建筑垃圾再生粗细骨料混凝土制备与性能研究10-9-21.ppt

建筑垃圾再生粗细骨料混凝土 制备与性能研究 北京建筑工程学院 宋少民 课题背景 近年来，中国建设规模之大，史无前例， 2009年混凝土产量超过30亿m3。消耗大量的天 然资源。以北京为例，用于混凝土的优质河砂 已经十分短缺，混凝土用砂质量堪忧，含泥量 大、细度细。与此同时，废旧建筑拆除产生大 量的建筑垃圾造成不断加重的垃圾围城现象。 建筑垃圾围城放错地方的资源 u经济日报以“建筑垃圾放错地方的资源”为题 采访我院陈家珑教授。今年6月11日温家宝总理为 此做出批示，建设部、工信部等政府部门正在积 极推进，建筑垃圾资源化大规模利用呈现曙光。 建筑垃圾再生粗细骨料在混凝土中的利用 绝大部分再生混凝土是再生粗骨料混凝土， 也就是说仅把建筑垃圾加工处理成的粗骨料用 于混凝土制备。学术界比较多的结论是掺入再 生细骨料后再生混凝土的强度和耐久性都会有 很大程度降低。上海市地方标准再生混凝土 应用技术规程也建议再生细骨料不宜用作配 制房屋结构与道路结构混凝土。 建筑垃圾再生粗细骨料在混凝土中的利用 在满足使用要求性能的前提下，将建筑垃圾再生细 骨料作为混凝土细骨料的一部分，具有重要意义。理由 是在混凝土中应用量大、面广、二次能耗低，在加工处 理建筑垃圾时产生的细颗粒比例相对较大，如果禁止在 最大宗的结构材料混凝土中使用，会造成再生细骨 料的排放和环境问题，对于大量、及时地消化、循环利 用建筑垃圾不利。廉慧珍教授提出“建材利废也需要节 能、减排”的观点，认为如果利用时过分不恰当地增加 处理的能耗或排放，就与利废的目的相悖。 混凝土再生骨料废弃混凝土和砂浆 课题组认为，以废砖瓦为主体的建筑垃圾 处理后宜作为再生砖瓦原材料，所以本研究涉 及的建筑垃圾再生骨料是以废弃混凝土和砂浆 为主体。 再生骨料 表1再生粗骨料物理性质 含泥量 （%） 压碎指标 (%) 含水量 (%) 24h吸水率 (%) 表观密度 (kg/m3) 松散堆积密度 (kg/m3) 针片状颗粒含 量 (%) 1.63123.52.1259014306.6 表2 再生细骨料物理性质 细度模数 堆积密度（kg/m3）表观密度（kg/m3）细粉含量（%） 吸水率（%） 2.814302560 911.4 再生细骨料掺量对混凝土性能的影响 表3再生细骨料取代率对混凝土用水量和强度的影响 编号 各材料用量（kg/m3）用水量强度 bw/bcfa人工s再生s再生g减水剂r（kg/m3）（mpa） 14150.3127014534034010201250%13059.9 24150.3327014527240810201260%13652.3 34150.3527014520447610201270%14546.1 44150.3727014513654410201280%15240.2 54150.392701450680102012100%16034.4 粉煤灰掺量对混凝土性能的影响 编号 各材料用量（kg/m3） bw/bcfafa(%)人工s再生s再生gw减水剂 64150.429112430%136544102016612 74150.427014535%136544102016612 84150.424916640%136544102016612 94150.422818745%136544102016612 104150.420820750%136544102016612 粉煤灰掺量对混凝土性能的影响 u粉煤灰掺量变化对再生混凝土28天抗压强度的影 响见图。总体上看随着粉煤灰掺量增大28天强度 降低，但可以看出掺量在30-35%时，对强度影响 不大。 粉煤灰掺量变化与再生混凝土水胶比的调整 覃维祖教授提出：为了配制出强度满足工程 要求的粉煤灰混凝土,需在增加粉煤灰掺量的 同时降低水胶比。如果按照浆体体积恒定的 原则进行配合比设计,则恰好可以符合上述要 求。