毕业论文-再生集料混凝土的研究与应用.doc

毕业论文 再生集料混凝土研究与应用 刘武庆吉林建筑大学2014年6月23日毕业论文再生集料混凝土研究与应用 学 生：刘武庆指导教师：张春玉 副教授 专 业：无机非金属材料工程所在单位：材料科学与工程学院 答辩日期：2014年6月23日目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪 论11.1再生集料混凝土概述11.2再生集料的来源11.3研究的目的及意义21.4国内外研究现状31.4.1国外研究现状31.4.2国内研究现状51.5本论文的主要内容6第二章 再生集料性质与制备技术72.1再生集料的制备技术72.2再生粗集料的处理方法82.2.1化学强化法82.2.2物理强化法82.2.3湿处理法82.3再生集料的物力性质92.3.1再生集料的级配92.3.2再生集料的物理常数92.4本章小结9第三章 再生集料混凝土基本性能研究103.1再生集料混凝土配合比设计103.2再生集料混凝土的力学性能113.2.1再生集料混凝土抗压性能113.2.2再生集料混凝土抗拉性能123.2.3再生集料混凝土抗折性能133.3再生集料混凝土的耐久性133.3.1再生集料混凝土抗渗性133.3.2再生集料混凝土抗冻性133.3.3再生集料混凝土抗碳化性143.4再生集料混凝土的和易性153.5本章小结15第四章 再生集料混凝土在工程中的应用及效益174.1再生集料混凝土在工程中的应用174.1.1再生集料混凝土在道路工程中的应用174.1.2再生集料混凝土在建筑工程中的应用184.2再生集料混凝土的经济效益194.3再生集料混凝土的环境效益204.4本章小结20结论22致 谢23参考文献24 摘 要再生集料混凝土是利用废弃混凝土加工成的再生集料配置成的混凝土，不仅可以处理掉废弃的建筑垃圾，保护生态环境，而且可以节约天然石料和减少水泥的用量，节约社会资源，实现废弃混凝土的资源化和减量化的处理原则，能起到保护环境和节约资源的作用，该技术的推广应用具有明显的社会效益，再生集料混凝土在实施可持续发展战略中，可以发挥其不可替代的重大作用。本文探讨了再生集料的性能与制备技术、再生集料混凝土基本性能、再生集料混凝土在工程中的应用及效益。通过对再生集料性能与制备技术的探讨了解再生集料制备的工艺流程，废弃混凝土在国内外的破碎工艺和再生粗集料的处理方法以及再生集料的物理性质。通过对再生集料混凝土基本性能的研究，了解再生集料混凝土的配合比，再生集料混凝土的抗压、抗拉、抗折性能和混凝土的耐久性等性能。通过对再生集料混凝土在工程中的实例应用及经济效益与环境效益的探讨，证明再生混凝土运用到实际建设中是可行的，具有很好的经济效益和环境效益，一方面解决大量建筑废料的排放及其造成的生态环境日益恶化等问题；另一方面，可以减少天然集料的消耗，从根本上解决了资源日益匮乏及生态环境的破坏问题。关键词：再生集料混凝土；再生集料 ；性能；应用 ABSTRACTRecycled aggregate concrete is the use of waste concrete configured by processing of recycled aggregate concrete, not only to dispose of waste, construction waste, protect the ecological environment, but also can save natural stone and reduce the dosage of cement, save social resources, realize the principle of resource recovery of waste concrete and reduction of processing, can protect the environment and save resources, the popularization and application of this technology has the obvious social benefits, the recycled aggregate concrete in implementing sustainable development strategy, can play its irreplaceable important role.This paper discusses the properties of recycled aggregate and preparation technology, basic performance of recycled aggregate concrete and recycled aggregate concrete in engineering application and benefits. Through the study on recycled aggregate performance