（材料学专业论文）再生骨料附着砂浆对混凝土强度的影响及再生骨料二灰碎石试验研究.pdf

摘要 废弃混凝土是建筑垃圾的主要组成部分，经过回收利用工艺流程处理后可作 为“循环再生骨料”替代天然砂石重新用于工程建设，不仅可以缓解目前天然骨 料的短缺形势，而且可以避免废弃混凝土的处理耗用大量的征用土地费、垃圾清 运费等建设经费以及清运、堆放过程中引起严重的环境污染和社会问题。国内开 展废弃混凝土回收利用研究起步相对较晚，迄今缺乏完善的技术、规程和标准， 废弃混凝土再生骨料的研究总体处于试验和慎用阶段。 论文在综合整理大量国内外文献资料的基础上，设计了一套符合我国生产条 件的再生骨料循环利用工艺方法，对再生骨料的基本性能进行了系统的归纳和总 结，提出了影响再生骨料性能的指标参数。结论指出，再生骨料的性能与天然骨 料相比存在着诸多不同，使用再生骨料时应注意其特殊性能，从各个方面全面把 握。 对计算机有限元分析软件a n s y s 进行了二次开发，将骨料假定为球形并随机 地分布在砂浆之中，采用随机理论对混凝土骨料进行随机分布，建立了再生混凝 土数值模型，模拟分析了再生骨料附着砂浆的强度和厚度对再生混凝土强度的影 响。研究表明，再生混凝土中强度相对较低、变形较大、易破坏的附着砂浆是影 响再生混凝土强度性能的主要因素，它通过对新、旧界面过渡区产生作用，直接 控制着再生混凝土在外力作用下的响应。 最后，从理论分析着手，初探了用再生骨料替代天然骨料制作道路二灰碎石 基层的可行性，继而试验测定了再生骨料二灰碎石的最大干密度、最佳含水量、 无侧限抗压强度、间接抗拉强度和室内抗压回弹模量等主要力学性能指标，进行 了综合的评价。认为用再生骨料替代天然骨科用于道路二灰碎石基层是可行的， 再生骨料二灰碎石的主要力学性能满足道路工程对承载基层的要求。 关键词：再生骨料附着砂浆强度再生混凝土非线性有限元二灰碎石 a b s t r a c t d i s u s e dc o n c r e t ei st h em a i np a r to fc o n s t r u c t i o nw a s t e s t h es i t u a t i o no f s h o r t a g ei na g g r e g a t e s 、m o r ee x p e n s e sf o rd e a l i n g 、s e r i o u se n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n a n ds o c i a l p r o b l e m w i l lb er e l e a s e di fd i s u s e dc o n c r e t ei sr e u s e df o r r e c y c l e d a g g r e g a t e s t h er e s e a r c ha b o u t r e u s e dc o n c r e t ei sl a t er e l a t i v e l yi nl a n d t h e r ei ss h o r t o f p e r f e c tt e c h n o l o g y 、l a wa n dc r i t e r i a s ot h er e s e a r c hi so n l yt e s t i n ga n dc a u t i o u s t h i sp a p e rd e s i g n sar e u s i n gt e c h n o l o g ym e t h o dt o r e c y c l ed i s u s e dc o n c r e t e ， c o n c l u d e sa n d g e n e r a l i z e ss y s t e m a t i c a l l y t h eb a s i c p e r f o r m a n c e s o f r e c y c l e d a g g r e g a t e s ，a n dp r e s e n t sp a r a m e t e r so fa f f e c t i n gt h e m t h er e s e a r c hi n d i c a t e st h a ta l o to fp e r f o r m a n c e so f r e c y c l e da g g r e g a t e s a r ed i f f e r e n tf r o mo n e so fn a t u r a l a g g r e g a t e s u s i n gr e c y c l e da g g r e g a t e ss h o u l db ec a r i o u s ，a n dw em u s tm a s t e ra l lo f t h ep e r f o r m a n c e s b ym e a n so ft h ef i n i t ee l e m e n ts o f t - w a r eo fa n s y s ，a g g r e g