因为粉煤灰的密度约为水泥的2/3,当用 粉煤灰等质量取代水泥时粉体体积就会增大, 要保持浆体体积不变,则会降低用水量。 粉煤灰掺量变化与再生混凝土水胶比的调整 这样也就在增大粉煤灰掺量的同时降低了水 胶比,不会因为粉煤灰掺量增大带来明显的 强度发展速率损失,而满足工程对混凝土强 度的要求。我们受到这一技术路线启示在再 生混凝土配合比研究中随着粉煤灰掺量变化 调整水胶比。 粉煤灰掺量变化与再生混凝土水胶比的调整 编 号 各材料用量（kg/m3） b w / b c f a fa % 人 工 s 再 生 s 再 生 g w 减 水 剂 11 39 0 0. 4 6 2 9 3 9 7 25 13 6 54 4 10 2 0 17 9 12 12 40 2 0. 4 3 2 8 1 1 2 1 30 13 6 54 4 10 2 0 17 3 12 13 41 5 0. 4 0 2 7 0 1 4 5 35 13 6 54 4 10 2 0 16 6 12 14 42 6 0. 3 7 2 5 6 1 7 0 40 13 6 54 4 10 2 0 15 8 13 15 44 1 0. 3 4 2 4 3 1 9 8 45 13 6 54 4 10 2 0 15 0 13 粉煤灰掺量变化与再生混凝土水胶比的调整 在粉煤灰掺量小于35%，水胶比大于0.4时,对坍 落度几乎没有影响，粉煤灰掺量大于35%，水胶比小 于0.4时,对坍落度影响开始表现出来，随着粉煤灰掺 量的增加、水胶比的降低坍落度减小。但粉煤灰掺量 增大时虽然坍落度降低，但可以满足施工要求。 粉煤灰掺量变化与再生混凝土水胶比的调整 粉煤灰掺量25%30%35%40%45% 3d强度（mpa ） 14.516.017.415.914.3 7d强度（mpa ） 21.123.426.622.320.0 28d强度（ mpa） 30.235.336.733.229.9 可以看出采用此技术路线配制混凝土对再生混 凝土早龄期强度影响不大，当粉煤灰掺量30-35%， 水胶比0.4时，强度相对较高。 再生混凝土坍落度损失与控制方法试验 u再生细骨料掺量对再生混凝土坍落度损失的 影响 组号bc fsrsrgw 坍落度（mm） 0h 1 h 1641527014568001020186235200 174152701455441361020191225110 18415270145408272102019420530 19415270145272408102020221525 2041527014513654410202082000 再生混凝土坍落度损失与控制方法试验 u从试验结果可以看出，如果使用干燥骨料， 由于再生细骨料吸水率很大，所以坍落度损 失较大，严重影响预拌再生混凝土的泵送施 工。 预湿再生细骨料对再生混凝土坍落度损失的影响 u针对再生细骨料吸水率的特点，我们借鉴轻 骨料混凝土预湿骨料的做法，将再生细骨料 进行预湿。具体方法是浸泡再生细骨料2小 时，晒至不流水。采用再生细骨料掺量分别 为20%、40%、60%的三组再生混凝土进行试 验，配合比与坍落度控制情况见表。 预湿再生细骨料对再生混凝土坍落度损失的 影响 组号bc fsrsrgw 坍落度（mm） 0h 1 h 214152701455441361020173230230 224152701454082721020158235225 234152701452724081020159230150 从试验可以看出预湿再生细骨料的方法可 以有效解决再生混凝土坍落度损失大的问题。 预湿与干燥再生细骨料混凝土强度对比 组号3天强度7天强度28天强度 1619.829.238.1 1720.128.438.5 1820.828.436.2 1918.324.434.4 2016.323.932.8 2121.025.634.4 2219.225.033.6 2316.021.429.6 从强度数据可以看出，预湿骨料的做法对 强度的影响不大，基本上在10%以内。 