再生混凝土的研究進展

劉漢娣 徐恩祥 支正東

(1.阜寧縣教師進修學校，江蘇鹽城 224400;2.中煤科工集團南京設計研究院，江蘇南京 210031;3.鹽城工學院土木工程學院，江蘇鹽城 224051)

再生混凝土是將廢棄的混凝土塊經破碎、清洗、分級后，按一定的比例混合形成再生骨料，部分或全部代替天然骨料配置新混凝土。再生混凝土技術的開發(fā)利用，一方面可以解決大量廢混凝土的處理以及由此造成的生態(tài)環(huán)境惡化問題;另一方面，用建筑廢物循環(huán)再生集料替代天然集料，可以減少建筑業(yè)對天然集料的消耗，緩解天然集料日趨匱乏的壓力并降低大量開采砂石對生態(tài)環(huán)境的破壞，保護人類賴以生存的環(huán)境，符合節(jié)能減排、建設低碳型社會的時代主題，符合人類社會可持續(xù)發(fā)展的要求。近年來，再生混凝土作為一種節(jié)約天然砂石資源，保護環(huán)境的綠色混凝土已成為各國研究的熱點。目前，再生混凝土的研究成果主要集中在以下幾方面。

1 再生骨料

1.1 再生骨料的基本特性

骨料的特性對混凝土的工作性、強度、耐久性等各項性能都有很大的影響。再生骨料的特性包括:粒形、表面結構、表觀密度、吸水性、強度、堅固性等。再生粗骨料外觀略為扁平，帶有若干棱角，表面粗糙孔隙多，肉眼可見再生粗骨料表面附著或多或少的水泥砂漿。再生粗骨料這種外觀特征將會降低新拌再生混凝土的工作性，這已經被廣大研究者所公認。

再生粗骨料，由于其表面水泥漿含量較高，因此其表觀密度比天然骨料低、吸水性較高。孫家瑛［1］測得再生粗骨料的表觀密度為 2 530 kg/m3，比天然骨料降低 10%;肖建莊、戴微源等人［2，3］的實驗也得出了相似的結論。孫家瑛［1］測得再生粗骨料的24 h吸水率約為天然粗骨料的6倍，其吸水速率也大于天然粗骨料，再生粗骨料10 min吸水率可達24 h吸水率的77%，1 h吸水率達24 h的90%。而肖建莊［2］的研究結果表明，再生粗骨料的24 h吸水率約為天然粗骨料的23倍，10 min可達飽和程度的85%左右。

不同的研究者所得的結果懸殊數倍甚至數十倍，表明不同再生粗骨料的吸水性有著巨大的差異。而再生粗骨料的吸水率高通常被認為是其相對于天然粗骨料的最重要的特征，在設計再生混凝土的拌合用水量時也起著關鍵作用，所以，確立特定的再生粗骨料吸水率或吸水量與其他指標的數量關系仍然是值得研究的課題。再生粗骨料的強度、堅固性與原生混凝土的強度呈近似線性關系，較天然骨料都表現出較差的性能，但仍然能夠滿足或加以處理后即能夠滿足JGJ 52-2006普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準要求［2］。

1.2 再生粗骨料的分級與檢驗

砂漿含量是再生粗骨料區(qū)別于天然粗骨料的最根本因素。由于再生粗骨料的砂漿含量與表觀密度以及吸水率之間存在著較好的相關性，將表觀密度和吸水率作為再生粗骨料分級的主要參數是合理的可行的［2］。Poon等人［4］指出，磚含量對再生混凝土強度的影響不能忽略，因此在再生粗骨料分級時，應將磚含量作為一個參數加以考慮。

2 再生混凝土的配合比設計及工作性

目前再生混凝土的配合比設計的研究多是基于抗壓強度提出的，鄧旭華、蔣業(yè)浩、戴微源等［3］都曾提出過各種各樣的強度公式，但都有局限性，不能滿足再生集料性能差異大的要求。所以，現階段主要還是在普通混凝土強度公式的基礎上，修正部分參數并最終通過實驗的方法來確定各組分材料的用量。上海市地方標準《再生混凝土應用技術規(guī)程》等提出的將再生混凝土的用水量分為凈用水量和附加用水量的設計方法，目前比較具有可行性。

柯國軍等［5］的研究發(fā)現，當再生骨料的替代率為0%～60%時，其坍落度與基準混凝土基本相同，坍落度損失不大，不會給混凝土施工帶來困難，主要原因是再生集料用量較少;當取代率超過70%時，再生混凝土的坍落度明顯降低;邢振賢，周日農等［6］對廢混凝土破碎物代替粗骨料配制的再生混凝土的施工性能進行研究，結果表明:用廢混凝土配制的再生混凝土拌合物粘聚性、保水性好，流動性可滿足施工要求。

