（材料学专业论文）再生混凝土的性能及其改性研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着建筑业的迅速发展，由建筑业产生的建筑垃圾也空前增加，对环境 产生了一定的影响，对社会产生了一定的危害。将废弃混凝土经过破碎、除 杂、分级等处理后作为再生骨料，并利用再生骨料配制再生混凝士的技术不 仅可以解决废弃混凝土带来的环境污染，还可以节约天然骨料资源，带来显 著的社会效益、经济效益和环境效益，是一条节约资源、能源，减轻地球环 境负荷及维护生态平衡的可持续发展道路。 本文概述了再生混凝土对环境的影响以及其在国内外的研究现状和发 展，提出发展再生混凝土技术是社会可持续发展的需要。本文设计了一套生 产再生骨料的处理工艺流程，并利用武昌车辆厂的废弃混凝土制备了一定量 的再生骨科。对再生骨料的表观密度、吸水率、压碎指标、容重和孔隙率等 基本性能进行了研究，分析了分别采用聚合物和有机硅防水剂进行表面处理 后的再生骨料的性能变化。从而得出经过表面处理后再生骨料的吸水率有所 降低；性能有所改善。 本文根据再生骨料和粉煤灰的不同取代率设计了几组不同配合比的再 生混凝土对其工作性能和力学性能进行了研究，分析了再生骨料的取代率、 粉煤灰的取代量、表面处理再生骨料及掺加高效减水剂和矿物外加剂等因素 对再生混凝土的工作性能和力学性能的影响。 本文根据配制的再生混凝土对其抗硫酸盐侵蚀性能、抗渗性、抗冻性等 耐久性进行了研究，分析了再生骨料的取代率、粉煤灰的取代量、表面处理 再生骨料及掺加高效减水剂和矿物外加剂等因素对再生混凝土的这些性能 的影响。并对再生混凝土的应用进行了经济可行性分析，为再生骨料和再生 混凝土的应用提供了有利的支持。 本文对再生混凝土的结构及结构性能研究较少，还有待今后进一步研 究。同时为了使再生混凝土的应用得到推广。还应为再生混凝土的施工制定 一定的规范和标准，这需要政府的产业政策扶持和国家的法律法规保障。政 府必须制定“强制性”的建筑垃圾处理的专项法规，以推动再生混凝土 这一新型绿色混凝土在我国的迅速发展。 关键词：再生混凝土，再生骨料，可持续发展，耐久性 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h e b u i l d i n gi n d u s t r y , t h eb u i l d i n gw a s t e p r o d u c e di nt h ea r c h i t e c t u r ei n d u s t r ya l s oi n c r e a s er a p i d l y , w h i c hi n f l u e n c e st h e e n v i r o n m e n ta n di sh a r mt ot h es o c i e t y a f t e rw a s t ec o n c r e t ea r e c r u s h e d ， r e m o v e d i m p u r i t i e s ，c l a s s i f i c a t i o n ，t h e yc a l lb eu s e da sr e c y c l e da g g r e g a t e s t h e t e c h n o l o g yo fu s i n gr e c y c l e da g g r e g a t e st oc o n f e c tr e c y c l e dc o n c r e t en o to n l y m a y r e s o l v et h ee n v i r o n m e n tp o l l u t i o np r o d u c e db yt h ew a s t ec o n c r e t e ，b u ta l s o m a ys a v ec r u d ea g g r e g a t e sr e s o u r c e ，a n db r i n gt h ep r o m i n e n ts o c i a lb e n e f i t ， e c o n o m i cb e n e f i ta n de n v i r o n m e n t a lb e n e f i t i ti sas u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t r o a dt h a tc a ns a v er e s o u r c e sa n de n e r g y , a l l e v i a t et h ee a r t he n v i r o n m e n tl o a d a n d s u p p o r t t h ee c o s y s t e mb a l a n c e t h i sp a p e rs u m m a r i z e st h a tr e c y c l e dc o n c r e t eb r i n g st h ei n f l u e n c et ot h e e n v i r o n m e n ta n di t