再生混凝土的試驗研究發展綜述

韓 秀

(北方工業大學，北京 100144)

隨著現代建筑的不斷發展，建筑行業對混凝土這一重要建筑材料的需求量日益增長，據統計，我國在2010年水泥產量就已高達19億 t，水泥的大量生產標志著混凝土工程的繁榮和我國建筑業的發展，同時也帶來許多負面影響，一是骨料的長時間開采和消耗造成生態環境破壞、資源面臨枯竭的問題，二是城市改造過程中拆除建筑物產生大量的廢棄混凝土難以處理的問題。再生混凝土將廢棄的混凝土構件經過破碎、篩分出廢棄骨料繼而加以利用，既實現了廢棄混凝土的資源回收再利用，又減少了建筑垃圾的堆積。再生混凝土技術是一種綠色解決方式，環保同時節約自然資源，因此受到國內外專家廣泛關注。

1 再生混凝土材料研究

張海軍[1]通過對混凝土的機械強化方式的研究，認為水泥團聚以及集料周圍的攪拌低效區是影響混凝土強度的重要因素，通過振動攪拌法、雙排攪拌法等方式可以改善界面區性能。從而提高混凝土強度，同時提高該混凝土強度的均勻性。杜婷[2]、胡玉珊[3]通過試驗證明在混凝土中摻入火山灰質混合材料有利于改善集料界面過渡區性能，常用的礦物摻合料包括粉煤灰、礦渣粉、硅灰等。程海麗[4]試驗研究得出的結果顯示，將再生的骨料浸泡在濃度為5%的水玻璃中1 h，能夠顯著提高再生混凝土的抗壓強度，同時不影響其流動性。但是當水玻璃溶液的濃度過高或者再生骨料在溶液中浸泡太長時間，則會對混凝土拌和物的流動性、抗壓強度產生不利影響，甚至會在養護后期使再生混凝土的強度下降。因此強度等級為中低級的再生混凝土浸泡在水玻璃溶液中，能使它的早期抗壓強度有顯著的提高。陳云鋼[5]完成界面強化試驗，結果顯示：摻加kim粉結晶型界面改性劑后再生混凝土抗壓強度提高約20%，對改善混凝土收縮性能、抗滲性能、抗碳化性能等效果不明顯。仝小芳[6]試驗研究了再生粗骨料、粉煤灰、水膠比等各種因素對粉煤灰再生混凝土基本性能的影響，認真分析研究了再生混凝土的內部變形機理。作者用粉煤灰取代拌和物中的等量的水泥，用再生骨料取代等量的天然骨料，再生骨料來源于當地拆除的廢舊混凝土構件，經過破碎篩分得到。通過參考強度等級為C30的普通混凝土的配合比，筆者配制出同等強度的粉煤灰再生混凝土。通過正交試驗發現：將優質粉煤灰適量的加入到再生混凝土中，可以很好的改善它的表觀質量及力學性能，同時粉煤灰的摻入會極大地影響再生混凝土的早期強度，但是28 d抗壓強度與原生混凝土的28 d抗壓強度大小相似，基本沒有變化。