and preparation technology of understanding process of the preparation of recycled aggregate, waste concrete crushing technology at home and abroad and the handling method of recycled coarse aggregate and recycled aggregate physical properties. Through the study on the properties of recycled aggregate concrete basic understanding of recycled aggregate concrete mixture ratio, compressive strength of recycled aggregate concrete, tensile and flexural properties, such as performance and the durability of concrete. Based on recycled aggregate concrete examples in engineering application and economic benefits and environmental benefits, prove that recycled concrete used in actual construction is feasible, has the very good economic and environmental benefits, on the one hand to solve a large number of construction waste emissions and the deterioration of ecological environment problems caused by; On the other hand, can reduce consumption of natural aggregate, fundamentally solve the resource shortage and the destruction of the ecological environment problems.Key words：Recycled aggregate concrete；Waste concrete；Performance；ApplicationI第一章 绪 论论第一章 绪 论1.1再生集料混凝土概述从一般意义上来说，将废弃混凝土作为一种资源，经清洗、破碎和筛分等加工处理，并按一定比例混合后得到可以再用生产混凝土的集料称为再生集料，用再生集料作为全部或部分集料配置的混凝土，称为再生集料混凝土，简称再生混凝土。如此混凝土的再生循环利用即可保护环境，又能减少砂石的开采、节约矿产资源。有很高的经济效益和社会效益。从广义上讲，再生集料混凝土集料是指经过特定处理、破碎、分级并按一定的级配混合后形成的，满足配置不同性能和使用要求的混凝土集料。这些用于生产再生集料的材料有碎砖、瓦、玻璃、陶瓷、炉渣、矿物废料、石膏，此外还有废弃塑料、废弃橡胶、轮胎、木材、废纸等。如用碎砖集料配置的强度较低的混凝土经用于称重和费承重结构中1 。人们已用废弃的塑料、玻璃、玻璃纤维等颗粒状材料，在混凝土构建中部分代替细集料并通过抗压、抗弯和劈裂试验来研究这种混凝土的抗压强度、抗拉强度、混凝土的抗折模量和弹性模量。用电子显微镜分析混凝土的机械性能、微观结构和断裂面的相互关系，研究成果表明，以上废料可以代替部分砂用于混凝土构件。因此，从某种意义上讲，再生集料不再仅仅指传统意义上的用废弃混凝土块破碎、分级得到的再生混凝土集料。1.2再生集料的来源再生集料来源废弃混凝土，废弃混凝土的来源是非常丰富的。如：(1)建筑物由于达到使用年限或因老化而被拆除，产生废弃混凝土快，这是废弃混凝土的主要来源。一般混凝土工程的设计为50100年，解放前或者20世纪五十年代建成的混凝土建筑物有许多已达到或者接近使用年限，有些已经发生损坏。因此未来几十年内是我国老旧混凝土结构物拆除的高峰期，这必将导致越来越多的废弃混凝土产生2。(2)市政工程的动迁及重大基础设施的改造产生的废弃混凝土块，随着我国经济和城市化进程的进一步发展这部分混凝土数量越来越大。(3)新建建筑施工过程中产生的废弃混凝土。在施工过程中，不可避免地会散落大量混凝土。(4)商品混凝土厂和预制构件厂产生的不合格混凝土或者因调度原因产生的不能加以使用的混凝土。这部分废弃混凝土一般占到年产量的1%3%。(5)科研机构和施工单位实验室试验完毕的混凝土试件。这部分非混凝土数量相对较少。(6)地震，风灾和火灾等自然灾害及战争等人为因素造成建筑物倒塌而产生的废混凝土3。目前世界上不少国家在研究和应用固体废料和工业副产品作为混凝土集料。这使得混凝土集料的来源更加丰富。