sd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lr e s e a r c hs t a t u sa n d d e v e l o p m e n t ， a n dp u t sf o r w a r dd e v e l o p i n gt h er e c y c l e dc o n c r e t et e c h n o l o g yi st h en e e do f s o c i a j s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h ep a p e rd e s i g n sas e to ft e c h n i c sf l o wo f p r o d u c i n gr e c y c l e da g g r e g a t e sa n du s e ss c r a p c o n c r e t ei n w u c h a n gv e h i c l e f a c t o r y t om a n u f a c t u r es o m er e c y c l e d a g g r e g a t e s ，a n dr e s e a r c h e st h e b a s i c p r o p e r t i e so fr e c y c l e da g g r e g a t e ss u c h 髂a p p a r e n td e n s i t y ，a b s o r p t i o n ，c r u s h i n d e x ，c o m p a c t e dd e n s i t y ，p o r o s i t y ，e t c a n da n a l y s e st h ep r o p e r t i e sc h a n g eo f r e c y c l e da g g r e g a t e sa f t e rt h er e s p e c t i v es u r f a c et r e a t m e n tw i t h t h ep o l y m e ra n d p o l y s i l i c o n ew a t e r p r o o f i n ga g e n t s ，a n d t h e no b t a i n st h er e s u l tt h a tt h e i r a b s o r p t i o nd e c r e a s e sa n dt h e i rp r o p e r t i e si m p r o v e sa f t e rr e c y c l e da g g r e g a t e s a r e s 1 l r f a c et r e a t e d t h e p a p e rd e s i g n s s o m et e a m so fd i f f e r e n tm i xp r o p o r t i o nc o n c r e t e a c c o r d i n g t ot h ed i f f e r e n tr e p l a c e m e n to f t h er e c y c l e da g g r e g a t e sa n df l ya s h ，a n d r e s e a r c h e st h e i rw o r k i n gp r o p e r t i e sa n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，a n da n a l y s e s i n f l u e n c ef a c t o r so ft h ew o r k i n gp r o p e r t i e sa n dt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f t h e r e c y c l e d c o n c r e t es u c ha st h er e p l a c e m e n tr a t e o fr e c y c l e d a g g r e g a t e s ，t h e 武汉理工大学硕士学位论文 r e p l a c e m e n ta m o u n to ff l ya s i a , s u r f a c et r e a t m e n to fr e c y c l e da g g r e g a t e s ，a d d i n g t h eh i g h r a n g e w a t e r r e d u c i n ga g e n t sa n dm i n e r a la d m i x t u r e ，e t c t h e p a p e r r e s e a r c h e st h e d u r a b i l i t y o f r e c y c l e d c o n c r e t ea st ot h e s u l p h a t e c o r r o s