2 再生混凝土的基本力學性能研究

肖建莊[7-9]通過一系列試驗，觀察再生混凝土立方體受壓破壞形態與棱柱體破壞形態，分析發現，界面處的應力集中程度決定著微小裂縫出現時刻的早晚，微細觀結構的抗力薄弱程度決定著微小裂縫發展的快慢，二者皆影響著抗壓強度的大小。再生粗骨料與水泥漿之間的界面不僅多而且很復雜，大部分的界面會變得更加薄弱，但也有部分可能增強，導致再生混凝土力學性質變異性增大。再生混凝土的軸心受拉破壞、彎折破壞形態均與普通的混凝土相似。袁飚[10]、易成[11]試驗發現，再生混凝土出現劈裂破壞時的表現形式，與天然骨料混凝土不太相同，它除了出現再生粗骨料與新水泥砂漿接觸面的粘結破壞，更多的體現為再生粗骨料自身的破碎破壞。張學兵[12]也通過實驗得到結論為，水膠比較高的再生混凝土，其抗拉強度的大小主要與砂漿的強度有關，水膠比較低的再生混凝土，影響其抗拉強度的因素除了砂漿的強度，還包括再生粗骨料的強度。宋燦[13]使用電子顯微鏡觀察再生混凝土破碎后的內部情況，掃描給出了材料界面過渡區的照片，從微觀結構的角度去研究再生粗骨料與新砂漿接觸面上的損傷情況，在澆筑再生骨料混凝土的過程中，由于再生粗集料的吸水性會使再生混凝土的和易性降低，如果不能均勻振搗，將會在再生粗集料與新砂漿界面形成大量的微缺陷?？箟簭姸茸鳛榛炷粮髁W性能指標中最基礎、最重要的一項，一直也是再生混凝土研究中的重點，大部分研究者都會將其抗壓強度與普通混凝土做對比，研究證明，一般情況下再生混凝土的抗壓強度比普通混凝土低，但也有部分的專家研究得到再生混凝土的強度比普通混凝土強度高。Mandal等人[14]通過試驗研究發現，各種齡期的再生混凝土，其抗壓強度值均比普通混凝土的低，并且分析出現這種結果的原因主要是：再生混凝土內部新舊材料間的接觸界面，即天然骨料與舊砂漿以及再生骨料與新水泥砂漿之間，由于材料新舊程度不同導致界面比較薄弱，粘結力較小。日本的Imamoto等人[15]通過一定技術手段對再生骨料進行處理后發現，當再生混凝土應用于混凝土結構時，其效果與普通混凝土的差異并不大。Hansen[16]等有些學者的試驗結果顯示，再生混凝土的抗壓強度值并沒有低于普通混凝土，反而比普通混凝土高出2%～20%，這與許多研究者得出的結論恰好相反。表明再生混凝土的抗壓強度可能高于普通混凝土。Gupta[17]的試驗將再生混凝土與普通混凝土養護相同的時間后比較兩者的抗壓強度大小，得到的結論為：水膠比高時再生混凝土高于普通混凝土，反之則低于普通混凝土。但是試驗并沒有顯示其抗壓強度是嚴格的隨著混凝土拌和物的水膠比增大而變小的。試驗發現，W/C=0.6時的再生混凝土，抗壓強度達到最大值，而W/C=0.55時的再生混凝土，卻是抗壓強度最小的時刻。李佳彬等人[18,19]通過制作600多塊不同種類的再生混凝土試件進行對比試驗，分別研究不同因素對再生混凝土立方體抗壓強度的影響。首先分析再生骨料取代率的影響，發現不管取代率是多少，再生混凝土與普通混凝土的抗壓強度的對比以養護齡期90 d為臨界點，90 d之前再生混凝土強度增長明顯快于普通混凝土，90 d之后則呈現相反規律，即普通混凝土強度增長較快。再生粗骨料的取代率對抗壓強度影響很大，總體而言，抗壓強度隨再生粗骨料取代率的增大而減小。另外，水灰比的大小也是決定再生混凝土抗壓強度值的關鍵指標，具體體現為抗壓強度與水灰比成反比，隨水灰比增加而降低。試驗數據還得到，不同再生骨料取代率的再生混凝土，它的抗壓強度變異系數值均與普通混凝土之間差距并不大，這說明取代率對抗壓強度差異系數并沒有很大影響?？聡姟垇喢返热薣20,21]的研究結果則得出，當兩種混凝土的設計配合比相同時，再生混凝土的抗壓強度要高于普通混凝土，分析原因認為有兩方面：1)再生粗骨料與新水泥砂漿間會發生某些化學反應，導致二者之間有比較好的相融性；2)再生粗骨料的表面有許多破壞痕跡，比較粗糙，能夠在接觸界面處有很強的咬合作用。鄧旭華[22]試驗研究得到，水灰比與其再生混凝土的抗壓強度大小密切有關，并給出水灰比為0.57的一個相對界限，即水灰比大于和小于這個界限時，二者之間的相關性是完全相反的。M．C．Limbachiya等人[23]通過試驗研究了高強混凝土的早期強度變化規律，發現當再生骨料的取代率不大于30%時，取代率對再生混凝土幾乎沒有多少影響，這種情況下配置出來的高強再生混凝土的耐久性以及它的工程性質與天然骨料混凝土是相同的。李旭平[24,25]進行了一系列的再生混凝土試驗研究，包括抗壓、單軸抗拉、劈裂抗拉、抗折、中心抗拔以及高溫等試驗。對這些基本力學性能進行系統的分析得出以下結論：再生混凝土的材質比普通混凝土更脆，塑性更差。再生混凝土的σ—ε曲線的總體走勢與普通混凝土一致，但是應變量的峰值明顯小于普通混凝土，同時，混凝土的抗壓強度增大，其峰值應變會有一定增加。當兩種混凝土的抗壓強度相同時，再生混凝土的彈性模量E比普通混凝土的小，是因為再生骨料本身的彈性模量就低于天然骨料。但是比較兩種混凝土的泊松比ν的大小時，會發現二者差距并不大。高溫后對再生混凝土試塊進行抗壓試驗結果表明，低于400 ℃時，隨溫度升高，抗壓強度有所增加，高于400 ℃時，隨溫度升高，抗壓強度有明顯降低。

3 結語

再生混凝土符合我國可持續發展的戰略，是未來建筑材料的發展趨勢，因此對再生混凝土進行更深入的研究刻不容緩，雖然目前許多國內外學者已經進行了大量的試驗研究并有了一些成果，但是未來想要更好的將再生混凝土應用工程實際，還有許多問題需要研究。

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