日本在固体废料和工业副产品的研究和应用是走在世界前列的，他们把废弃材料的应用分为三类：第一类从非建筑产业材料道混凝土材料；第二类从混凝土来的材料再用于混凝土。即把混凝土（混凝土、水泥、集料）等材料的再利用；第三类从混凝土到其他材料。把废弃混凝土作为土壤和水提供碱性的材料、地面稳定材料、人行道的地基材料、沥青混凝土的填料，用废弃的混凝土构件做防洪堤坝的堤脚保护等4。1.3研究的目的及意义从经济、环境和社会效益角度来讲，建筑垃圾的再生利用有助于节约垃圾处理费，节约新建工程造价，减少对环境的污染，减少对自然资源的开采及随之产生的能源的消耗，运输等，有助于缓解交通压力，减少环境治理费及减少垃圾掩埋用地等，其经济、环境和社会效益显著。再生集料混凝土由于它的可持续发展性而成为很有潜力的发展方向。我国是个发展中国家，人们保护自然环境的意识现在越来越强，姑且不论再生集料的经济利益，单从其社会利益就足以引起当今有识之士的高度重视。将废弃混凝土用于再生集料生产再生混凝土是有必要的。据权威部门的统计结果，混凝土作为水、砂、石等天然资源的最大消费者，现在正以每年约80亿吨的速度消耗天然集料。据资料报道，早在七十年代，日本已经每年使用废旧混凝土集料约400500万立方米，东京在1988年对于建筑垃圾的重新利用率就已达到了56%。美国每年使用废旧混凝土集料已经达到800900万立方米5。现在我国水泥产量居世界之首，若按水泥产量折算，我国的混凝土产量也已居世界之首，这意味着每年集料的产量也居世界之首，与此同时，建筑废物的排放量日益增加，其中废弃混凝土含量可达30%50%。最近几年我国废混凝土排放总量均超过1亿吨，且其数量在不断增加6。然而，由于废混凝土回收渠道、再生市场的匮乏，绝大部分建筑垃圾采用露天堆放或填埋的方式进行处理，处理过程中耗用了大量建设经费，同时，清运和堆放的过程中的遗撒和粉尘、灰砂飞扬等问题又造成了严重的环境污染问题，随着我国经济的高速发展，城市建设的高速发展和大规模的市政改造工程，正在且将来会更大量的产生混凝土垃圾，已经警示我们必须找到对废弃混凝土的应用方法，对废弃混凝土的回收利用是一种必然的选择。而充分地发挥混凝土稳定性、坚固、耐用的优势，利用废弃混凝土作为集料重新应用于新的混凝土建筑中对于我国来说是一个正在快速发展中的课题。综上所述，对废弃混凝土的回收和利用已经被证明是一种保护自然资源的有效方法。从而消减了填埋废弃物所需的空间，并节约了原材料和能源7，是人与自然和谐发展的体现，在国内发展的大坏境下，推广再生集料混凝土应用具有非常现实的意义和经济意义。因此，在我国当前推广再生集料混凝土是非常可行的，再生混凝土产业也是一项非常有前景的新型产业。1.4国内外研究现状1.4.1国外研究现状从20世纪70年代末开始，日本、美国、德国、荷兰等发达国家在再生混凝土开发应用方面的发展速度很快，取得了一系列的成果并积极将其推广应用于实际工程中。日本的国土面积较小且资源匮乏，在建筑垃圾再生利用研究方面起步较早，技术也比较成熟。在政策方面，2005年，日本制定了建筑工程材料再生资源法和建筑循环法；在规范和标准方面，日本混凝土工程学会成立了再生骨料标准化委员会，该委员会制定了JIS A 5021-2005用于混凝土的再生骨料H等一系列标准；在应用方面，日本建筑垃圾利用率达到了90%以上，这归功于日本建立了许多再生加工厂，这些加工厂主要负责处理混凝土废弃物和生产再生骨料8。而具最近报道，日本科学家已发明一种将粉碎机和搅拌机连为一体的装置，能够把拆除建筑物所产生的废弃混凝土当场回收利用并产生再生集料混凝土。美国是较早提出环境标志的国家，制定了超级基金法，宗旨在于从源头上限制建筑垃圾的产生量，促使各企业自觉地寻求建筑垃圾资源化利用途径，具美国联邦公路局统计，美国现在已有超过20个州在公路建设中采用再生集料，26个州允许将再生集料作为基层材料，4个州允许将再生骨料作为底基层材料，将再生集料应用于基层和底基层的28个州级机构中，有15个制定了关于再生集料的规范。美国除了鼓励应用再生骨料外，还对再生混凝土性能碱性了研究。如对密歇根州的两条再生混凝土铺筑的公路碱性了再生集料混凝土干索性能试验研究，试验研究表明再生骨料混凝土的干缩率大于自然集料混凝土9。德国是世界上最早推行环境标志制度的国家。德国的美的地区都有大型建筑废物再加工综合厂，仅在柏林就有20多个。德国的废弃混凝土再生工艺流程主要由一个二档等级的破碎机组成，分为前破碎机和后破碎机，还必须装置两个颚式破碎机10。上个世纪90年代以来德国在废弃混凝土回收利用方面做了大量工作。1994年，第一所利用再生混凝土建造的办公楼诞生。1996年，德国科技部在1996年至1999年资助群体联合科研项目支持下，相继建成几座样板建筑物。1998年，德国钢筋混凝土委员会颁布再生混凝土骨料应用指南。2002年，德国标准委员会颁布DIN4226-100：混凝土和砂浆骨料100：再生集料规范。2004年，德国钢筋混凝土委员会颁布更新后的再生骨料混凝土应用指南第一部分11。目前的应用以公路为主，德国Lower Saxony的公路采用了再生混凝土，该路采用双层刚性水泥混凝土路面结构，总厚度26cm，底层19cm，混凝土采用再生混凝土，面层7cm采用天然集料配置的混凝土。