i o nr e s i s t a n c e ，t h ep e r m e a b i l i t yr e s i s t a n c e ，t h ef r o s t r e s i s t a n c e ，e t c a n da n a l y z e ss o m ef a c t o r s ，a st ot h er e p l a c e m e n to f r e c y c l e da g g r e g a t e s t h e r e p l a c e m e n t o f f l ya s h ，t h es u r f a c et r e a t m e n to fr e c y c l e da g g r e g a t e s ，a d d i n gh i g h r a n g ew a t e rr e d u c i n ga g e n ta n dm i n e r a la d m i x t u r e ，b r i n gt h ei n f l u e n c et ot h e p r o p e r t i e so fr e c y c l e dc o n c r e t e ，a n da n a l y z e st h ee c o n o m i cf e a s i b i l i t yo ft h e a p p l i c a t i o no f t h er e c y c l e dc o n c r e t e i to f f e r st h ea d v a n t a g e o u ss u p p o r tf o rt h e a p p l i c a t i o no f r e c y c l e d c o n c r e t e t h e p a p e r r e s e a r c h e sl e s so nt h es t r u c t u r e sa n dt h e p r o p e r t i e so ft h e s t r u c t u r e so f r e c y c l e dc o n c r e t e ，a n di td e s e r v e sf u r t h e rr e s e a r c h a tt h es a n l et i m e i no r d e rt oe x t e n dt h ea p p l i c a t i o no fr e c y c l e dc o n c r e t e ，s o m es t a n d a r d sa n d c r i t e r i o n sm u s tb ee s t a b l i s h e df o rt h ec o n s t r u c t i o no f r e c y c l e dc o n c r e t e ，i tn e e d t h es u p p o r to f t h eg o v e r n m e n t a li n d u s t r y p o l i c ya n d t h eg u a r a n t e eo f n a t i o n a ll a w a n ds t a t u t e ，t h eg o v e r n m e n tm u s te s t a b l i s hc o m p u l s o r ys p e c i a ls t a t u t ef o rt h e t r e a t m e n to fb u i l d i n gw a s t e ，t op r o m o t et h e q u i c kd e v e l o p m e n to fr e c y c l e d c o n c r e t e ，as o r to fn e w - s t y l eg r e e nc o n c r e t e ，a t 0 1 2 2c o u n t r y k e y w o r d ：r e c y c l e dc o n c r e t e ，r e c y c l e da g g r e g a t e ，s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ， d u r a b i l i t y j 儿一 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究的目的和意义 1 1 1 课题的提出 据统计，工业固体废弃物中，建筑废弃物独占4 0 ，其中废弃混凝土是 建筑废弃物排放量最大者之一，而且随着世界范围内城市化进程的加快，对 原有建筑物( 构填物) 的拆除、改造工程与日俱增【l 】。 建筑废弃物量大而广，而且多数堆积在城市郊区的公路、河道、沟壑附 近。如此做法会恶化城市环境，带来非常严重的二次污染。另外，堆放混凝 士废弃物会占用大片的场地，对于土地和空间日趋宝贵的城市是一种极大的 威胁，限制城市的发展空间。 混凝土中砂石骨料占总重量的7 0 以上，长期以来砂石被认为是取之不 尽、用之不竭，而随意开采，甚至滥采滥用。