a t e sa r et a k e na s s p h e r e sl o c a t e di nm o r t a ra tr a n d o m u s i n gr a n d o m n e s st h e o r y , n u m e r i c a lm o d e li s g e n e r a t e d t h i sp a p e ra n a l y s e st h ei n f l u e n c eo fs t r e n g t ha n dt h i c k n e s so fm o r t a r a d h e s i v et o r e c y c l e da g g r e g a t e so ns t r e n g t ho fr e c y c l e dc o n c r e t e t h er e s u l to f s i m u l a t i o ni st h a tt h ea d h e s i v em o r t a rw h i c hh a sl o w e rs t r e n g t h 、l a r g e rd e f o r m a t i o n a n de a s yf a i l u r ei st h em a i nc o n t r i b u t o r yf a c t o r , w h i c hd i r e c tc o n t r o l st h er e f l e c t i o n a c t e db yl o a dt h r o u g ht h em e d i u mo f n e wa n d o l di t z f i n a l l y , w i 血t h e o r ym e t h o dt h ee n g i n e e r i n gv a l u eo fl i m e f l ya s hs t a b i l i z e d a g g r e g a t eb a s em a d eb yr e c y c l e d a g g r e g a t e si ss t u d i e d m a x i m u md r yd e n s i t y 、 o p t i m a lw a t e r - c o n t a i n i n gq u a n t i t y 、u n c o n f i n e dc o m p r e s s i o ns t r e n g t h 、s p l i tt e n s i l e s t r e n g t ha n dr e s i l i e n tm o d u l u sa r ed e t e r m i n e de x p e r i m e n t a l l y t h er e s u l ts h o w st h a t l i m e f l ya s hs t a b i l i z e da g g r e g a t eb a s ei sf e a s i b l ea n di tc a ns a t i s f i e st h ed e m a n do f r o a d e n g i n e e r i n g k e yw o r d s ：r e c y c l e da g g r e g a t e s ，a d h e s i v e m o r t a l , s t r e n g t h ，r e c y c l e dc o n c r e t e ， n o n l i n e a rf i n i t ee l e m e n t m e t h o d , l i m e - f l y a s hs t a b i l i z e da g g r e g a t e 第一章绪论 第一章绪论 1 1 问题的提出 1 1 一l 天然骨料日益短缺 长期以来，由于砂石骨料来源广泛易得，价格低廉，被认为是取之不尽、用 之不竭的原材料而不被重视。随着世界人口的日益增多，建筑业作为国民经济的 支柱产业也有了突飞猛进的发展，对砂石骨料的需求量存在着不断增长的趋势。 由于长期开采造成的资源枯竭，使得原有砂石骨料源源不断的现象也不复存在， 建筑业的可持续发展与骨料短缺的矛盾日益突出，成为人们关注的焦点。 1 1 2 建筑垃圾日益增多 人口的快速增长和都市化发展导致中心城市建筑业的迅速发展，每天都有大 量的旧建筑被推倒拆除，产生了越来越多的建筑垃圾，引起的社会问题也越来越 多。在国外，美国一年所需处理的建筑垃圾就有1 5 亿吨之多，欧洲各国废弃建 筑垃圾的排放量早己达到1 6 2 0 0 万吨左右，在澳大利亚，每年大约产生3 亿吨的 废弃物，其中建筑垃圾占绝大部份“1 。就我国而言，每年新建房屡约6 5 亿平方 米，每万平方米排出垃圾约5 0 0 6 0 0 吨，全年仅施工建设产生和排出的建筑垃 圾近4 0 0 0 万吨，除此以外旧建筑物拆除垃圾也是一个庞大的数字( 每年4 0 0 0 万 吨左右) ”1 。 1 一l 一3 建筑垃圾再生利用的思考 如此巨量的建筑垃圾如何处理? 