有关实验表明，采用50%的再生集料配置的混凝土，其强度值可以毫无疑问地达到B225300(奥地利标准)，而且抗压抗冻抗侵蚀性可能有所提高。同时对再生集料混凝土的弹性模量的降低予以确定12。荷兰由于国土面积狭小，人口密度大，再加上天然资源相对匮乏的原因，荷兰对建筑废弃物的再生利用十分重视，是最早开展再生集料混凝土研究与应用的国家之一，其建筑废弃物资源利用率位居欧洲第一位，1996年荷兰全国建筑废弃物排放量约为1500万t，其中废混凝土的再资源化率高达90%以上，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100%13。韩国是继日本之后较早着手研究废混凝土的处理与再生利用的亚洲国家之一。韩国国家标注（KS）针对废混凝土再生骨料、道路铺装用再生集料以及废弃沥青混凝土再生集料制定了相关技术标准。国家交通部制定了建筑废弃物再利用要领，根据不同利用途径对质量和施工标准做了规定。环境部制定了再生果料最大值数以及杂质含量限定，对废弃混凝土用在回填土等场合时的粒径、杂质含量作了限定。2011年韩国建筑废弃物资源利用率为86%，其中废弃混凝土的排放量约为2410万t，占据建筑废弃物整体的61%14。比利时利用废弃的混凝土做集料生产再生混凝土，并对其强度、吸水性、收缩性等特性进行了研究，法国还对废弃的混凝土块和碎砖生产出了砖石混凝土砌块，所得的混凝土块已被测定，符合与砖石混凝土材料有关的NBNB21-001（1998）标准15。奥地利的有关实验表明，采用50%的再生集料的混凝土，其强度值可达到奥地利标准B225-300,并且抗盐侵蚀性也有所提高，同时发现再生混凝土的弹性模量降低16。综合起来看，国外的研究主要集中在研究废混凝土作为再生集料的技术，解决循环利用的技术难题，努力扩大再生集料的应用范围；再生集料和再生集料混凝土的分类和基本性能研究、原混凝土对再生混凝土性能的影响、制定再生集料和再生集料混凝土的技术规范。为其应用提供技术依据；研究制定相配套的法律法规，鼓励再生集料和再生集料混凝土的应用。1.4.2国内研究现状我国国土面积大，资源丰富，在一定时期内混凝土的原材料危机还不会十分突出，因而对再生混凝土的开发研究要晚于工业发达国家。然而随着人们环保意识的增强，建筑废物引起的生态环境问题日益受到人们的重视。我国政府制定的中长期科教兴国和社会可持续发展战略，鼓励开展废弃物再利用的研究和应用，并已对再生混凝土的开发利用进行了立项研究。1997年建设部将“建筑废渣综合利用”列入了科技成果重点推广项目。2002年上海市科委设立重点项目，对废弃混凝土的再生与高校利用关键技术展开了较为系统的研究。2004年交通部启动了“水泥混凝土路面再生利用关键技术研究”。2007年科技部将“建筑垃圾再生产品的研究开发”列入国家科技支撑计划。目前国内再生集料的应用还处于试验、谨慎使用的初步阶段，缺乏较系统的应用基础研究，技术上也缺少脚完善的再生集料和再生混凝土技术规程、技术标准。同时国内的研究成果表明，再生混凝土同普通混凝土在原材料、配合比以及施工工艺灯方面存在很大的差别，现行普通混凝土的标准、规范等不适合再生混凝土。虽然国外对再生集料和再生混凝土的研究已经比较深入并取得了丰硕的成果，但必须指出的是，由于混凝土的地域性特点，国外的再生集料、水泥、天然集料与我国的再生集料、水泥、天然集料在促成和性能上差别比较大，因而其研究成果只具有一定的参考价值，不能直接用来指导我国再生混凝土在工程中的实际应用。而且由于再生集料自身的复杂性、差异大等特点，即使是在我国国内，各地区的再生集料也可能各具特点。所以，在我国展开再生集料和再生集料混凝土的系统研究具有重要的实际意义。近年来，国内一些专家学者在废弃混凝土利用方面进行了一些基础性的研究，并取得了一定研究成果。上海、北京等地区的一些建筑公司对建筑废弃物的回收利用也作了一些有益的尝试17。一些高校、科研院所得研究工作得到了相关部门的资助，我国对再生集料混凝土的研究正在蓬勃兴起，已成为混凝土学术界和工程界关注的热点和前言问题之一18。1.5本论文的主要内容本论文探讨再生集料物理性能、力学性能与制备技术和粗集料的处理方法，探讨再生集料混凝土的配合比设计，从再生集料混凝土的抗压性能、抗拉性能、抗折性能探讨再生集料混凝土的力学性能，从再生集料混凝土的抗渗性、抗冻性、抗裂性、抗碳化性探讨再生集料混凝土的耐久性，以及探讨再生集料混凝土在工程中的应用和发展再生集料混凝土的经济效益和环境效益。7第二章 再生集料性质与制备技术生集料性质与制备技术第二章 再生集料性质与制备技术2.1再生集料的制备技术生产再生集料的基本步骤19：(1)将废弃混凝土块放入颚式破碎机进行破碎。(2)破碎后的混凝土块通过传送带送至机器进行筛分，直径大于31.5mm的颗粒重新送回颚式破碎机进行破碎。(3)直径小于31.5mm的颗粒通过传送带进入颗粒整形机，集料斗表面粘附的水泥石和砂浆以及突出的棱角在碰撞中被打掉，粒形得到强化。(4)整形后的颗粒通过传送带进去砂石分离筛，分成细集料和粗集料两股料流。