结果造成山体滑坡、河床改造， 严重破坏自然环境，有碍于骨料原场地生态环境的可持续发展，产生巨大的 社会负面效应，并且在一定意义上讲天然砂石属于不可再生资源。它们的形 成需要经过漫长的地质年代，如果不加限制的采集，不久我们将面临天然骨 料短缺。可以预见，随着社会经济的发展，混凝土用置的增多，混凝土的可 持续发展与骨料危机的矛盾将日益突出。 废弃混凝土的再生利用已成为一项迫切需要解决的课题。由于废弃混凝 土块中含有大量砂石骨料，如果能将它们就地回收，经过破碎、清洗、分级 后作为骨料再利用，生产再生混凝用到新建建筑物上，则不仅能降低成本、 节省天然骨料资源、缓解骨科供求矛盾，还能保护骨料产地的生态环境，又 能解决城市废弃物的堆放、占地和环境污染等问题，实现混凝土生产过程中 的物质循环闭路化。对废弃混凝土进行循环再利用被看作是发展绿色混凝土 的主要措施之一，具有十分明显的环境效益、经济效益和社会效益。 因此，国内外许多专家、学者都将重点放在废弃混凝土作为再生骨料循 环利用的研究上。基于我国再生骨料混凝土研究领域存在着许多有待深入开 武汉理工大学硕士学位论文 展的问题。提出了本课题。 1 1 2 再生混凝土的定义 将废弃混凝土块经过裂解、清洗、破碎、筛分、分级后，按一定的比例 混合形成的骨料称为再生骨料( r e c y c l e da g g r e g a t e ，r a ) ，而把利用再生骨 料作为部分或全部代替天然骨料配制豹混凝土称为再生骨料混凝士 ( r e c y c l e da g g r e g a t ec o n c r e t e ，r a c ) ，简称再生混凝土【2 l 。再生混凝土是建筑 材料资源循环利用，与生态协调的重要方面。合理有效的利用再生骨料或再 生混凝士可有效地节约天然资源的优质骨料，这对于环境保护和自然资源的 保护具有重要意义。 目前再生骨料主要用来制作中低强度的混凝土，一般用于基础、路面和 非承重结构的低强度混凝土，通过选择和严格控制配合比及再生骨料的掺和 量，也可满足承重结构混凝土的要求，由于废混凝土处于建设工地现场或酣 近的特点，回收利用废混凝土减少了建筑垃圾的清运和天然骨料的使用，经 济效益十分明显吲。再生混凝土具有低消耗、低能耗、无污染、可循环再生 利用等特点，完全能够满足世界环境组织提出的“绿色”的三项意义： 1 1 节约资源、能源： 2 ) 不破坏环境，更应有利于环境； 3 ) 可持续发展，既可满足当代人的需求，又不危及后代人发展的能力。 因此，再生混凝土是一种可持续发展的绿色混凝士。 l 1 3 废弃混凝土对环境的影响 废弃混凝土主要来源于旧建筑物、桥梁、混凝土路面的拆除和维修，商 品混凝土搅拌站由于质量原因和调度原因每年也产生约1 的废弃混凝土， 还有因不可抗拒的原因如地震、台风、洪水、战争等造成建筑物倒塌而产生 的大量废弃混凝土块。 根据有关资料【l 】【4 】，2 0 0 1 年，我国在结构工程中大约排放3 5 的废弃混 凝土，其余为沥青混凝土等废弃物。据初略统计，仅我国每年拆除旧建筑物 的垃圾就达4 0 0 0 多万吨，其中解体旧混凝土的发生量约1 3 6 0 多万吨，另外， 我国目前每年新浇注混凝土约2 亿m 3 ，因质量原因而排放的废弃混凝土就 武汉理工大学硕士学位论文 多达4 8 0 万吨；仅以武汉市三十多家搅拌站计算，每年搅拌混凝土4 0 0 多万 一，排放废弃混凝土约1 0 万吨；随着对老城区的改造和经济建设的发展， 预计今后废弃混凝土的发生量将逐年增多。这样的问题不只是发展国家中会 碰到，发达国家同样也会遇到，例如，9 0 年代初，欧共体国家每年排放废 弃混凝土1 0 0 0 0 万吨，美国6 0 0 0 万吨，日本约2 4 0 0 万吨。而且废弃混凝土 的排放量还在逐年增加，增长速度快。欧共体国家废弃混凝士的排放量从 1 9 8 0 年的6 5 0 0 万吨增加到2 0 0 0 年的1 6 2 0 0 万吨，1 9 9 5 年日本废弃混凝土 的排放量约3 8 0 0 万吨。其增长速度基本是每1 0 年翻一番。根据1 9 9 6 年在 英国召开的混凝土会议上通过的资料，( 估计) 全世界从1 9 9 1 至2 0 0 0 年的 1 0 年问。废弃混凝土( 包括钢筋混凝土预制厂的不合格产品) 的总排放量 将超过1 0 亿吨，事实上目前废弃混凝土的排放量比估计值大得多，几乎是 估计值的2 倍。 一方面，在施工工地上，大量的废弃混凝土往往与散落的砂浆、碎砖渣、 金属、竹木材、装饰装修产生的废料和各种包装材料等一起当作建筑垃圾被 排放，不仅需要占用大量的土地存放，浪费耕地，而且还在清运和堆放过程 中易造成遗撒和粉尘、灰砂飞扬等问题，严重污染环境。另一方面，混凝土 生产需要大量的砂石骨料，每。普通混凝土需要砂石骨料近2 0 0 0 k g 和 4 0 0 - - 5 0 0 k g 的水泥，而水泥煅烧更是需要品位高的石灰石，随着对天然砂石 料的不断开采，生态环境遭到了极大的破坏，自然资源也趋于枯竭。另外， 砂石的开采及运输费用也相当惊人。 i i 4 再生混凝是社会可持续发展的需要 自1 9 9 2 年联合国环境与发展大会召开以后，1 9 9 4 年联合国又增设了“可 持续产品开发”工作组，随后，国际标准化机构i s o 也开始讨论环境协调 和制品( e c p ) 的标准，这些工作都极大地推动了绿色建材的发展。