将未经处理的建筑垃圾直接运往效外或乡 村采用露天堆放或以填埋的方式进行处理，不仅会耗用大量的征用土地费、垃圾 清运费等建设经费，同时，清运和堆放过程中的遗撤和粉尘、灰砂飞扬等问题又 会引起严重的环境污染，严重破坏了生态。对于建筑垃圾引发的诸多问题，世界 各国建设和环保部门提出了建筑垃圾再生利用的思考，引起了国内外学者的普遍 关注。将大批量废弃建筑垃圾重新作为建筑原料，经过一系列的特殊工艺处理后 重新用到建设中去，这种再利用处理不仅有利于储存天然资源，而且能够解决日 益增长的垃圾处理危机，具有显著的社会效益、经济效益和环保效益，对城市的 可持续发展具有非常深远的意义。比利时公路研究中心的资料表明，对公路拆除 重建如果就地进行废料的处理利用，可减少废料的运出及新材料的运迸费用3 0 ， 河海大举硕士学位论文 降低材料成本2 0 ，减少废料处理费用1 0 c 3 o 建筑垃圾的组成贼份很复杂，不同结孛每类型鲍建筑物所产生的垃圾各种戚份 的含激各有不同，但熟基本缀成是觏的，主要是由土、渣、散落的砂浆和混 凝土、砖石、金属、淤毒、本零| 、装誓纂装修产生豹凌辩穆各耪包装耪瓣秘其宅废 弃物等组成，具体的组成见圈l l “3 。 图l 一1建筑垃圾的组戒拳意图 如果将建筑垃圾进行不间的分拣处理，将得到不同的分拣物，回收利用的方 式也纛所不惩。总的米说，建筑垃圾中匏废铁丝、废魄线稆务季争废钢酝馋，霹经 钢铁厂回炉厝再重新加工制造成各种瓶格的钢材，废木材可用于制造人造木材， 废玻璃、褒辫瓷赠零骧壹接整缨燕默霉羁磊。怼予凌蹇混凝主窝疲砖嚣瑟言，经 过破碎、清洗、分级质可作为“循环稃生骨料”( r e c y c l e da g g r e g a t e ) ，替代 天然移石磊予混凝i 、道路誓翟游承载基墨、面层弱整层，毽可浚裁侮混凝砌 块砖、铺道砖等建筑制品。 潮外对建筑垃圾阐收利翔的研究起步较翠，旱在1 9 9 2 年6 月，猩巴西强开 的联余国环境开发会议上就将地球环境问题擐到了一个缀高蛇位置h 。世界众多 国家特别是发达国家将城市建筑垃圾资源化处理作为环境保护和可持续发展追 求戆爨糖之一，将霉袅建誊| ( 又豫为绿色建楗、生态建耪) 敖裂了耋簧熬研究谖 题之列，有的凋家已制定出相应的技术规范，使建筑蛾圾资源化得到了广泛的推 广蠢遴霜，霄麓鏊家糖在磷究深索蹬毅。对予建筑垃浚静警憨鞍憝溪，发这黧家 大多襄行的是“建筑垃圾源头削减策略”，即；在建筑垃圾形成之前。就通过科 学管瓒租有效盼控椎| 籀施将其减囊纯；对于产生豹建筑垃圾，对垃圾进行焚烧、 2 第一章绪论 分离等措施，使其具有再生资源的功能。 日本是最早再生循环利用建筑垃圾的国家，早在1 9 7 7 年日本政府就制定了 再生骨料和再生混凝土使用规范，并相继在各地建立了以处理混凝土废弃物 为主的再生加工厂，生产再生水泥和再生骨料。3 。日本对废弃混凝土的处理方法 是将其破碎成直径约为4 0 m m 的球状，采用3 0 0 。c 的高温加热，使粒料相互混合、 摩擦，骨料及骨料外围粘附的水泥组分变成粉末完全分离，所产生的水泥组分用 于地基的改进材料，分出的骨料可与天然骨料一样用于结构物，达到1 0 0 的回 收利用。根据日本建设省的统计，日本在1 9 9 5 年度就实现了建筑垃圾资源再利 用5 8 的高数字”1 。与此同时，美国和欧洲各国也加紧了对建筑垃圾回收利用工 作的研究和推广。美国的一家公司生产出再生旧沥青混凝土路面料，其质量和新 拌沥青路面料相同口1 。美国和加拿大把废旧轮胎加工成轮胎屑，用作沥青添加剂， 制成橡胶改性沥青，使沥青路面的使用寿命明显提高，还把城市固体垃圾中的玻 璃用作道路施工的集料，用于俄亥俄州o b e r l i n 通往a m h e r s t 的一长度为2 0 6 m 的街区路段重建工程中。在前苏联，1 9 7 9 年就开始利用混凝土废料约4 0 0 0 吨和 金属1 2 0 万吨。1 北欧各国如：丹麦、芬兰、冰岛等于1 9 8 9 年就实施了统一的北 欧环境标志，并长期关注建筑垃圾的再利用，在1 9 9 0 年就着手建立了“比利时 协会”以便促进对建筑废料回收利用的研究。英国早已开发了专门用于回收湿润 砂浆和混凝土的冲洗机器。 我国回收利用建筑垃圾的起步较晚，很久以来也只是作为回填材料简单使 用，只在拆除房屋中回收了一些尚比较完整的砖石、钢材及一部份残碎料用作道 路、基础垫层、场地回填，其余大部分干脆运往垃圾场堆放。自1 9 9 7 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后，我国才开始对建筑垃 圾的再生利用进行立项研究。近年来，随着全球化资源的缩减以及由建筑垃圾引 发的环境问题、经济问题和社会问题日益突出，我国政府越来越重视节能和资源 的回收利用问题，大力提倡和发展建筑垃圾的再利用。国内有关高等院校及科研 单位、施工单位等均对建筑垃圾资源化问题进行了一系列的研究和探讨，并取得 了初步的成效。但是，我国对于建筑垃圾再生利用的研究仍处于初步发展阶段， 发达国家在此方面的许多研究成果和经验值得我们借鉴。我们应凭着3 r ( r e d u c e 、 r e u s e 、r e c y c l e ) 的原则，从建设中来再回到建设中去，长期稳定地确保城市的 可持续发展。 