3 再生混凝土的抗壓強度

混凝土的抗壓強度是混凝土各種力學性能中最重要最基本的一項，因此關于再生混凝土抗壓強度的研究進行得最多，研究也相對成熟，得出的研究結論主要分以下三類:

1)再生混凝土的抗壓強度低于普通混凝土。基于對早期研究成果的對比分析，Nixon［7］發(fā)現與普通混凝土相比，再生混凝土的抗壓強度降低，降低幅度最高可達20%。Ramamurthy［8］研究認為再生混凝土的抗壓強度降低的范圍為15%～42%。他們認為再生混凝土抗壓強度的主要原因是由于再生骨料與新舊砂漿之間存在較為薄弱的粘結區(qū)域。2)再生混凝土的抗壓強度可高于普通混凝土。Yoda［9］通過試驗發(fā)現:再生混凝土的抗壓強度較普通混凝土高出8.5%。柯國軍等［5］的試驗得出:使用再生骨料的混凝土，隨再生骨料取代率的提高，強度呈上升趨勢，28 d抗壓強度較相同配比的普通混凝土高出21.6%。研究認為，這主要是再生粗骨料含水率高，自養(yǎng)護條件好的原因。3)再生混凝土的抗壓強度升降趨勢與水灰比和再生粗骨料取代率有關。Gupta等［10］的研究發(fā)現，當水灰比較低時，再生混凝土的抗壓強度低于同齡期普通混凝土的抗壓強度;但是當水灰比較高時，再生混凝土的抗壓強度反而高于普通混凝土。而且，再生混凝土的抗壓強度并不嚴格隨水灰比的增大而減小。在他的試驗中，當水灰比為0.6時，再生混凝土的抗壓強度達到最高，當水灰比為0.55時，抗壓強度反而最低。李佳彬［11］的試驗發(fā)現:當再生粗骨料取代率為50%時，再生混凝土的抗壓強度隨著水灰比的增加先增加后減小，當再生粗骨料取代率為30%，70%和100%時，再生混凝土的強度隨水灰比的增加而降低。

不同研究者結論的差異主要是由于采用的再生骨料、再生混凝土的配合比、試驗條件以及試驗方法存在較大的差異。

4 含有雜質的再生混凝土抗壓強度

作為再生粗骨料主要來源的建筑垃圾都含有磚、泥土、木屑等雜質，清揀分類困難，如果將雜質直接拌入混凝土，并且還能達到令人滿意的強度，對再生混凝土的利用將具有開創(chuàng)作用。

肖建莊［2］的研究表明:當水灰比為 0.74，0.55 和 0.43 時，磚含量(5%，10%，15%)對再生混凝土抗壓強度的影響幅度分別為10%，17%和21%，并且其影響程度都小于再生粗骨料組成成分多樣性。石建光和周清長等人進行了再生混合骨料混凝土的試驗，再生混合骨料包含碎混凝土塊，碎磚、瓷磚以及少量瀝青等其他雜質，試驗表明水膠比對再生混合骨料混凝土性能影響最大，其抗壓強度能夠達到25 MPa，且重量比普通混凝土輕15%左右。目前，國內關于雜質混凝土的研究還不多，資料也甚少，有待補充。

5 再生混凝土的抗?jié)B耐久性

混凝土的抗?jié)B性指混凝土抵抗水分子、氣體分子以及氯離子擴散的能力，其直接關系到混凝土結構的耐久性，因為滲透性控制著水分等物質滲入的速率，除關系到混凝土的擋水及防水作用外，還直接影響混凝土的抗凍性及抗侵蝕性等，因此，混凝土的抗?jié)B性被認為是評價混凝土耐久性的重要指標之一。Rasheeduzzafar等［12］通過試驗研究得出，再生混凝土的水灰比較普通混凝土低0.05～0.1，可達到與普通混凝土相同的抗?jié)B性能。Olorunsogo F.T.，padayachee N.［13］通過試驗，發(fā)現再生混凝土的氯離子滲透性會隨著再生骨料含量的增加而提高，隨養(yǎng)護齡期的延長而減小。在56 d的齡期時，100%再生骨料澆筑的再生混凝土與普通混凝土相比，氯離子滲透指標和吸水性分別增加86.5%和28.8%，而氧滲透指標(OPI)下降10%。對于50%再生骨料澆筑的再生混凝土，56 d齡期時的氯離子滲透指標和吸水性比3 d齡期時分別下降62.7%和42.7%，而氧滲透指標(OPI)增加37.6%。可以看出再生混凝土的抗氯離子滲透性比普通混凝土差。