然而， 我国当前仍以传统产品为主体，由于生产传统建材产品恰恰需要能源、资源 的高消耗，要大量占用耕地，并且产生对环境的高污染，这种数量扩张型的 建材工业发展模式将使我国能源、资源和环境不堪重负，不利予社会与经济 的可持续发展。 ( 1 ) 从环境角度看 武汉理工大学硕士学位论文 前面已述，废弃混凝土与粉煤灰对环境已造成了一定的压力，我国目前 已有2 3 的城市被垃圾包围( 主要是生活垃圾与建筑垃圾，包括废弃混凝土) ： 如果考虑建筑材料的生产，则环境压力极其沉重，仅水泥、砖瓦、石灰生产 每年就排放c 0 28 亿多吨，水泥粉尘年排放量达1 2 0 0 万吨，各种尾矿更是 堆积如山，这些都是我们必须要正视的问题。 ( 2 ) 从资源角度看 包括矿产资源、土地资源与水资源。我国每年因生产建筑材料而消耗的 各种不可再生的资源( 天然原材科) 多达7 0 亿吨以上；从1 9 8 6 年到1 9 9 6 年，这十年间我国每年净减少耕地7 5 0 万亩，土地资料递减的形势十分严峻； 水资源更是贫乏，全国共有6 0 0 多座大小城市，其中7 0 属缺水城市，而且 现有的河流污染严重。不可再生资源破坏和浪费严重。 ( 3 ) 从能源角度看 我国每年建筑材料的生产能耗达2 亿吨标煤，北方地区冬季采暖消耗的 能源达1 3 亿吨标煤，建筑物能耗( 包括建筑能耗和建材生产运输能耗) 占 总能耗的2 6 ，可见建筑节能和降低建材生产和运输能耗是非常重要的，在 “能源、环境可持续发展研讨会”上，中国工程院院士徐匡迪呼吁：“人类 生存发展离不开大自然赋予的宝贵资源，大力推进资源的节约回收和再利用 是一项刻不容缓的任务，也是实现可持续发展的重要内容和必然选择。” 由此可见，发展绿色建材走循环经跻之路是对建材工业可持续发展的 主动响应，也是保护生态环境，为地球的未来储蓄资源的必然。随着各级政 府及建设单位对生态环境保护的高度重视和人民生活水平的不断提高与自 我保护意识的增强，为绿色建材的发展提供了广阔的市场条件。伴随我国北 京申奥成功，“绿色奥运”的理念始终贯穿在大规模奥运场馆建设和城市基 础设施的建设之中。绿色建材已成为建材生产与消费的热点绿色建材的理 念正在深入人心。 正如以上所述，废弃混凝土和粉煤灰已严重污染了人们生活环境，到了 必须利用的时候。根据许多国家的经验，可对废弃混凝土采取“源头削减策 略”，即在废弃物形成之前，就通过科学管理和有效的措施将其减量化：对 于已产生的废弃物则采用科学手段。使其具有再生资源的功能，如美国的 c y c l e a n 公司采用微波技术，1 0 0 的回收利用再生旧沥青路面料t 其质 武汉理工大学硕士学位论文 量与新拌沥青路面相同，而成本可降低1 3 ，同时节约了垃圾清运和处理等 费用。大大地减轻了城市的环境污染：粉煤灰已广泛地被当作制备建筑材料 制品的原料，特别是在新型建筑墙体材料方面；最近研究的新成果表明，粉 煤灰、石灰、石膏( 或磷石膏) 和粘土配制的“灰土”，可广泛地用在高速 公路的基层，不仅可节约大量资金，还可以提高工程的质量；优质粉煤灰可 作水泥生产的混合材和混凝土生产的矿物外加剂，它不是废料而是一种品 质优良的资源。因此，合理地利用粉煤灰和废弃混凝土对社会的可持续发矮 有着重要意义。 为使中国水泥、混凝土及其制品能适应经济发展的需要，而不致制约中 国经济快速健康地发展。必须坚持走可持续的并能与环境协调发展的集约化 道路。 1 2 再生混凝研究的现状和发展 第二次世界大战石，前苏联、德国、日本等国对废弃混凝土进行了开发 研究和再生利用，已召开过三次有关废混凝土再利用的专题国际会议，提 出混凝土登须绿色化。再生混凝土的利用已成为发达国家所共同研究的课 题，有些国家还采用立法形式来保证此项研究和应用的发展p j 。我国政府制 定的中长期科教兴国战略和社会可持续发展战略，也鼓励废弃物的研究和应 用。 日本由于国土面积小，资源相对匮乏，因此将建筑垃圾视为“建筑副 产品”，十分重视将废弃混凝土作为可再生资源而重新开发利用。早在1 9 9 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，并制定了多项法规来保证再生 混凝土的发展。1 9 9 1 年，日本政府又制定了资源重新利用促进法，规定 建筑垃圾必须送往“再资源他设施”进行处理，据有关资料报道，东京在 1 9 9 8 年对于建筑垃圾的重新利用率就已达到5 6 。此外，日本还对再生混 凝士的吸水性、强度、配合比、收缩、耐冻性等进行了系统的研究1 6 j i “。 美国是较早提出环境标志的国家，据美国联邦公路局统计，美国现在已 有超过2 0 个州在公路建设中采用再生骨料，2 6 个州允许将再生骨料作为基 武汉理工大学硕士学位论文 层材料4 个州允许将再生骨料作为底基层材料，将再生骨料应用于基层和 底基层的2 8 个州级机构中，有1 5 个制定了关于再生骨料的规范。美国政府 制定的( 超级基金法给再生混凝土的发展提供了法律保障。美国除鼓励应 用再生混凝土外，还对其性能进行了研究。如根据密歇根州的两条用再生混 凝土铺筑的公路进行了再生骨料混凝土干缩性能的试验研究，试验表明再生 骨料混凝土的干缩率大于天然骨料混凝土。