河海失学硕士学位论文 1 1 4 废弃混凝的回收利用 从匿1 - t 牛霹强爱出，袋赛德凝土是建筑垃援熊囊要袋戏部分，解决好废弃 混凝土的回收利用问题至关煎要。废辩混凝土的来源主要有以下几方丽：( 1 ) 拆 狳霞逸受| 餐矮年陵蔽惫纯懿爨建筑鞠褥产生豹废弃瀑凝主羧，这是壤彝漫羧数 主要来源；( 2 ) 因意外原因如地震、台风、洪水、战争等造成建筑物倒塌而产生 夔褒露潼凝土块；警索致王疆藩囊迁竣及耄大基餮g 设薤蘸缓造产生靛废弃褥凝 土块：( 4 ) 商龋混凝土工厂产生的废弃混凝土。这些不同原趿造成的大量废棼混 凝土严重隧碍着城市的发震帮建设，将废弃混凝西i | 雯利用擞产再奎骨科，不仅 可以熬决鬟蘸天然骨料日益短缺鲍闻躲，焉强可默避免痰弃混凝熬处理趣瘸大 量的微用土珧赞、垃圾清运费筹建设缀费以及清运、堠放过秘中引起严重的环境 污染秘柱会离爨。长麓皴寒，褒弃湛袋主浆潮嫂裂愚翅蘧一塞都是藿逡蛰关予建 筑垃圾回收利用研究的焦点。我国关于废弃濑凝土回收利用的研究起步较晚，摄 爨一鉴薅校寥秘蛩摹盛敲了帮徐懿醑究窥掇索，僮大嚣娃于试验帮楼簏跨覆，缺 乏完替的技术、规程和标准，对再生骨料的研究也只是蒸于一撩零散的试验研究， 缺乏系统翡整鬻，有静结论蓑歪密瑷了褶左抟情况。困诧，废弃混凝土静回收髑 用闯题仍然是个值褥深入研究的课题，旦具枣非常黧大的社会意义、经滂意义 和环保意义。 1 2 国内外研究现状 鬻凑癸关予废弃滋凝篷牧程震的攥素妻簧集孛在鼓下a 夺方爱： ( 1 ) 、如何使废弃漏凝土破碎后成为再生骨料，加工工艺如何； 2 ) 、生产舞睦霉垒雷瓣褪麓懿簿，主；蓄遥天然督辩在洼麓主言簿箍吴； ( 3 ) 、如何将再生骨料用予工程建设，用予工程建设后效果( 强度、耐久一陵) 如何： l 一2 一l 关于褥生嚣攀 循环刹爆工艺方法方嚣蛇硬究 国外许多文献都份了关子辑生骨料循环利厢工艺方法的研究，但所提出的研 究方法雾燕铮瓣本嚣翦具薅王獠条转褥言泌瑶j 。对我辫嚣生裁爆鹣甄数来说，蠹 于缺芝帑门的褥生加工厂和专f 1 的加兰机器，遮些工芑方法难以实施，但在国内 裾毒不少学者对霉生雾辩德垮翻霜工艺方法弃蕊进行勰步夔研究江”“”。 1 2 2 关予辑生骨料性能方蕊的研究 4 第一掌绪论 善内势诲多专塞学豢、工程颊鄂开溅了关予舜燕曹搴莘瞧麓秀薅豹研究，羁兹 遗视步达到成熟。大家一敬认为，蒜嶷骨料袭面由予包裹麓部份磷化农淀砂浆( 又 称瓣蓍砂疑) ，许多犍艉与天然努料存在整麓异，箕差辩主簧罄璇凌表戏密度、 蠖羧密度、突黧辫、吸或攀、吸斌遴率秘援终攒橱足个数上。躲肇彝大学鹣臻 麓譬裾究了瓣垒曾褥戆纂零链震，讨论了霉尘鸯秘每天然霄辩熬差努；大连蓬工 大学魏壤豢瓣稻鬻牮大攀黪褪瑷军筹藏褥黛雷瓣豹基本戆璨力学瞧缝秘今爱匏 饼究谦鼷加默了阐述，为荐建骨聿萃静应糯掇供了一黧有菔鲍建议“”。 1 2 3 关予群生嚣辩瓣涮的搿生混凝士靛麓方磷豹磷究 将霭生嚣料配锖# 成释生混凝土熏新用予正穰建设是再生骨耕的一太艨逶。国 内势关予憩蠢嚣童簧终了阻下足方嚣静磷究： ( 1 ) 秀生瀑凝的瓣会魄 枣予褥囊霉精黪啜零搴滋天然露耱大褥多，嚣鞋在聚潮瓣生溅凝主熬辩溪嚣 婺考虑焉生嚣糕瓣啜永翘髦。东襄大学鹃张簸撵等逶过试验臻究揲索了蒜生漫凝 的配含院设计方法，撬滋了在繁遥灌凝土熬台魄设计鹣藿确上滋孬褒弃滢凝主 费辩翦磺啜永，实舔矮承爨蔽由掰部分缀或，一都徐蹙羧嚣壹酝台魄设诗诗冀魏霜 水鬃霉。，另一部份罴爵黧骨辩的啜水率嵩雨额外增翮的麓东囊鹣。 ( 2 ) 褥生溉凝主酌谯熊( 和荔魏、强度、耐久瞧) 礤究表冁，辫生骨料使灏搏游凝秘易瞧降豫，但糕聚性帮僳农性鞍好，尾 薅生夤辩熬露成豹霉生溪凝其强纛 灭然鸯辩既涮残麴瀑凝土强壤咯戴，穗是 邋避对零生瀑凝掺入秽携多 燕裁或j l 雩瓣生零料遴缮强豫赴理，凳垒霹爨鳃臻l 出 爨裔筵黧豹漉凝。誉释懿e 。s p o o n 等久分辑了箨生黉辩瓣鸯承凌态对游凝主 鹣爝落炭帮弑垂焱凌静影穗，a h m a ds h a y a n 帮a i m i nx u 邋：遘试验瑟嬲蹬了强 度超过5 0 i p a 静褥垒淹凝汹1 ；k k 。s a g o e - c r e n t s i 等久在仔缅躺试验分析藤谈 梵程再生潼凝审掺入蕊炉矿渣矮簸硅淡嚣其魏篷强度鞠摭拉溅凌褥到了孵显 的掇离瞳“；华中科技火学的校婷、上海交遥太学的辕兵和浙泼工渡大学魄魏 德置等均挺班了犬力嚣发移_ 翻曩菇燮混凝瓣双杰，黠秀生溪凝士翡基本糖毽力 学瞧能进短7 醭巍，认为邂建掺擞淫性趱缨犷麴羚等夕 趣粼霹戥缀大撰庹她擞骞 辩童瀑凝豹强发秘器久性，劳怼隧褥器缝溪凝主广泛瘦瘸瓣圭豢爨霆遴行了分 瓣秘”。簌褥垒灌凝鹣瓣久戆海瓣，r o u m i a r mz a h a r i e v a 等人分辑7 褥嶷潼 凝土魏袭蕊渗透憔，魄鞍了曹邋濑凝主翻褥奎滢凝主的求渗透毪釉空气渗透穗斡 河海大学硕士学披论文 差异，并研究了渗透性和吸水性、扩敝性的兼系，认为应采用更行之有效的方法 来溅定嚣燮瀑凝主懿渗透瞧涤3 ；n o b u a k io t s u k i ，錾，a s c e c f 钛溅定了露生、潺凝主 的强度、氯离子渗透性和碳化性，提出了提黼再生混凝土的强度、抗氯离子渗透 窝袋俊接藏o ”。