(5)细集料经过除尘装置，除去粉体，然后通过传送带被输送到细集料堆放场地。粗集料进入分料斗，如需继续整形，则通过料斗倒入传送带，被送回整形机继续下一遍整形；如不需要整形，则直接通过料斗进行堆放。简单的破碎再生集料，不仅粒形不好，多棱角，而且表面含有大量的水泥砂浆块，我国的研究人员又对其的进行了不同的改进。侯景鹏，史巍，宋玉普20等在加工再生细集料过程中添加了一套带有风力分级及吸尘的设备，能将0.15-5mm的再生细集料分离出来，为再生细集料的分离提供了新的方法。肖建庄，孙振平，李佳彬21等根据我国劳动力相对低廉的现实，参考外国的生产工艺，提出了一套适合我国生产工艺，该工艺首先通过建工方法对建筑垃圾进行分选，剔除大块的杂物。刘巧玲，徐丽娜，田清波22等利用高温煅烧、石灰热化、球磨推开、水筛分等工艺，得到可直接使用的石灰膏和细粉等，该工艺生产清洁，无二次污染，但在高温煅烧阶段需要将废弃混凝土在900-1100下煅烧5-10h，能耗较大。2.2再生粗集料的处理方法2.2.1化学强化法化学强化法就是用化学浆液对再生集料进行浸渍、淋洗、干燥等处理。其作用或直接填充再生集料的孔隙，或与集料中的某些成分反应，生成物能填充再生集料的孔隙，或浆液能将再生粗集料本身微细裂纹粘合等23。常见的化学浆液有：聚合物、有机硅防水剂、纯水泥浆、水泥外掺 Kim 粉、水泥外掺一级粉煤灰。但是，从已有的研究结果来看，化学浆液浸渍再生粗集料的强化方法对再生混凝土性能的实际效果还有待于进一步研究。杜婷，李惠强24等的试验结果表明用水泥外掺 Kim 粉的浆液浸渍再生粗集料可以明显提高再生混凝土的抗压强度，而用纯水泥浆外掺粉煤灰浸渍再生粗集料对改善再生混凝土强度的效果不明显；范小平，徐银芳25的试验结果表明用化学浆液浸渍再生粗集料可以很大程度降低再生粗集料的压碎指标，但对改善再生混凝土的力学性能效果不明显；程海丽，王彩彦26采用不同浓度的水玻璃溶液浸渍再生粗集料，结果发现这种方法可以提高再生混凝土的早期抗压强度，但是将降低再生混凝土的后期强度和流动性。2.2.2物理强化法物理强化方法的是指是在外荷载作用下，再生粗集料与外界或自身之间相互摩擦，将其表面的水泥砂浆磨掉，从而达到强化的目的。物理强化方法耗能较多，其适用性还有待于进一步研究。目前物理强化方法有改进的机械研磨法、选择性加热和研磨法、空气加热研磨法。2.2.3湿处理法传统再生集料生产工艺中大都采用干处理法，但是当废弃混凝土中含有的杂质过多时，利用干处理 法得到的再生集料品质较差。近年来欧洲和美国开始采用湿处理法生产再生粗集料，即用水对再生粗集料进行冲洗，分离再生集料中的杂质，提高再生集料的品质27。此方法不仅可以提高新版混凝土的和易性，而且可以提高再生混凝土的抗压强度。因而，相对其他再生粗集料强化方法，湿处理法耗能相对较低，同时如能采取措施，避免冲洗之后的污水产生二次污染，是一种较好的强化方法。2.3再生集料的物力性质2.3.1再生集料的级配再生集料的级配是各组成颗粒的分级和搭配情况，它是影响集料孔隙率的重要指标。级配是通过筛分试验确定的。周海春28筛分试验将再生集料通过一系列规定筛口尺寸的标准筛，测定出存留在各个筛上的集料质量，得出再生集料颗粒尺寸在4.75mm至26.5mm之间的集料占有大多数，分别占87.79%和77.75%。将再生集料分级后，可以形成具有良好级配的矿质混合料，满足规范并不难，一个良好的级配，可以使再生集料空隙最小，总表面积也不大。前者的目的是使骨料本身最为紧密，后者是使掺加料最为节约。2.3.2再生集料的物理常数再生集料物理常数主要针对再生粗集料而言，是其组成结构状态的反映，它与再生集料的技术性质有着密切的关系。为了反映再生集料促成结构以及它与物理-力学性质间的关系，通常采用一些物理常数来表征它。再生集料的物理常数包括表观密度及吸水率、松方密度及孔隙率。2.4本章小结本章主要探讨了再生集料生产的基本步骤，简单的破碎再生集料，不仅粒形不好，多棱角，而且表面含有大量的水泥砂浆块，我国的研究人员又对其的进行了不同的改进，得到了改善，但是还有不足的地方，探讨了再生集料的强化处理方法，有化学强化法、物理强化法、湿处理法，可以改善再生集料混凝土的性质，但是相对其他再生粗集料强化方法，湿处理法耗能相对较低，同时如能采取措施，避免冲洗之后的污水产生二次污染，是一种较好的强化方法。还简单探讨了再生集料的级配以及物理常数方面的再生集料物理性质。11吉林建筑大学材料科学与工程学院学位论文第三章 再生集料混凝土基本性能研究3.1再生集料混凝土配合比设计混凝土配合比设计涉及的主要参数有29：（1）水灰比：水灰比为混凝土中用水量与胶凝材料的比值 ，是影响混凝土强度及耐久性最为重要的因素，水灰比较小时，混凝土的强度、密实性及耐久性较高，但耗用水泥较多，混凝土发热量也较大；水灰比较大时，混凝土强度低会影响混凝土拌和物的和易性及保水性等。（2）用水量：用水量是决定混凝土拌和物流动性的基本因素，混凝土单位用水量应根据施工要求的混凝土拌和物流动性、集料的级配以及最大粒径水泥用量 使用外加剂情况等条件确定。