美国一家公司采用微波技术， 可1 0 0 地回收利用再生旧沥青混凝土路面料，其质量与新拌沥青混凝土路 面料相同，而成本降低了1 3 ，同时节约了垃圾清运和处理等费用，大大减 轻了城市的环境污染。 在裁苏联，7 0 年代末就开始利用混凝土废料约4 0 0 0 万吨和金属1 2 0 万 吨。俄罗斯o s m a n g a z i 大学的研究者着重研究了再生骨料混凝土的配合比 设计以及新拌混凝土的特性。他们得出随再生骨料含量的不同，弹性模量和 韧度的变化。他们还发现，再生骨料混凝土的密实度表现出与普通混凝土相 反的特性嗍。 德国且前将再生混凝土主要用于公路路面。德国钢筋委员会1 9 9 8 年8 月提出了“在混凝土中采用再生骨料的应用指南”，要求采用再生骨料配制 的混凝土必须完全符合天然骨料混凝土的国家标准；奥地利的有关试验表 明，采用5 0 的再生骨料配制的混凝土，其强度值可达到b 2 2 5 3 0 0 ( 奥地 利标准) ，而抗盐侵蚀性也有所提高，同时发现再生骨料混凝士的弹性模量 降低：法国还利用碎混凝土和碎砖块生产出了砖石混凝土砌块。所获得的混 凝土砌块已被测定，符合与砖石混凝土材料有关的n b n b 2 1 0 0 1 ( 1 9 9 8 ) 标 准。澳大利亚的格里菲思大学的研究结果表明，只要生产出的再生骨料能始 终满足质量标准，则完全可以作为一种基层或底基层材料，他们认为再生骨 料的性能完全可以与用作基层材料的天然骨料相比媲美。研究还发现混凝土 的抗压强度和混合料中软弱物质含量对回弹模量和永久变形有重要影响1 9 j 。 北欧各国，如丹麦、芬兰、冰岛、挪威、瑞典等国于1 9 8 9 第实施了统 一的北欧环境标准。c s t c 长期以来一直关注建筑垃圾的再利用，并在上世 纪8 0 年代末着手建立了比利时协会阻便促进对建筑废料回收利用的研究l l “。 我国国土面积较大，资源丰富，可能在一定时期内混凝土的原材料危机 不会突现，因此对再生混凝土的开发研究晚于工业发达国家。在人类跨入 武汉理工大学硕士学位论文 2 l 世纪前夕，我国政府在中国2 1 世纪议程中国2 1 世纪人i s i 、环境 和发展白皮书中，对世界面临的环境污染、生态破坏等问题给予了高度的 关注。我国政府制定的中长期科教兴国和社会可持续发展战略，鼓励废弃物 的研究和应用，并加紧对再生混凝土的开发利用进行立项研究，并取得成果。 上海市建筑构件制品公司19 9 7 年开始利用建筑工地爆破拆除的基坑支护等 废弃混凝土制作混凝土空心砌块，其产品各项技术指标完全符合上海市标准 混凝土小型空心砌块工程及验收规程。 对于废弃的旧混凝土等固体废弃物，经破碎后，可以代替砂石，用于砌 筑砂浆、抹灰砂浆、打混凝土垫层等，还可以用于制作砌块、铺道砖、花格 砖等建材制品。为了更好地利用废弃的混凝土作再生骨料，国内外学者在这 些方面进行了很多研究工作。t o p c u ib i l 2 1 早在上世纪9 0 年代就开始研究用 废弃的混凝土作再生骨料的性质，l i m b a c h i y am c ，l e e l a w a tt t b 】等人则对 在高强混凝使用废弃混凝土作集料进行研究：日本学者y a m a s a k ij u j j i ， t a t e m a s t s u ，k a z u h i k o t h l 和德国研究者h i c i - i i l s d o r f 等人利用高质量的再生 集料进行了混凝土中抗冻融性能的试验，美国在公路水泥混凝土再生利用方 面已走在其它国家前列。其经验和方法是尽量降低再生集料的粒径，最大粒 径控制在1 9 m m 以下，再生集料的取代量一般在5 0 “o 。杜婷，李惠强， 吴贤国【5 1 1 7 1 1 1 1 等人为了改善再生骨料表面孔隙多，吸水率大等问题，利用高 活性超细矿物掺合料的浆液对再生骨料进行强化试验，采用k i m 粉( 含高 效抗渗防水剂) 取得了一定的效果，可提高再生混凝士1 8 的强度。邢振贤， 周日农【9 l 等研究了再生混凝土的基本性能，如：和易性、表观密度、强度、 弹性模量，极限拉伸值与拉压比，对合理利用再生骨料提供了一定的参考价 值。清华大学的冯乃谦，邢锋等人总结了日本再生骨料研究成果，提出了用 3 0 以下再生骨料等量取代普通混凝土中骨料时，混凝土的性能与基准混凝 土大体相同的观点。还有相当多的学者也进行了一些应用型的研究。 虽然世界各国对废弃混凝土的利用现状和技术水平有差异，但发达国家 在这方面有很多经验值得我们借鉴。总之，再生混凝土的开发和应用，是节 约能源与资源、保护人类生存环境，走可持续发展道路的重要课题，应引起 国内外从事材料科学研究人员和政府的高度重视。 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 研究的内容、方法和目标 鉴于目前对再生混凝土( r a c ) 的研究现状和发展，本论文的研究内容 确定以下几个方面： 1 本章为绪论，主要介绍了本课题研究的目的、意义和再生混凝士的研究 现状和发展，以及研究的内容和方法。 2 再生骨料的基本特性研究。介绍了再生骨料得制备工艺流程，并对荐生 骨料的基本特征性能作了重点研究，如吸水率、表观密度、压碎指标和 表面粗糙度等，并具体分析了再生骨料盼特征性能与天然骨料不同的原 因，分析了再生骨料表面经聚合物或有机硅防水剂处理后其性能的变化。 