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再生混凝土強(qiáng)度的影響因素分析

韓宇瀚

（太原太工天昊土木工程檢測有限公司  山西，太原 03024）

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，中國的建筑行業(yè)正高速發(fā)展中，建筑行業(yè)的興起帶動原材料的大量使用，其中使用量最大的是混凝土，而且每年有大量的建筑被拆除，產(chǎn)生了大量的建筑垃圾，建筑垃圾一方面占據(jù)著大量的耕地面積，同時(shí)對生態(tài)環(huán)境造成了大量的污染。再生混凝土將廢棄建筑垃圾變廢為寶，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，解決了關(guān)于國家限制天然砂石開采導(dǎo)致的骨料匱乏。文章從再生混凝土入手，探究影響再生混凝土性能的各種因素，并進(jìn)行詳細(xì)論述。

關(guān)鍵詞：建筑；原材料；混凝土；再生混凝土 

0引言

    建筑行業(yè)的興起帶動了中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)對于原材料的需求量也越來越多，每年光拆遷產(chǎn)生的廢棄建筑垃圾也在不斷的上升，再生混凝土的應(yīng)用既可以解決建筑垃圾的問題，同時(shí)可以緩解天然骨料的需求量，達(dá)到經(jīng)濟(jì)與社會效益并重。

    再生混凝土即將廢棄混凝土進(jìn)行二次利用，作為骨料摻入到新拌混凝土中形成的制品。國內(nèi)外有大量關(guān)于再生混凝土的研究，其中荷蘭是對再生混凝土研究最早的國家，20世紀(jì)80年代關(guān)于再生混凝土制備素混凝土、鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的研究制定了相關(guān)的規(guī)范[[i]]。中國關(guān)于再生混凝土的研究晚于國外，但是到目前為止，這個(gè)課題的研究也取得了很多的成果。顧佳勛研究再生混凝土砌塊技術(shù)已經(jīng)獲得了國家的專利，而且同濟(jì)大學(xué)的肖建莊對再生混凝土的各項(xiàng)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得到再生混凝土在一定摻量下可以滿足建筑結(jié)構(gòu)的受力，完全可以用于實(shí)際施工中。

再生混凝土強(qiáng)度不同的影響因素除了跟影響普通混凝土強(qiáng)度的因素一樣外還包括再生骨料的物理性質(zhì)（原生混凝土的性質(zhì)）和再生骨料的替代率。

1.再生骨料的強(qiáng)化

1.1化學(xué)強(qiáng)化

    化學(xué)強(qiáng)化即再生骨料和某些化學(xué)試劑進(jìn)行反應(yīng)，用以消耗那些對強(qiáng)度沒有影響的物質(zhì)，然后生成有利于提高強(qiáng)度的化學(xué)成分。一般化學(xué)試劑包括聚合物、純水泥漿、有機(jī)硅防水劑以及水泥外摻Kim粉等。毋雪梅[[ii]]就通過浸漬法強(qiáng)化再生骨料進(jìn)行再生混凝土的研究，在文獻(xiàn)中采用了無機(jī)復(fù)合堿性激活劑和有機(jī)復(fù)合酸脂，然后再生骨料在這些試劑中進(jìn)行浸漬處理，改善了再生骨料的特性，見表1-1.表中的結(jié)果表示經(jīng)化學(xué)試劑處理過的再生骨料的吸水率降低了，而且無機(jī)浸漬的效果明顯優(yōu)于有機(jī)浸漬的結(jié)果，壓碎指標(biāo)和表觀密度同樣與吸水率有相同的影響結(jié)果。