问题探讨再生细骨料对混凝土性能的影响分析 首先，再生细骨料对混凝土新拌性能的影响体现在对 粘聚性和保水性有利，这是由于再生细骨料具有吸水 率高的特点。另一方面，如果使用干燥再生细骨料则 会造成坍落度损失大的问题，原因同上。解决的有效 措施是预湿再生细骨料，当然，这样可能导致再生细 骨料中的细粉流失，但是可以通过控制预湿工艺和调 整矿物掺合料用量的方法解决。 问题探讨再生细骨料对混凝土性能的影响分析 第二，再生细骨料掺量大于60%时对强度影 响较大，主要原因是再生细骨料的缺陷多 ，粘土等杂质多。因此在混凝土中使用时 宜适当控制掺加比例。 问题探讨再生粗细骨料混凝土制备的技术路线 依据高密实配合比设计理论，利用建筑垃圾再生 粗细骨料以及混凝土掺合料的合理堆积，实现再生 混凝土的密实堆积； 通过掺加优质矿物掺合料及相 对适应性较好的外加剂，在控制浆体体积不变或增 加不大的前提下，降低水胶比。粉煤灰在再生混凝 土中的作用和对普通混凝土的影响是一样的，我们 的目的就是用高性能混凝土的技术措施来改善再生 混凝土的性能 。 结 论 u综合考虑再生细骨料掺量对混凝土强度和 新拌性能的影响，建议再生细骨料在细骨 料中的掺加比例宜控制在50%以内。 u随着矿物掺合料掺加量增加，保持浆体体 积不变或适度增加，降低水胶比的技术措 施适用于再生混凝土，可以保证混凝土早 龄期强度不明显降低。 结 论 u制备再生粗细骨料混凝土时粉煤灰在胶凝材料中 的掺加比例宜控制在30-35%。 u预湿再生细骨料是控制再生粗细骨料混凝土坍落 度损失的有效技术措施，对强度的影响不大。 u应该强调的是在一定程度上讲，再生粗细骨料混 凝土确实存在一个附加用水量的问题，也就是说 ，存在一个有效水胶比的问题。 u试验建筑 观念的转变是前提 u中国科学院编制出版的中国至2050年先进 材料科技发展路线图将低能耗建筑材料作 为建筑材料科技发展的重点进行规划。就我 们这个行业而言混凝土要想实现低能耗技术 的广泛开发和应用，借用廉老师的一句话： 观念的转变比科学技术更重要。 关于低碳混凝土技术的思考 所谓低碳混凝土技术是指在混凝土的生产、使 用过程中，能够直接或间接地降低温室气体排放的 相关混凝土技术。具体说包括： u减少混凝土中水泥用量的前提下追求水泥混凝土长 寿命、高耐久的绿色高性能混凝土技术； u尾矿、建筑垃圾在混凝土工程中的应用技术。 绿色混凝土的概念 在我国，中国工程院吴中伟院士1998年提 出绿色高性能混凝土的概念，其内涵主要包括: 一是更多地节约熟料水泥，减少环境污染;二是 更多地掺加以工业废渣为主的活性细掺料;三是 更大地发挥高性能优势，减少水泥和混凝土的 用量。 低碳混凝土、低能耗混凝土与绿色混凝土 u低能耗混凝土技术顾名思义就是在生产混 凝土时消耗较少的能源。 可见绿色混凝土、低碳混凝土与低能耗 混凝土实际上并没有本质区别。 低能耗混凝土的研究重点在哪里？ 三、尽快形成“绿色混凝土原材料、制备、结构设计 、施工、质量过程控制与验收成套技术”也就是绿 色混凝土工程技术对推动低能耗混凝土广泛应用意 义重大。主要包括： 1、形成以粉煤灰、矿渣粉、石灰石粉、硅酸盐水泥 、新型膨胀剂、硅灰、石膏、石灰等组成的粉体颗 粒级配合理、需水行为优良、胶凝性能满足各等级 绿色混凝土要求的系列绿色胶凝材料制备技术，探 索胶凝材料一体化。 低能耗混凝土的研究重点 2、以骨料饱和面干以上的水除以胶凝材料作为有效 水胶比。在此基础上完善以水胶比、浆骨比、砂 石比和矿物掺和料在胶凝材料中的比例等为四要 素的配合比设计理论与方法； 3、利用建筑垃圾、尾矿资源制备级配合理，空隙率 低，粘土成分较低、粒形良好的绿色混凝土专用 骨料。 4、建立基于混凝土单位体积用水量的混凝土结构质 量过程控制体系。 低能耗混凝土的研究重点 5、绿色混凝土在长龄期范