3 再生混凝土的制备及基本工作性能研究。介绍了再生混凝土的制备工艺 流程，并对再生混凝土的流动性、粘聚性、保水性等基本工作性能进行 了研究。并分析了影响再生混凝士工作性能的因素。 4 再生混凝土的力学性能研究。对不同配合比的再生混凝土抗压强度进罩亍 了研究，并分析了再生骨料取代率、粉煤灰替代水泥量、掺加减水剂、 矿物外加剂及对再生骨料表面进行处理等函素对再生混凝土抗压强度影 响。 5 再生混凝土的耐久性研究。采用g b j s l 8 5 的抗硫酸盐侵蚀评价方法， 对再生混凝土的抗硫酸鼓侵蚀性能进行了研究，采用快速氯离子渗透方 法对再生混凝土的抗渗性能进行了研究，并对再生混凝士的抗冻性能进 行了研究，简要叙述了再生骨料混凝土的硫酸盐侵蚀作用机理、渗透作 用机理和冻融破坏机理，以及影响这些性能的因素。 6 再生混凝土的经济可行性分析。对再生混凝土的经济性进行了分析，并 分析了阻碍再生混凝土发展的因素，展望了再生混凝土的未来发展。 ，8 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章再生骨料的基本特眭 由于各种不阿的原因，建筑业将废弃混凝土再生利用的重要性正在逐步 增长，在许多国家的研究文献和近来一些国际会议中得到反映。除了环境保 护以外，天然骨料资源的保护、废料堆积场所短缺和废料堆积费用的上升， 都是将废弃混凝土作为再生骨料的原因。将废弃混凝土作为再生骨料生产再 生骨料混凝土具有非常重要的环保和保护自然资源的意义。 2 1 再生骨料的制备工艺 2 1 1 再生骨料利用的可行性 建筑垃圾成分较复杂，有砖石碎块、钢筋混凝土、铁件、木料、塑料、 纸板、电缆、泥沙等多种成分，其中砖石砌体碎块、混凝土碎块占大多数， 这些都是可资源化循环再生骨料的材料。而经过一般处理( 破碎、筛分、分 选、洁净) 的骨料可以用于道路工程垫层、排水工程基层、防护大堤及拌制 再生混凝土、混凝土砌块砖等方面i ”】。 ( 1 ) 废混凝士块混凝土的凝结硬化是一个非常缓慢的过程，龄期2 8 d 的水泥石，水泥的水化程度只有6 0 左右。资料表明，一些混凝土经过 2 0 d 的时间凝结硬化还没有完全结束，也就是说此时水泥石中还存在有利于 混凝土硬化的活性成分。如果把建筑物生产过程中及旧建筑拆下来的废混凝 土块重新分选，破碎作为骨料来用，对再生混凝土的强度发展必定能起到良 好的促进作用。普通混凝土的破坏是由于在荷载作用下界面微裂缝的发展而 导致混凝土最终破坏，一般来说，骨料并不发生破坏。因此，废混凝土中的 骨料是完全可以利用的。 ( 2 ) 碎砖块在配制普通混凝土时，要求粗骨料立方体强度与混凝土设 计强度之比不小于1 5 。就拆除的碎砖块而言，以常用的m u i o 机制砖为例。 抗压强度平均值不低于9 8 1 m p a ，若用于配制c 7 5 、c i o 混凝士，抗压强度 设计值分别为3 7 m p a 和5 m p a ，因此用碎砖块做低强度等级混凝土的骨料， 其强度是足够的。若要配制强度等级更高的混凝土，则需采取必要的技术措 9 武汉理工大学硕士学位论文 施。在一些天然骨料很少的国家，甚至用好砖来生产混凝土骨料。碎砖块和 砂浆的抗拉强度差别不是太大，同时，碎砖块表面粗糙，孔隙较多，砂浆和 骨料的界面结合得以加强，从而使再生混凝土产生界面微裂缝的机会减少， 对提高再生混凝土的强度非常有利【1 6 ”】。 ( 3 ) 废砂浆建筑物拆除过程中产生的粉末状水泥砂浆，硬化的水泥砂 浆包裹在砂颗粒周围，增大了骨料的粒径，同时水泥水化颗粒改善了骨料的 级配，可作为细骨料来用。而在拆除过程中产生的水泥砂浆块，较大的可作 为粗骨料来用，较小的经粉碎后可作为细骨料来用。 2 1 2 废弃混凝土的主要来源 用来生产再生骨料的废弃混凝土主要有以下来源f 9 】： ( 1 ) 建筑物因达到使用年限或因老化被拆毁，产生废弃混凝块，这是 废弃混凝土块的主要来源； ( 2 ) 市政工程的动迁及重大基础设施的改造产生废弃混凝土块( 随社会 经济的发展，此项所占比例将越来越大) ： ( 3 ) 商品混凝土工厂由于质量原因以及调度原因产生废弃混凝士为其 年产量的1 3 ，数量巨大： ( 4 ) 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 的废弃混凝土块。例如，日本因阪神大地震造成建筑物倒塌而产生的废弃混 凝土块达1 7 0 0 万吨。 本文实验中采用的废弃混凝土样品取自武汉车辆厂冷冻车间的行车梁， 预制构件，龄期大约为4 1 年( 该厂房于1 9 6 1 年修建，现因该地规划要建设 居民小区而拆除) 。租骨料的主要物相为自云石和方解石，粒径较大，最大 粒径可达5 0 m m ，以2 0 - - 3 0 m m 粒径居多。废弃混凝土结构致密，少有碳化。 2 1 3 再生骨料的制备过程 用废弃混凝土块制各再生骨料的过程就是把不同的破碎设备、筛分设 备、传送设备及除去杂质的设备合理地组合在一起的生产工艺过程。实际的 废弃混凝土块中不可避免地存在着钢筋、木块、塑料碎片、玻璃、建筑石膏 等各种杂质，为确保再生混凝土的品质，必须采取一定的措施将这些杂质除去。 