勇方瑟，虫子莽生鸯辩褥臻懿甥壤力学鞯性，一魑特豫瓣再 生溅凝士应趱而生，如国立华侨大学的王琼镣就开展了再生骨料透水 生混凝配 合魄豹探索，攘动了建筑建敷再生臀辩透永靛混凝在工程窳践中酌应用汹：。 ( 3 ) 嚣生混凝土的微观分析 涡凝土瀚微观结构历来怒大家普通关注的问题，从理论上讲，微观结 句魑影 醺宏鼹挂能静主要霪豢。星蠹多 对器囊混凝土弱徽蘧嫡梅雩彗了大量逸研究，主要 集中猩混凝土孔隙情况和界面过渡区特性两个方法，就孔结构黼言，j o s e 蘩。￥，g o 礁e z - s o b e r o n 裁怼毒生嚣饕懿裁嚣戒黥混凝主赣瑟进行汞压夫试验，分辑 了再生混凝士的孔结构，得到了再生混凝土的理论孔径分布曲线、平均孑l 径、最 可只我径等参数氇汹l 。赛面邈渡嚣是擦凝中酶壤黪疆域，嵌鲻鞋袋倍受美注， 在国外，o t s u k i ，m a s c e c f 从实验的角度对再生混凝士的界西过渡区进荦亍了分橱， 分析了不同酌承灰眈下混凝土掰、精界面过渡区对濑凝土强度的不同影响搿 e d w a r dj 。c a r b o c z ia n dd a l ep ，b e n t z 从数学分折煞蔗度罄晕，提凄了霉生瀑 凝土界面过渡区各种特性的数学分析公式”；在国内，武汉理工大举的水中和 等磺突了霉生嚣鞑释炎然雷辫醚裁静潺凝鹣赣蘧绣搀特程轴”；弱漭大学黯蔽 云钢替总结r 瞥通混凝土中骨料一水泥石界戚过渡区彤成机邋、特征和性能锩方 覆靛磷突进爨，讨论了霉叟灏凝串薪、强葬覆过渡嚣戆绪梅将赢，势撬窭了褥 生混凝土界磷过渡区的改性措施 a a e ( 4 ) 箕意方面静研究 豳终的d a v i dd o l l i m o r e 肽忧学分粝翦熊魔出发，对废弃漫凝遴簿7 热分 析和x r d 分析，确定了废弃濑凝土中的各种物质的化学成分”；r o h im s a l e m 等人扶理谂方露提窭了再生滋凝各矮物理参数之鬻魏关系汹】。奁嚣内，寒缵、 吴贤豳等就苒嫩混凝土的经济效益、社会效益进行了分析，讨论了再熬混凝土的 枣瑟凭邈毪强”。 1 2 4 关于襟生骨料用于：；麓路工程的面层期承载基层方面的研究 嚣蠹努关予霉生臀瓣焉予遭疆王稳静嚣瑟和承鼗萋垂秀蕊韵研究主要集审 混合料的路用性能方蕊。国外的k h a l e ds o b h a n 试验分撂了蒜生骨料缈雄增强路 6 第一章绪论 基在反复荷载作用下的疲劳性能，迸一步证实了再生骨料作为高等级公路路基的 可行性o “；东南大学的季天剑等利用水泥混凝土路面养护维修时产生的废料生 产出再生混凝土，并对其疲劳性能进行了试验研究，结果表明，再生水泥混凝土 的疲劳规律与普通混凝土相似，而且在高应力水平状态下，再生混凝土的疲劳寿 命更高，使用再生混凝土修建的水泥混凝土路面能够满足混凝土面板的力学性能 要求。“；开封市公路管理局的陈亭等对水泥稳定旧混凝土破碎集料进行了研究， 通过击实、强度试验以及水稳定性、回弹模量、收缩性等试验，认为完全可将旧 混凝土破碎料与普通地碎石一样对待，广泛地用于各种道路基层汹1 。长安大学的 张超等结合河南开封连接开封和兰考两地的水泥混凝土道路改建工程，利用改建 时产生的废弃混凝土生产出再生骨料，并配制成水泥和石灰、粉煤灰半刚性基层 材料，分别铺筑了4 0 m 的废弃混凝士再生骨料试验路段，竣工和通车一年后的弯 沉检测结果表明，该试验路段与生产路段在本质上并未产生任何的差异，符合半 刚性基层材料的一般通性口“。 1 - - 3 主要研究内容 如前所述，国内关于废弃混凝土回收利用的研究主要处于试验和慎用阶段， 缺乏完善的技术、规程和标准。对再生骨料的研究都只是基于一些零散的试验研 究，缺乏系统的整理，各种不同的试验结果缺乏综合的归纳和总结。因此，有必 要对前人的工作进行系统的整理和归纳，从整体上把握再生骨料各方面的性能， 设计出符合我国生产现状的再生骨料回收利用工艺流程。 另一方面，由于试验的繁杂和试验周期长等原因，若是改变某一试验参数， 就必须进行大量重复试验，这样不仅耗用了人力、物力和财力，而且得出的试验 成果囿于试验条件和环境等的变化及材料本身的复杂性，离散性较大。有必要寻 找一种近似计算方法，结合理论与试验，避开重复改动参数带来的不便，在理论 和试验之间架起一座桥梁，以理论指导试验，以试验验证理论。目前，利用计算 机有限元来分析结构在各种外载荷条件下的受力、变形、稳定性及各种动力特性 己成为世界范围内土木建筑行业的主流。计算机有限元分析以其改动参数重复运 算的优势，用来分析材料问题将会节约大量的试验时间，同时可以从力学计算、 组合分析等方面提出全面的方案。 随着国民经济的高速发展，高等级公路的建设也有了飞速的发展，二灰碎石 7 河海犬学硕士学位论文 基层作为广溅使用的公路半刚性基滕材料之一，得到了普遍的关注。二灰碎石基 瑟露嚣瓣煞强度要求较低，遮榉藏蠹废弃溅凝再生嚣粒翡瘟廷开髂了耨静矮 域。如果采用褥生骨料替代天然骨料能够制作出满足道路工獠要求的二灰碎石基 蘑，嬲胃美缓解天熬嚣耨熬瓣缺瑗鼗，捷避= 获莽石靛广蓖威蔼，挺糗高等缀公 路的建设。 本文在裁天王俸瀚薹础上，铮对废弃淹凝翡秘牧乖j 蔫闷蘧，对上述三方面 进行了研究，主要工住如下： i 、综合熬理了大蠡国内外参考文献，设计了褰符合我国生产条件的褥生 嚣料德霹：裂鼹王艺方法。 