表1-1 再生骨料特性比較 

表中的H、Z、HZ分別表示混凝土塊再生骨料、磚塊再生骨料、混凝土塊再生骨料與磚塊再生骨料各占50%

1.2物理強(qiáng)化

    物理強(qiáng)化使用機(jī)械設(shè)備對拆除的建筑垃圾進(jìn)行破碎處理，主要是通過物理的方法對廢棄混凝土的表面進(jìn)行簡單的處理，除去表面的水泥砂漿以及部分顆粒的棱角。目前為止，關(guān)于物理強(qiáng)化方法主要有臥式回轉(zhuǎn)研磨法、立式偏心裝置研磨法、磨內(nèi)研磨法以及加熱研磨法這四種[[iii]]。一般工程上采用自研磨（再生骨料通過回轉(zhuǎn)的滾筒，依靠自重摩擦）、球磨以及機(jī)研磨，這幾種研磨方法的對比[[iv]]如表1-2.結(jié)果顯示再生骨料的壓碎指標(biāo)在物理強(qiáng)化作用下基本上都降低了50%，其中經(jīng)球磨后的壓碎指標(biāo)下降的最厲害。

表1-2 三種不同研磨對再生骨料性能的影響

Table 1-2 Three different grinding effect on the properties of recycled aggregates

2.再生混凝土強(qiáng)度的影響因素

2.1 原生混凝土對再生混凝土強(qiáng)度的影響

    外國學(xué)者[[v]]曾使用過原生混凝土強(qiáng)度為14MPa的混凝土制備混凝土強(qiáng)度為16MPa和20MPa再生混凝土?xí)r，發(fā)現(xiàn)圓柱體和立方體抗壓強(qiáng)度均有所下降，前者下降了33%，后者下降了23.5%，同時(shí)外國[[vi]]學(xué)者對高強(qiáng)再生混凝土進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其應(yīng)力-應(yīng)變曲線相似于普通混凝土，因此可以得出結(jié)論，原生混凝土的強(qiáng)度等級對于再生混凝土強(qiáng)度等級的影響并不是很大，而且相關(guān)文獻(xiàn)表明[[vii]]：再生混凝土水泥基體強(qiáng)度大于原生混凝土的水泥基體強(qiáng)度時(shí)，這時(shí)原生混凝土的強(qiáng)度等級會對再生混凝土的強(qiáng)度等級產(chǎn)生比較顯著的效果。

2.2 水灰比對再生混凝土強(qiáng)度的影響

    在普通混凝土的制備過程中要嚴(yán)格控制水灰比，因?yàn)樗冶仁腔炷翉?qiáng)度等級的一個(gè)顯著影響因素，因此在再生混凝土的制備過程中，同樣要注意水灰比的控制，相關(guān)文獻(xiàn)[[viii]]表明，當(dāng)水灰比提高0.1，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，降低率為20%左右。水灰比比較低時(shí)，再生混凝土的性能與普通混凝土呈現(xiàn)出不同的性能。當(dāng)水灰比為0.45以下時(shí)，再生混凝土相比于普通混凝土，強(qiáng)度可以下降30%；水灰比的比值在0.35-0.45之間時(shí)，再生混凝土的強(qiáng)度與普通混凝土強(qiáng)度之間的差異隨著水灰比的增加而逐漸減少；當(dāng)水灰比大于0.45時(shí)，再生混凝土的強(qiáng)度等級可以達(dá)到同配比下普通混凝土的強(qiáng)度。

高效減水劑是否在混凝土的配合比中導(dǎo)致水灰比的變化對再生混凝土的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)不同的影響趨勢。在不摻高效減水劑的情況下，水灰比小于0.57時(shí)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著水灰比的增大而增大，在這個(gè)范圍內(nèi)特定的水灰比下，甚至出現(xiàn)了再生混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯高于同配合比下的普通混凝土的抗壓強(qiáng)度，究其緣由可能是流動性起了決定性的作用，而水灰比的影響次之。還有可能就是再生骨料在拌和過程中將拌合水吸收，導(dǎo)致整體混凝土配合比中的水灰比下降，強(qiáng)度增大。若是試驗(yàn)配比中摻合高效減水劑，水灰比為0.60時(shí)配置的再生混凝土抗壓強(qiáng)度會低于原生混凝土抗壓強(qiáng)度，而且隨著再生骨料替代天然石子的數(shù)量的增加強(qiáng)度減少值逐漸增加。隨著水灰比的下降，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度開始增加，而且當(dāng)水灰比為0.26或者是0.40時(shí)再生混凝土的抗壓強(qiáng)度比普通混凝土抗壓強(qiáng)度大。高效減水劑的存在下，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著水灰比的增加而減小。