武汉理工大学硕士学位论文 微粉( 5 ) 图2 - i再生骨料的生产工艺流程图 废弃混凝土中含有3 0 左右的硬化水泥砂浆，这些水泥砂浆在破碎过程 中绝大多数独立成块，少量附着在天然骨料的表面，还有极少量则成为微细 粉，因此，废弃混凝土块经二级破碎或三级破碎，进行筛分后，可以得到粒 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 径为5 2 5 m m 的再生粗骨料，重量约占废弃混凝土块的6 5 左右：粒径小 于5 m m 的再生细骨料中约含有2 左右的微细粉可通过风力分级除去， 这样，得到的o 1 5 - s m m 的再生细骨料重量约占废弃混凝土块重量的3 3 。 其生产工艺原理如图2 1 所示。通过多次破碎、筛分及除去杂质的过程，可 得到级配、质量符合要求的再生骨料。 通过上述工艺制备的再生骨料，特别是再生粗骨料，由于在破碎过程中 使得骨料内部存在一些裂纹、或微裂纹，仍有少量硬化水泥砂浆和小石屑嵌 附在其表面，因此，可通过擦摩法( 将再生骨料放入混凝土强制式搅拌机中 搅拌5 8 r n i n ) ，过筛后去掉这部分硬化水泥砂浆和小石屑，从而回收得到质 量较好的再生粗骨料。 2 2 再生骨料的组成性状及级配 废弃混凝土经过破碎、除杂，按不同粒径可筛分出再生粗骨料和再生细 骨料，其组成性状和级配如下： 2 2 1 再生细骨料 再生细骨料的粒径尺寸范围为0 0 8 5 mi t i ，再生细骨料主要包括砂浆体 破碎后形成的表面附着水泥浆的砂粒、表面无水泥浆的砂粒、水泥石颗粒及 少量破碎石块。细骨料的颗粒级配，表示细骨料的大小颗粒搭配情况。在混 凝土中细骨料之间的空隙是由水泥浆所填充，为了达到节约水泥和提高强度 的目的，就应当尽量减少细骨料之间的空隙。要想减少细骨料之间的空隙， 必须有大小不同粒径的颗粒搭配( ，因此，控制细骨料的粗细程度和颗粒 级配有很大的技术经济意义。再生细骨料的颗粒级配和细度模数应符合 j g j 5 2 9 2 的规定。再生细骨料在使用前必须对其进行冲洗、过筛处理将有害 杂质清除。它们的含量可以参照天然骨料混凝士的标准j g j 5 2 9 2 j 。 本文所采用的再生细骨料的颗粒级配如表2 - 1 所示。 武汉理工大学硕士学位论文 表2 - l再生细骨料的筛析结果 注：样品重5 0 0 9 2 2 2 再生粗骨料 粒径大于5 m m 的颗粒为再生粗骨料。再生粗骨料颗粒一般为表面包裹 着部分水泥砂浆的石子，少部分与砂浆完全脱离的石予，还有极少一部分水 泥石颗粒。再生骨料表面是否粘着水泥砂浆以及粘着水泥砂浆的多少等情况 与原始混凝土的强度等级、骨料种类等因素有关，原始混凝土的强度等级越 高，则表面粘着的水泥砂浆越多，碎石表面粘着的水泥砂浆比卵石表面的多。 再生粗骨料一般棱角较多，且表面较租糙。 再生粗骨料的颗粒级配是表示构成再生粗骨料的不同粒径颗粒组成之 间的相互比例关系，它是混凝土材料学中的一个重要的技术指标。粗骨料应 具有良好的颗粒级配，以减少孔隙率，增强密实性，从而可以节约水泥，保 证混凝土拌合物的和易性及混凝土的强度、耐久性等。特别是配置高强混凝 土时，粗骨料级配尤为重要。在组合各种级配的再生粗骨料时，应结合 j g j 5 3 9 2 规定的相应级配中不同粒径范围的骨料的相对含量，通过实验找出 达到最小孔隙率时各筛孔尺寸的质量百分数，依此称量配合并均匀混合。 本文所采用的再生粗骨料的颗粒级配如下表2 2 所示。 表2 - 2 再生粗骨料的筛析结果 2 3 再生骨料的基本特性 再生骨料包括粒径较大的粗骨料和粒径较小的细骨料，其通常占混凝土 总体积的7 5 以上，是混凝土的重要组成部分。骨料不仅构成了混凝的骨 武汉理工大学硕士学位论文 架，而且对混凝土的许多性能如强度、体积稳定性以及耐久性等都会产生相 当的影响，甚至起着决定性的作用。 再生骨料与天然骨料相比，组成成分复杂，组分中含有3 0 左右的硬化 水泥砂浆( 水泥砂浆孔隙率大、吸水率高) ，再加上混凝土块在解体、破碎 过程中由于损伤累积内部存在大量微裂纹，这些因素都使再生骨料的基本特 性与天然骨料有较大的差异。 2 3 1 再生骨料的表观密度 所谓表观密度是指：材料在自然状态下的单位体积质量，其中自然状态 下的体积是指包括材料实体积和内部孔隙的表观几何形状体积。再生粗骨料 和再生细骨料的表观密度可参照天然粗骨料和天然细骨料的测定方法测定 f f 9 l 。表2 3 为一组再生骨料面干状态时的表观密度实验数据。显然。再生骨 料的表观密度明显小于天然骨料。 表2 - 3 再生骨料的表观密度( k ，c m 3 ) 类别再生粗骨料碎石再生细骨料河砂 塞婴奎堕! 型! 窭2兰：! ! ：! ：! ! ：箜 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、再生骨料的粒径和级配、再生骨料的颗粒组成 和性状，再生骨料的含水率、再生骨料表面含有大量水泥砂浆等。 2 3 2 再生骨料的吸水率和含水率 天然岩石由于其孔体积含量很低，所以常用的天然骨料吸水速率和吸水 率都很小，然而对于再生骨料，其颗粒棱角多，表面粗糙，组分中包含有 3 0 左右的硬化水泥砂浆( 水泥砂浆孔隙率大、吸水率高) ，再加上混凝土 块在解体、破碎过程中由于损伤累积内部存在大量微裂纹，这些因素都使再 生骨料的孔含量增大，从而使其吸水率和吸水速率增大。另外从旧建筑物 拆除现场取得的再生骨料与天然骨料采集厂的操作环境截然不同，经