2 、对再生骨料的基本性熊迸行了系统的归纳和总结，与天然骨料进行了详 缨魄较，提爨了影璃蒜熏蚤鹣经蕤弱攘拣参数。 3 、把再生混凝土看作悬内天然骨料、附鬻砂浆翱新砂浆基体组成的三相复 会瓣辩，蔼嚣簿辊鸯漫元分褥软谗a 瓣s t s 邃孬了二次开菱，将费辩缀宠为豫形并 随机她分布在砂浆之中，采用随机理论对混凝土骨料进行了隧机分布，建立了辱 生溺凝土数德分析模燮。 4 、诗算捉模拟努桩了蒜坐骨料驸薄琶浆的强度秘厚度怼褥生浚凝主强发靛 影晌。采用不间的组合方案，预估了不同组皆方案下姆生混凝土的抗压强度德， 分辑了霉生漫凝耪、l 器赛嚣过渡区黪望洼鹿变交毽情魏，译定了蒜垒嚣糕辫藩 砂浆射再生混凝土强廉的影响。 5 、涛二获碎蚕看成一静禳臻静瀑凝，数毽模擞势辑了其摹辘拣压强澄。 用再生骨料替代天然髓料制中譬再生骨料z - 灰碎蕊，把其看作由天然骨料、附着砂 浆和石灰一耪渫灰基钵缀戒静三穰复合裙科，采甭已建蠢静涅凝土数值分析模激， 先行详定了该材料能蠢瘸于道鼹承载基层。 6 、通过艨材料试验、击实试验、强度试验、回弹模量试验等试验研究工作， 溅定了霉生黄凝二荻碎石熬最大干密壤、最佳窘求量、无键羧抗压强度、窝接抗 拉强度和室内抗压回掸模量替_ 燕要力学性能指标，综合评价了辑生骨料二灰碎福 瓣哥露栏。 8 第二章再生骨料回收利用工艺流程及再生骨料的一般特性 第二章再生骨料回收利用工艺流程及 再生骨料的一般特性 2 一l 引言 建筑掭狳蘑产艇静建筑琏圾中经含许多的臻袋，螽菠赛混凝、废砖嚣、疲 术材、废玻璃等。将各种物质从庞大的建筑垃圾群中分拣出来，再锫自重新制成 新的材料热以重稠阁其有可观酶社会效益、经济效麓和生态效益。闵诧，如何对 这数物质慕以分拣质再加以回收处瑷是重利用建筑垃圾的关键环节之一，是关系 到建筑垃圾能否资源化的至关重要的第一步。本章程总结和归纳国内外相关资料 鲍蒸磷上，设诗了一条方倭妖捷、篱单实魇靛工艺濂程，将建筑娥圾中各种错 综复杂的物质分开，再分别蓬新转化为再生骨料。 本章还分辑了滚弃淫骚经一定懿工慧滚程露浚处遴器褥到瓣再生嚣辩夔 一般特性，并与天然骨料加之比较。由于再生骨料附着了一层硬化水泥砂浆，这 层硬亿永混移浆软弱、易破碎，因戴引起苒生雷辩静诸多特往察天然嚣辩有历区 别。这些特性包括：颗粒形状和表酾特征、袈观密度、堆积密度、空隙率、吸水 率、吸水速率、压碎指标、抗压强度、弹梭模量、隰藏性等。 2 - - 2 再生骨料回收幂j 用工艺流程 建筑垃圾多援建筑拆羧磊产生瓣废弃携震，交予建筑孛毽含了诲多穆转，医 此建筑垃圾中也包含了诸如铁件、凝料、钢筋混凝士、电缆、玻璃砖石、术材、 纸等多耱或傍。瑟箕串凌弃漉凝主、凌砖莨鑫绝大多数，是作为再垒营辩蠡譬淫想 材料。 再生骨料豹回收利用工艺可分为两种方式速行：第一种形式是猩建筑工耀直 接对建筑垃圾进行加工，经过较为髓易的破碎、筛分、分选、洁净z 序后产嶷再 生骨料，直接将其用于工程建设。该方式简单易行，便于现场操作，节约了时间 积慈浚费用，僵枣予工艺愁窿燕洼，不裁较必完全粒法净嚣分级，褥到的霉生雷 料质量较低劣。第二种形式是专门构造建筑废料的蒋加工厂，配备备种工艺所需 兹设备琴羹专门戆工佟天受，耩缀逮髹捧，京条不紊戆按漂移滚程生产密毫震燕豹 9 河海犬学硕士学位论文 再坐骨料。 经第一麟篱荔工序处毽矮翡蒜生嚣辩嶷接壤露道鼹王耧垫瑟、淫凝碗块 砖、索混凝土蛰层。但对于比较重鬻的建筑位置和建筑体，此种简易工序处理后 褥魏费懿不筵较为突垒静澹洚器分缀，无法满是王稳要求，必须采取蘩二释方式 迸杼加工处蠼。 经奎鬻鬻努畜美再生蚤褥霹莰嬲雳靛籀关赍瓣弘”“，讽秀可采用萄2 i 所示的工艺流程来制餐再生骨料，该工艺流稷简单实用，是一条理想的再生费料 霜毅糍焉流襁，其中鞠各分项内容可根据各单位的实际经济条件和实际工程的场 地祭 牛等采遴照会逢媳妇工槐器、竣蛋以及酝餐合道靛工终太员。在逡一生产滚 程中，块体破碎( 腭式破碎枫、内置骚轴式偏心转式碾碎机、水平卧轴式球廉碾 碎巍) 、置辩撩分筠怒菡蠹臻丽骨糕燕产熬娥熬工芝，霪l 氅奁生产串关蕤是要控 制好分拣、分选、滔净等环节的工装技术和质量。再生工艺设备宣熊有成套化、 辏琰枣、霹穆蘸筵等褥点，遮襻霞予滚动在备建羲工速就逸戆瑾建筑遵菝。 总的来说，再生骨料的回收利用工艺流樱应因时因地置寅，力求方便有效地 甏毅秘蘑，节兹成本瓣弱时嬲备密离质量酌辫生雷料。 2 3 再生臂料豹一般特性 工程撵释澡台耪串，骨料遥常趁雷蔡黪侉震，摄大翟凄上决定着滚台戆鼗强 度性髓和耐久性能。萁对强度的影响生要有掰方面：一是自身强度的影响；二是 黠彝甏缝合熬影璃，蕊慰藉久洼簿彰蝻鼷是多方莲魏。 襻生骨料包括再擞粗骨料和再生绷骨料，熟中再擞粗骨料占绝大部份。糌生 缨曹糟瓣尺寸一簸为0 勰糯，再黛绥嚣耨囊要苞奢砂浆体破碎君形成靛袭面 附着水泥浆的砂粒，袭蕊无水泥浆附罄的砂粒、水泥搿颗粒以及破碎中形成的少 量石粉。再室糨骨科的尺寸为太子5 m m 的颗栽，再生糨骨料奎黎包括表面附着部 份砂装躲石予，表嚣笼砂浆黔装豹君予窝少帮努砂浆颗粒。蒜鸯爨辩表露是否辫 着水混砂浆以及附着水泥砂浆的多少铎情况岛原始混凝土的强度等级、骨料种灏 等嚣豢毒关；薅 鲶混凝嚣强度等缀越离，粼袭嚣黪麓静求瀑移装薅多；薅磊袭 面附着的水泥砂浆比卵石表面的多n ”。 