（3）砂率：砂率是指混凝土中的砂与砂石总量的质量比，合理的砂率应根据拌和物的坍落度、粘聚性和保水性等特征来确定，在保证拌和物不离析，又能很好地浇灌，捣实的条件下，应尽量选用较小的砂率，以节约水泥。基于以上要求，才能够比较全面地反映出再生混凝土的强度变化规律以及材料组成对再生集料混凝土的影响。目前国内再生混凝土配合比设计中，主要是按照再生集料替代天然骨料的百分比根据再生集料强度低、吸水率高、表观密度和堆积密度小等特点，目前研究中的再生混凝土配合比的设计主要采用如下两种思路：（1）采用普通混凝土配合比设计方法。由于再生集料的吸水率高，使水泥浆体中实际水灰比降低，用这种设计方法配制的再生混凝土的工作性显著降低，而强度高于普通混凝土。再生集料掺量越高，这种现象愈严重。为保证再生混凝土有足够的工作性能，试验中常常加入高效减水剂。（2）以普通混凝土配合比设计方法为基准，根据再生集料的吸水率大的特点，对用水量予以调整。一般情况下，再生混凝土的拌合水分为两部分：一部分是按照普通混凝土配合比设计计算的用水量W1，也称为拌和用水量；另一部分是考虑再生骨料吸水率高而采用的附加水W2。附加水是指再生集料吸水至饱和面干状态时的用水量，这部分水完全被骨料吸水，在拌合物中不能起到提高流动性的作用。这种配合比设计方法有的研究者称为基于自由水灰比之上的配合比数据方法。附加水的掺加方法有两种：一是拌制前预湿再生粗集料，使其处于饱和面干状态。考虑到再生粗骨料的饱和面干状态较难控制，这种方法应用较少。二是混凝土拌和过程中加入附加水。这种方法施工简便，而且易于控制。目前试验中多采用这种方法30。3.2再生集料混凝土的力学性能3.2.1再生集料混凝土抗压性能混凝土的抗压性能是混凝土最基本的物理力学特性指标之一，是研究混凝土构件承载能力和变形能力的重要参数。对于再生混凝土而言，亦不例外。国内外关于再生混凝土抗压强度的研究很多,通过这些研究成果发现，再生混凝土与普通混凝土相比抗压强度存在着一定的差异，这主要是由再生混凝土不同于普通混凝土的结构物理特征所引起的。而水灰比、再生集料强度、再生集料取代率是对再生混凝土抗压强度产生直接的影响三个主要因素31。水灰比的影响在部分或全部代替砂石等天然集料配置再生混凝土时，由于再生集料各方面性能不同于天然集料，再生集料混凝土配合比不能简单地套用普通混凝土配合比设计方法，因此提出了基于自由水灰比之上的再生集料混凝土配合比, 再生集料混凝土拌和用水量可分为两部分，一部分为再生集料达到饱和面干状态时所完全吸附的水分，在拌和用水中不起润湿和提高流动性的作用，称为吸附水；另一部分拌和水分布在水泥浆中，直接参与水泥的水化反应提高拌合物的流动性，称为自由水( 按普通混凝土配合比设计方法确定 )。因此再生混凝土水灰比与普通混凝土不同，水灰比设计时应考虑再生骨料的吸水率和有效吸水量的影响，再生集料混凝土的单位用水量应为普通混凝土单位用水量与再生集料附加用水量之和。JSRyu对再生集料混凝土的研究认为水灰比为0.155 时，老界时过渡区性能优于瓣界面过渡区性能，水灰比为 0.125时，情况相反。再生混凝土的抗压强度由两者中的弱者控制，在低水灰比时，强度由老界面过渡区强度控制，也就是由集料的性能控制。高水灰比时，强度由新过渡区性能控制。由此可见，再生集料混凝土的骨料水泥石界面过渡区乃是再生集料混凝土的的薄弱环节，界面过渡区性能的好坏直接影响到抗压强度的高低。再生集料取代率50%为再生集料混凝土最佳粗骨料取代率，这时再生集料混凝土的压强与水灰比呈现出非线性关系，当再生集料混凝土水灰比高于0.14，再生集料混凝土界面过渡区的水泥浆强度和水泥石强度随之降低，再生混凝土随着水泥浆体的开裂而破坏，再生集料混凝土的抗压强度随水灰比的增大而减小；当水灰比低于0.14时，再生混凝土界面过渡区的水泥浆的强度相对较高，再生混凝土的强度趋向于由再生集料的强度决定，从而使得再生混凝土的抗压强度无法随水泥浆强度的增强而提高，再生混凝土的抗压强度不随水灰比的降低而有效增加。对于再生粗集料取代率为 30%、70%、100%时，由于再生骨料取代率偏高或偏低，再生粗集料对再生混凝土的正负效应比偏低，再生粗集料对混凝土的正效应影响下降，使得再生混凝土抗压强度同普通混凝土一样随水灰比的增加而降低，呈现出良好的线性关系。3.2.2再生集料混凝土抗拉性能再生混凝土受拉受力过程与普通混凝土比较接近32，破坏前均无明显迹象，临近断裂时，可以听到混凝土试件内部发出的轻微响声从破坏形态来看，破坏面基本为平面，试件断裂位置大部分位于试件竖向的中部位置，对比再生混凝土与普通混凝土试件断裂面可以看出，两者断裂位置基本都在水泥砂浆薄弱部位即水泥砂浆与集料接合处；但再生混凝土试件有少量再生粗骨料沿破坏面拉伸断裂，这可能与再生粗集料压碎值较大抗压强度较低等因素有关，而普通混凝土未发现粗集料断裂现象且再生混凝土的立方体试块抗压强度总体上随再生粗集料取代率的提高而逐渐降低，再生混凝土的抗拉强度随再生粗集料取代率的增加而减小，当再生集料的取代率为100%时，其抗拉强度减小31%抗拉强度降低的原因可能是再生集料混凝土内再生粗集料与水泥石之间界面结合较弱等造成的，值得今后从微观角度进一步研究再生混凝土的抗拉强度较普通混凝土低，而峰值拉应变较普通混凝土略高说明再生集料混凝土的变形能力较普通混凝土较好再生集料混凝土原点切线模量较普通混凝土低，且随着再生粗骨料取代率的增大而降低相同应力水平下，再生混凝土变形较大。