接影响到混凝土搅拌、运输、浇注、捣实等施工作业，关系到能否获得质量均匀和密实的混凝土。和易性为一综合技术性能，包含流动性、黏聚性、保水性三方面的含义。再生骨料比天然骨料吸水率大、孔隙多、表面较为粗糙，而且再生骨料含有大量的旧的水泥砂浆导致再生混凝土中砂浆含量多，从而导致再生混凝土的流动性较同配合比的普通混凝土差，保水性和黏聚性比同配合比的普通混凝土好。马静[15]通过对不同取代率再生骨料混凝土的和易性的研究中发现随着再生骨料取代率增大，新拌混凝土的流动性变得越来越差，而此时的混凝土的黏聚性变得越来越好；适量的减水剂可以增强混凝土的流动性。

3 再生混凝土的发展趋势

混凝土的生产消耗大量的资源和能源，未经处理的废弃混凝土还会对环境造成污染、影响市容。随着资源、能源、环境问题的日益严峻，对废弃混凝土进行有效、合理的利用是环境保护和可持续发展的迫切需要，这样会加速人们对再生混凝土的研究开发利用。随着对再生混凝土性能的进一步试验研究，其各项性能必将得到大幅改善，并大量应用于工程中，再生粗骨料也将应用于商品混凝土，提高废弃混凝土循环再利用的效率。充分利用工业废料和外加剂开发高强、高性能再生混凝土，是再生混凝土的发展趋势。

【参考文献】

[1]Nixon P J， Recycled concrete as an aggregate for concrete-A review [J]. Materials and Strucctures， 1978， 11 （6）：371-378.

[2]杜婷，李惠强，吴贤国.再生混凝土技术的研究现状和存在问题[J].建筑技术，34（2）：133-134.

[3]孙岩，孙可伟，郭远臣.再生混凝土的利用现状及性能研究[J].混凝土，2010，245（3）：105-107.

[4]肖建庄，李佳彬、孙振平.再生混凝土抗压强度研究[J].同济大学学报，2004，32（12）：1558-1561.

[5]Buck A D. Recycled concrete as a source of aggregate[J]. Journal of ACI， 1977：212-219.

[6]马彦飞，徐晓勇.再生混凝土抗压性能的试验研究[J].江苏建材，2010（1）：21-24.

[7]王武祥，程清波.粉煤灰掺量对再生混凝土性能影响的研究[J].混凝土与水泥制品，2010（1）：4-8.

[8]Ravindrarajah R，Tam C T. Recycled concrete as fine and coarse aggregates in concrete [J]. Magazine of concrete Research， 1987，39（141）：214-220.

[9]周辉，龚爱民，江仓明，彭玉林.再生混凝土取代率对混凝土力学性能的影响[J].西部探矿工程，2008（5）：158-160.

[10]肖建庄，李佳彬.再生混凝土强度指标之间的换算关系的研究[J].建筑材料学报，2005，8（2）：197-201.

[11]Mandal S，Gupta A.Strength and durability of recycled aggregate concrete[C]//IABSE Symposium Melbourne. Melbourne，Astralia，2002.

[12]覃银辉，邓寿昌，张学兵，刘付华，彭相华.再生混凝土的抗冻性能研究[J].混凝土，2005（12）：49-52.

[13]张李黎，炳康，胡波.生混凝土抗渗性能研究[J].合肥工业大学学报，2009，32（4）：08-510

[14]孙浩.粗集料和掺合料对再生混凝土性能的影响研究[D].上海：同济大学，2006.

[15]马静，王振波.不同取代率再生粗骨料混凝土的和易性[J].山西建筑，2009，35（24）：170-171.