從現有資料可以看出，對再生混凝土抗?jié)B性的研究相對較多，而且得到了相似的結論，但大部分集中在氯離子滲透性能方面，在抵抗水壓力方面的研究相對欠缺。

6 再生混凝土的單軸受壓應力—應變關系

再生混凝土的應力—應變關系是再生混凝土的基本屬性之一。早在20世紀80年代，某些學者就對再生混凝土應力—應變曲線進行了試驗研究，得出了一些定性的結論:再生混凝土應力—應變曲線的形狀與普通混凝土類似;隨著再生粗骨料的增加，再生混凝土的抗壓強度和彈性模量會降低;與相同配合比下的普通混凝土相比，再生混凝土的軸心抗壓強度并沒有降低，但是峰值應變增大。近年來，宋燦等研究發(fā)現:再生混凝土應力—應變曲線只與再生細集料有關，與再生粗骨料的強度無關;李佳彬等通過試驗得到了不同再生粗骨料取代率下的再生混凝土單軸受壓應力—應變曲線，發(fā)現:隨著再生粗骨料取代率的增加，混凝土的峰值應變增大，再生混凝土的極限應變普遍低于普通混凝土，但是，隨再生粗骨料取代率的增加，極限應變呈增加趨勢。

總結上述結論發(fā)現再生混凝土的破壞過程與普通混凝土極為相似，其應力—應變曲線有著與普通混凝土相同的特點。

7 結論與展望

國內外的研究成果表明，再生混凝土和普通混凝土在原材料、配合比以及施工工藝方面存在很大的差別，現行普通混凝土的標準、規(guī)范等不適合再生混凝土。

目前我國的再生混凝土技術還處于試驗、謹慎使用的初步階段，缺乏較系統(tǒng)的應用基礎研究，技術上也缺少較完善的再生集料和再生混凝土技術規(guī)程和技術標準。雖然國外對再生集料和再生混凝土的研究已經比較深入并且取得了比較豐碩的成果，但必須指出的是:由于混凝土的地域性特點，國外的再生集料、水泥、天然集料與我國的再生集料、水泥、天然集料在組成和性能上差別較大，因而其研究成果只具有一定的參考價值，不能直接用來指導我國再生混凝土在實際工程中的應用。而且由于再生集料自身的復雜性、差異大等特點，所以，在我國開展再生集料和再生混凝土的系統(tǒng)研究具有重要的實際意義。

［1］孫家瑛，蔣華欽.再生粗骨料特性及對混凝土性能的影響研究［J］.新型建筑材料，2009(1):30-32.

［2］肖建莊.再生混凝土［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［3］戴微源.再生混凝土的基本性能及抗彎承載力試驗研究［D］.南京:南京工業(yè)大學，2007.

［4］Poon C S，Dixon Chan.Feasible use of recycled concrete aggregates and crushed clay brick as unbound road sub-base［J］.Construction and Building Materials，2005，19(10):578-585.

［5］柯國軍，張育霖，賀 濤，等.再生混凝土的實用性研究［J］.混凝土，2002(4):47-48.

［6］邢振賢，周日農.再生混凝土性能研究與開發(fā)思路［J］.新型建筑材料，1999(7):29-31.

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

［8］Ramamurthy，K.Properties of recycled aggregate concrete［J］.The Indian Concrete Journal，1998(1):49-53.

［9］Yoda，K.，Yoshikane，T..Recycled cement and recycled concrete in Japan.Proceedings of the Second International RILEM Symposium on Demolition and Reuse of Concrete and Masonry.Tokyo，Japan，1988:527-536.

［10］Gupta S.M.Strength Characteristics of concrete made with demolition waste as coarse aggregate.Proceedings of the International Conference on Recent Development in Structural Engineering，2001:364-373.

［11］李佳彬.再生混凝土基本力學性能研究［D］.上海:同濟大學，2004.

［12］Rasheeduzzafar，Khan A.Recycled concrete a source of new aggregate for concrete［J］.Cement，Concrete and Aggregates(ASTM)，1984，6(1):17-27.

［13］Olorunsogo F.T.，Padayachee N..Performance of recycled aggregate concrete monitored by durability indexes［J］.Cement and Concrete Research，2002，32(2):179-185.