3.2.3再生集料混凝土抗折性能Kawamura等和Ahmad的试验表明再生混凝土的抗折强度和普通混凝土几乎相同，Ikeda等也提出了相似的结论。Ravindrarajah和Tam的试验表明，再生混凝土的抗折强度均较普通混凝土低10%。Malhotra的试验也发现再生混凝土的抗折强度低于普通混凝土。Mandal和Gupta的试验结果表明，再生混凝土个龄期的抗折强度均低于普通混凝土，平均地12%。另一方面，B.C.S.J.的研究发现，再生混凝土的抗折强度均约为其抗压强度的1/81/5，与普通混凝土基本类似。Salem的实验发现，ACI规范中关于普通混凝土抗折强度与抗压强度的关系式对于再生混凝土偏于保守。Gupta的试验发现，水灰比较低时，再生混凝土的抗折强度低于普通混凝土，因而水灰比较高时，再生混凝土的抗折强度则高于普通混凝土；同时还发现再生混凝土的抗折强度随龄期增长的规律与普通混凝土相同33。3.3再生集料混凝土的耐久性3.3.1再生集料混凝土抗渗性混凝土的耐久性，与水和其它有害液体、气体向其内部流动的数量、范围等有关，即抗渗性能高的混凝土，其耐久性能优越。因此，要研究高性能混凝土,就不能不关注混凝土的抗渗性能。决定混凝土渗透性的因素可分为两类：第一类包括混凝土拌和料的组分，拌和物配合比以及工艺参数，即拌和料的制备成型和养护等；第二类是混凝土随时间而发生的变化，即在外部环境、结构应力、流体性能和渗透条件等因素作用下，混凝土内部发生的物理和化学变化。影响混凝土耐久性的各种破坏过程几乎均与水有密切的关系,因此混凝土的渗水性被认为是评价混凝土耐久性的一项重要指标34。抗渗水性差的混凝土，水体容易进入混凝土内部引起侵蚀、冰冻等破坏作用。3.3.2再生集料混凝土抗冻性在寒冷地区，混凝土的受冻融循环作用往往导致混凝土劣化的主要原因，所以对再生集料混凝土的抗冻性的研究很有必要。贾银辉35对再生混凝土的抗冻性能研究表明再生混凝土的受冻性能不及普通混凝土，因为普通混凝土只要预养护1.5d就可以使后期强度基本不受损害，这对冬季施工无疑十分有利，而再生混凝土根本就没有这个冻融临界强度的出现，在冬季施工的恶劣环境中不太实用。同时还得出以下几点规律：（1）与普通混凝土一样，再生混凝土的受冻温度也在0以下；（2）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；（3）不同强度等级的再生混凝土的受冻规律基本一样；（4）不同的受冻温度 对后期强度没有太大的影响，但对融解强度影响较大；（5）受冻天数对混凝土的后期强度有影响，受冻天数越长，对强度发展越不利；（6）再生混凝土并无临界强度的出现。陈德玉36再生骨料混凝土的抗冻性研究表明：(1)当冻融循环次数超过150次时，再生集料取代率对再生混凝土的抗冻性影响较明显，随着再生集料取代率的增加，再生混凝土的抗冻性明显下降。（2）改性骨料对再生混凝土的工作性有改善作用，对其抗冻性有一定的提高。冻融循环200次前，对再生混凝土抗冻性影响不大。冻融循环200次后，再生混凝土抗冻性明显降低。（3）掺入粉煤灰能显著改善拌合物的和易性，但是随着粉煤灰掺量增加，其抗冻性变差。3.3.3再生集料混凝土抗碳化性空气中的二氧化碳通过混凝土中的毛细孔隙，由表及里地向内部扩散，在有水分存在的条件下，与水凝是中的氢氧化钙反应生成碳酸钙，使混凝土中氢氧化钙的浓度下降，并使其成分、组织和性能发生变化，称之为混凝土的碳化。碳化与混凝土结构的耐久性密切相关，是衡量再生集料混凝土耐久性的重要标准。再生集料的孔隙率大于天然集料，使得再生混凝土的空隙率与同水灰比的普通混凝土相比，将会有较大的增加，这无疑会降低其抗碳化性能，然而，再生集料的表层含有老水泥砂浆，使得再生混凝土中总的水含量增大，可碳化物质增加，这对抗碳化性能有利。因此再生混凝土的抗碳化性能应是这两个效应的综合。Otsuki37的试验结果是随水灰比的增加，再生混凝土的碳化深度增大。Otsuki和Hiroshi的试验得出,采用二次搅拌工艺可提高再生混凝土的抗碳化性能。Hiroshi的试验还得出, 再生混凝土碳化深度的标准差大于普通混凝土。Shayan38的试验得出, 集料经过硅酸钠溶液( 黏结剂) 表面改性处理的再生混凝土与普通混凝土的碳化深度均较大, 因为硅酸钠溶液具有的很高的二氧化碳吸附能力会增大混凝土的碳化速率。陈云钢39的试验得出, 掺加Kim粉结晶型和结晶渗透型液状界面改性剂后再生混凝土抗碳化性能并未得到明显改善。孙浩40的试验得出, 掺加矿渣粉、钢渣粉可以减小碳化深度, 但其掺量不宜过大( 矿渣粉掺量不大于30%, 钢渣粉掺量不大于10%) ;而掺加粉煤灰反而会使碳化深度增大。可见, 掺加矿物掺合料可以细化混凝土内部孔隙、改善再生集料与新水泥浆体的界面, 有利于改善再生混凝土抗碳化性能, 但它们也同时降低混凝土内部的碱含量, 增大碳化速率。综合以上研究结果发现, 再生混凝土抗碳化性能可能低于同水灰比的普通混凝土。