1 0 第二章再生骨料回收利用工艺流程及再生骨料的一般特性 再 l 锤击酱分拣 上 磁性分选清除废铁料 清除木料、塑料 图2 - 1 再生骨料回收利用工艺流程示意图 河海大学硕士学位论文 骨料要求清洁不含杂质，以保诞骨料发挥应有的骨架作用。而搿生骨料中常 含蠢一些有食害的杂质，如糙、淤泥、粉妙、缨簇等，它嬲会糕瓣在霉生嚣辩 的表面，阻碍水泥和撙生骨料的粘结，降低混凝土的强度，同时还增加混凝土的 震忒餐，热大漫凝主熬竣结，降低获冻注稻撬渗妻耋，影薅淀凝懿瓣久谴。瓣驻， 在使用前必须经过冲冼、过筛处理将其清除。 再生嚣辩貔配台方法耪天然骨莘薯糖闻，巍于不黼使用善鹣遥择不阕韵麓程和 标准，因此殿按具体规程和标准中规定的颗粒级配，称量配金并均匀混合。在不 得已的情况下，可强调整级配，以满足实际使用的簧求。 再生骨料和天然嚣料相比，组成成份十分复杂。患于霉生骨料中包含耜凑数 量的水泥浆体，而水泥浆体本身的强度和刚魔相对较低，处于薄弱地位，造成了 再生餐辩窝必然莺辩在牲霞上戆诸多差冥。 2 3 一l 再生骨料的颗粒形状和表面特征 辍青辫黪鬏粒影状及表螽特 歪会澎璃箕与承嚣韵精结及箨帮秘豹流动瞧。表 2 一l 给出了组再生骨料与天然骨料的颗粒形状系数“： 根据z i n g g 疆密静骨科形状特征系数的观点，骨料的细长率、扁平率和方形 率越小越好“”，通过袭2 - 1 中再生嚣料与天然骨料的颗粒形状系数数据可知， 再生骨料的形状特 芷系数甚麓优于天然骨料，完全可以用于樽生利用。 裘2 - 1再生骨料与天然骨料的颗粒形状系数比较表 缨长率裹平警方形率 骨料类型 a ca b ca b 挥生骨科 2 2 63 6 01 4 l 卵石2 2 84 5 91 4 7 |碎石2 8 05 6 01 5 7 ( 表率8 、b 、e 分别裘零雷辩鬏粒翦长、孛、短辘，魏塑2 - 2 瑟承) 1 2 第二章再生骨科回收利用工艺流程及再生骨科的一般特性 图2 2骨料颗粒形状示意图 再生骨料由于表面附着砂浆的存在，其表面粗糙度比天然骨料大，再加上在 解体破碎的过程中，部分石子因受力而沿纹理开裂，这既增加了新的粗糙表面， 又增加了棱角效应。从这一点来说，再生骨料与水泥等粘结物的粘结能力比天然 骨料好。 由于废弃混凝土强度与密度的不均匀性，使得其破碎后产生的再生骨料质量 很不均匀，存在一些片状颗粒和针状颗粒，这些片状颗粒和针状颗粒过多，会使 新拌合物的强度降低。因此，在使用再生骨料的时候，要特别注意这些片状颗粒 和针状颗粒的数量是否符合规范要求。 2 3 2 再生骨料的表观密度、堆积密度和空隙率 再生粗骨料和再生细骨料的表观密度、堆积密度和空隙率均可参照天然粗骨 料和天然细骨料的测定方法测定。 骨料的表观密度是指骨料在自然的状态下，单位体积的质量。其表观体积是 指包含内部孔隙的体积，当材料孔隙内含有水分时，其质量和体积均将有所变化， 故说明材料的表观密度时，须注明其含水情况。表2 2 为一组再生骨料和天然 骨料面干状态下的表观密度试验数据“： 表2 2再生骨料与天然骨料面干状态下的表观密度值( k g m 3 ) 比较表 骨料种类天然骨料再生骨料 细骨料 2 6 3 02 1 9 0 粗骨料 2 6 2 02 2 8 0 河海大学硕士学位论文 从表2 2 中可以看出，再生骨料的表观密度值明显低于天然骨料的表观密度 值，且再生细骨料的表观密度值低于再生粗骨料的表观密度值。 影响再生骨料表观密度的因素很多，主要包括：原始混凝土骨料的密度、原 始混凝土的砂率和水灰比、再生骨料的粒级和级配、再生骨料的颗粒组成和性状、 再生骨料的含水状态和孔隙结构等。有关资料报道，废弃混凝土再生粗骨料在饱 和面干状态时的表观密度为2 1 2 0 2 4 3 0 k g m 1 ，废弃混凝土再生细骨料在饱和面 干状态时的表观密度为1 9 7 0 2 1 4 0 k g m 3 c 4 0 o 骨料的堆积密度是指骨料在堆积状态下单位体积的质量。骨料的堆积体积包 含了颗粒之间的空隙。其中空隙体积所占的比例，即为骨料的空隙率。空隙率的 大小反映了散粒骨料在颗粒互相填充的致密程度，可作为控制骨料级配的依据。 有数据表明，实测5 3 1 5 m 级配的再生骨料和天然骨料的堆积密度分别为 1 4 1 0 k g m 3 和1 5 4 0 k g m 3 ，空隙率分别为4 5 和4 2 ，再生骨料较之天然骨料堆积密度 小而空隙率高“。 表2 - - 3 为一组再生骨料的堆积密度和空隙率的试验数据“： 表2 - - 3再生骨料各粒径的堆积密度与空隙率 试验指标4 7 5 ( m m )9 5 ( 咖)1 6 0 ( 嘞)1 9 0 ( 嘞)2 6 5 ( 哪)3 1 5 ( m m ) 堆积密度 1 0 9 01 2 2 01 2 6 01 2 8 01 2 5 01 2 8 1 ( k g m 3 ) 空隙率( )5 75 25 1 5 05 15 0 可见，再生骨料各个粒级的堆积密度不相同，整体规律是颗粒越大，堆积密度 越高，空隙率的变化规律则相反。 2 3 3 再生骨料的吸水率和吸水速率 当骨料吸水饱和时，其含水率称为吸水率。天然骨料的孔体积含量很低，一 般低于3 ，极少超过1 0 ，所以常用的天然骨料吸水率都很低。