劈裂強(qiáng)度方面，隨著水灰比的增加，再生混凝土與基準(zhǔn)混凝土之間的差異逐漸減少，在高水灰比的情況下，兩者的抗拉強(qiáng)度基本持平。

2.3 再生骨料替代率對再生混凝土性能的影響

    再生骨料的摻入量逐漸增大會使得混凝土的各種性能有不同程度的下降。同塌落度的情況下，再生骨料的增加使得混凝土抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度以及彈性模量同普通混凝土相比下降的幅度逐漸增加。M.c.Limbachi[[ix]]的研究理論認(rèn)為再生骨料的最佳替代率為30%時(shí)得到的再生混凝土的抗壓強(qiáng)度跟基準(zhǔn)混凝土有相同的強(qiáng)度等級，而隨著替代率的增加混凝土強(qiáng)度逐漸下降。

再生混凝土的干縮隨著再生骨料的增加而增加，主要是由于殘留在再生骨料上的水泥砂漿增加了再生混凝土的水泥漿的數(shù)目[[x]]。

2.4 礦物摻合料對再生混凝土性能的影響

    礦物摻合料的添加可以提高混凝土的各種性能，再生混凝土中添加粉煤灰會對強(qiáng)度和彈性模量產(chǎn)生一定的影響，文獻(xiàn)[[xi]]表明粉煤灰的摻入對再生混凝土的早期強(qiáng)度有所下降，但是對其后期強(qiáng)度提高有顯著的影響，同時(shí)可以有效的減小應(yīng)力應(yīng)變比。

    硅粉的摻入同樣可以影響再生混凝土的性能，但是不是直接影響強(qiáng)度的變化，再生混凝土承受持續(xù)荷載115天后，再生混凝土的強(qiáng)度會下降9.03%，但是摻硅粉后，抗壓強(qiáng)度僅僅下載了0.85%,因此在再生混凝土的配合比中摻入一定量的硅粉對混凝土性能是有利的。

    若是將硅粉和粉煤灰兩種物質(zhì)同時(shí)摻入到再生混凝土中，可以解決粉煤灰單摻對再生混凝土早期強(qiáng)度的問題，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明[[xii]]，兩者最佳的摻量組合是1：2（粉煤灰：硅粉）。

3.結(jié)論

    再生混凝土可以解決建筑廢棄物的問題，緩解建筑行業(yè)骨料限制開采的局限，同時(shí)可以改善生態(tài)環(huán)境，這里存在兩大方面的課題：

    一種是簡單的將廢舊混凝土粉碎，當(dāng)做骨料來使用，這里需要我們解決粉碎的工藝和設(shè)備問題，以及粉碎后骨料的質(zhì)量評價(jià)問題。

    另一方面，將廢舊混凝土進(jìn)行深加工，制備輔助膠凝材料，如超細(xì)粉料，利用未水化顆粒的活性，還有微觀的填充效應(yīng)，改善混凝土的膠凝組分，改善混凝土的力學(xué)和長期力學(xué)性能。這都需要對生混凝土的配置需要進(jìn)行一系列的試驗(yàn)得出再生混凝土的最有配合比，其中各種可以影響再生混凝土性能的因素應(yīng)加以考慮，其中包括原生混凝土的性能、水灰比、再生骨料的替代率以及摻合料和外加劑的加入，這些因素要合理的配置才可以滿足混凝土的基本性能。