然而, 同强度等级的再生混凝土与普通混凝土, 其抗碳化性能可能比较接近。如Salomon41的试验得出, 用作列线图的配合比设计方法配制的再生混凝土,其碳化深度小于同强度等级的普通混凝土。究其原因都是因为再生混凝土的水泥用量明显大于同强度等级的普通混凝土。再生混凝土抗碳化性能的基本规律是:随新水泥浆体密实度的增大( 如减小水灰比、掺加适量矿物掺合料、采用二次搅拌工艺等) , 再生混凝土的碳化深度减小;对再生粗集料进行表面改性并不能明显改善抗碳化性能; 随再生粗集料的取代率增加, 再生混凝土的碳化深度增大。3.4再生集料混凝土的和易性混凝土的和易性包括拌合物的流动性、粘聚性和保水性，其中流动性能用坍落度来评定。在同样的坍落度下，再生集料混凝土需要的自由水分要比天然集料混凝土多5%，因而比用天然骨料生产相应的混凝土所需要的水泥量要多。在保持相同用水量的情况下，在生集料混凝土的坍落度随再生集料比例的增加而逐渐降低，而再生集料混凝土的粘聚力和保水性比用天然集料的混凝土好42。3.5本章小结本章对再生集料混凝土的配合比设计方法进行了分析，总结了国内现在几种再生集料混凝土配合比设计的方法。探讨了再生集料混凝土力学性能的抗压、抗拉、抗折性能，和再生集料混凝耐久性的抗渗、抗冻、抗裂性能，与再生集料混凝土的和易性能，通过与普通混凝土性能比较了解再生集料混凝土的优异性能。17第四章 再生集料混在凝土在工程中的应用及效益第四章 再生集料混凝土在工程中的应用及效益4.1再生集料混凝土在工程中的应用4.1.1再生集料混凝土在道路工程中的应用在现实某I级公路的改扩建过程中，部分路段采用了RSFL作为路面基层材料，该试验路段位于平坡、无弯道地区，试验路段设计材料配比采用水泥：石灰：粉煤灰：再生集料为2:3:15:80，其中石灰和粉煤灰的质量均满足高等级路面基层的规范要求，RCA的来源、粒径和级配等均与实验室中所使用的相同。此外烤炉到石灰和粉煤灰所组成的结合料，在粘结力方面稍显不足，因此在工程中用水凝代替部分石灰，以提高结合料的粘结力和早期强度。在施工过程中，按有关施工验收和检测规程，对工程的压实度、抗压强度等碱性了现场测试，检测结果表明，RSFL的力学性能有关指标均满足I级路面基层的规范要求，试验路段基层中没有出现明显的缩裂现象，在外观上RSFL与普通二灰稳定集料也没有差别，且RSFL的温缩和干缩性能也满足工程要求。王军龙、赵景民43结合该工程进行了研究,证明二灰稳定再生骨料是一种力学性能较好的道路基层材料。上海市某城郊公路，由于原混凝土路面大部分路段破损较为严重，道路的平整度较花差，雨后积水，严重影响了车辆的正常通行，经过有关部门的批准，拟对原混凝土路面二进行改扩建。在原路面扩改建过程中，为了充分利用这些废混凝土，保护周围环境，采先用50%的RCA代替NCA，修建一段长400m的SRC路面作为试验路面。王军龙、肖建庄44对含50%再生粗集料的钢纤维混凝土路面进行了较为系统的研究。首先在室内对再生粗骨料的密度、洛杉矶磨耗、压碎指标等基本性能进行了测试，然后针对拟定的三组不同配合比的钢纤维再生混凝土试件，在室内进行了抗折强度、抗压强度等试验，最后根据试验结果并结合工程经验，选取了一组较为理想的钢纤维再生混凝土配合比，完成了钢纤维再生混凝土路面的施工。结果证明：（1)使用50的RCA取代NCA E II级水泥混凝土路面中的应用是安全可靠的，它不仅可以节省天然资源，而且可以保护环境。（2）在再生混凝土中掺人钢纤维形成SRC，不仅能够有效地抑制再生混凝土裂缝的形成，而且可以提高再生混凝土的抗拉和抗弯强度，增强其韧性和抗冲击能力，使得SRC的抗折强度能够达到和普通混凝土路面相同的标准，但钢纤维的掺人对其抗压强度的影响很小。（3）SRC路面的施工和养护等可以沿用普通混凝土路面的施工和养护方法，同时建议工程设计和施工人员应从环保和节能角度考虑，尽量回收废混凝土作为再生材料加以利用。（4）SRC路面的疲劳性能、接缝及温度应力、耐久性等还有待于进一步研究。4.1.2再生集料混凝土在建筑工程中的应用 北京建筑工程学院土木与交通学院实验楼，工程位于西城区展览路1号北京建筑工程学院内。建设方位北京建筑工程学院，设计单位为北京筑都方圆建筑设计有限公司，监理但闻为北京建工京精大房监理有限公司，施工单位为中建一局二公司的外包队。朱修建设时间为2007年9月。该楼工三层，最大跨度12m,最大柱高4.2m，剪力墙厚度190mm。混凝土设计等级均为C30。由于该楼地基较软，该楼采用独立式基础加地梁结构，基础柱高3m，楼的垫层、基础柱、底梁、一层和二层楼板、梁、柱及剪力墙均采用再生混凝土。该工程再生混凝土用再生集料为建筑垃圾全级配骨料，由北京元泰达环保建材科技有限公司生产。全级配集料是废混凝土破碎后不经筛分所得到的全部骨料。集料原料为该厂收集来的废混凝土建筑垃圾，包括混凝土基础、混凝土路沿石、混凝土板、柱构件、混凝土搅拌站废混凝土等多种原料。预拌混凝土生产单位是北京新奥混凝土有限公司。由于北京建筑工程学院土木与交通学院新试验楼工程的墙柱的钢筋密度大，施工场地狭小，浇筑设备、时间受限，施工方采用泵