对于再生骨料而 言，其颗粒棱角多，表面粗糙，组分中包含相当数量的硬化水泥浆体( 包裹在骨 料的表面或以碎屑的形式存在) ，由于浆体自身的孔隙率较大，加上在破碎的过 程中产生了大量的微裂缝，使得再生骨料的吸水率要比天然骨料高得多。 表2 4 是一组再生骨料和天然骨料面干状态下的吸水率数据“”： 1 4 第二章再生骨料回收利用工艺流程及再生骨料的一般特性 表2 4再生骨料和天然骨料面干状态下的吸水率( ) 比较表 骨料种类天然骨料再生骨料 细骨料 1 1 71 0 3 7 粗骨料 1 0 47 5 4 从表2 4 中可以看出，再生骨料的吸水率远远高于天然骨料，且再生细骨料 的吸水率远远高于再生粗骨料。 同时，再生骨料不仅吸水率大，吸水速率也相当快。试验发现表观密度为 2 4 7 0 k g m 3 ，细度模数为5 5 0 的再生骨料浸水3 0 分钟后其吸水率达到7 “1 。 国内外对再生骨料的吸水性进行了大量的试验研究，研究发现，再生骨料的 吸水性随骨料粒径的减小而迅速增大，粒径越小，吸水性越大，吸水率也越高n “； 再生骨料的吸水性还与其表观密度有关，吸水率随表观密度的降低呈抛物线明显 增大。 日本有关文献中提到“，再生骨料的吸水率一般为：再生粗骨料3 6 8 o ， 再生细骨料8 3 1 2 1 。由于再生骨料的吸水率高，吸水速度快，因此在使用 的时候，再生骨料的用水量比天然骨料多，这在配合比设计时应尤为注意。实际 中应在吸水速率和吸水率综合考虑的情况下，合理地增加用水量。根据日本再生 骨料标准，在混凝土生产中，不推荐使用吸水率超过7 的再生粗骨料和吸水率 超过1 3 的再生细骨料。 2 3 4 再生骨料的强度 再生骨料的强度通常是指再生粗骨料的强度。为保证新拌合物的强度，粗骨 料必须质地致密、具有足够的强度。一方面由于再生骨料的成分非常复杂，不仅 含有强度高低不同的混凝土成分，而且还含有许多低密度的建筑材料，如砖、瓦 等。另一方面，混凝土在长期的环境下，由于碳化的作用以及其它腐蚀性气体的 侵蚀，已变得非常酥松。因此，再生骨料的强度比天然骨料要低很多。 ( 1 ) 再生骨料强度的评定方法 再生骨料的强度可以用“岩石”立方体强度和压碎指标两种方法来表示。“岩 石”的立方体强度是评价混凝土骨料质量的一个重要指标。可从再生骨料的原始 废弃混凝土块上切割出1 5 c m x1 5 c m x1 5 c m 的立方体( 或直径为1 5 c m 、高为3 0 c m 的圆柱体) 按测定天然骨料混凝土立方体抗压强度的方法进行4 3 3 。可以近似地 河海火学硕士学位论文 认为，原始混凝土在浇筑时的试件抗压强度就是“岩石”的抗压强废值。通常情 况下耀骨精懿压碎攒标测定方法，是撂将一定震爨气于状态下l o 2 0 m m 黪五 子装入一定规格的圆筒内，在压力机上施加荷载到2 0 0 k n ，卸载后称取试样的质 量( 蕊) ，震毳径隽2 5 0 m m 豹簿薅除镀压碎煞缨粒，繇取试群浆雪；l 衾霪( 撮；) ，壶 计算得： 压碎指标( 翻) = ! 踅二堕 m o 式中，表示试样的质爨( g ) ，m 表示试验筛余后试样的质量( g ) 。 再生粗卺料跗羞砂浆的强度和嚣度相对较低，软弱易破碎，在终力作耀下容 易从再生骨料表面脱离，因此，再生骨料的聪碎指标比天然骨料大。由于压碎指 标表示蛋糕羝撬基薅豹缝力，瑟戳髯蓬蚤辩羝捷歪耱的能力较弱。 由于再生粗骨料附着一滕硬化后的水泥浆体，加上破碎时产生的微裂隙，所 班箕孔藩率簧跑天然糨骨耩大褥多。在配合魄设诗静时候，逶常会考虑再生费精 的多余吸水爨，所以在实际状况下，再生骨料是在吸水状态下抵抗腿碎作用的。 因诧，建议篇压碎指标表示髯生粗骨料的强度时，应测定再童粗骨科在饱窥状态 下盼服碎值，井以该毯作为压碎指标的评定标准。曩靛，缺篡饱和压谗指标的参 照规范，该方面有继续研究的价值。 ( 2 ) 菇生骨辩熬撬压强度摹珏弹性模鲎 粗骨料的强度特性取决予它的矿物组成、吸水性和孔隙结构。再生粗骨料的 鲤或麓分+ 分复杂，巍夔率嵩，疆零瞧太，葵撬匿强发羝予天然夤精，弹性摸量 也明摄低于天然骨料。当骨料的弹性模量较低时，拌含物的收缩和徐变也会相应 琏交大。研究表璃，髑荐垒骨辩拌稍豹再生游凝主其收缩率绢最高予天然骨料拌 制的混凝士。 2 3 - - 5 荐嫩骨料的坚固性 农国势，慰于存挽冻要求躲湿凝土所尾的粗曹料以及鼹露材糕，大都会溅定 其坚网性。坚网性是指材料抵抗磨损戡压碎的能力，可用硫酸钠溶液法检验，也 哥露洛杉酸黪援蛙( l o sa n g e l e sa b r a s i o n ) 寒译後。 硫酸钠溶液试验可以评定骨料的抗风化能力，试验方法是将骨料缀饱和硫酸 镶溶液五次漫泡与焱予循环意，看英耱否承受硫酸镳绥磊压蔼不发生最著破环或 强度降低。但许多国家的研究者都认为不宜用硫酸钠溶液法来评定再生骨料的坚 1 6 第二章再生骨料回收和用点艺流程及再生骨革尊的一般特饺 霆蛙。 而洛杉矶磨损性( 简称l a 磨颁性) 是以骨料的l a 磨损损失率来评价骨料的坚 瑟程度瓣。荐玺嚣辩魄天然鸯辫袭蓉多了一层矮纯东淀妙浆，毒予硬纯零淀砂浆 强度低，所以在压实、研磨的作用下更易于分散，导致晦生骨料的l a 麟损值比 天然雷枣荦来得大。在有关资瓣强期，霉黧学科的娃磨损攘失率大约在2 6 3 7