（水利水电工程专业论文）纤维改性再生混凝土及砂浆的基本性能研究.pdf

摘要 本论文针对建筑垃圾逐渐加重环境负担、天然资源日益枯竭的现状，基丁国内再生混凝 _ 十性能尤其是耐久性能与应川研究相对较少以及再生混凝土目前存在i ：作性差、强度偏低、 脆性人等问题，采刚数学、物理、化学和胶凝材料学等学科交义的手段，以机理分析与试验 验证相结合的研究方法，利川复合生态纤维良好的阻裂效果，结合砗灰、粉煤灰的叠加作用， 通过试验研究，探讨分析复合生态纤维与硅灰、粉煤灰等复合作崩对再生混凝十的f ：作性、 力学和耐久性能的影响，阐明其对再生混凝土的改性机理，研究获得高- i ：作性、高强低脆、 抗冻抗渗性能好的绿色高性能再生混凝十，从而促进再生混凝十的推j “和应用，有效减轻环 境负担，缓解资源短缺、能源告急的危机，同时也为再生混凝十的深化研究和1 ：程应用提供 一些参考借鉴。通过试验研究得出以下主要结论： 1 、利 f j 复合生态纤维、硅粉和粉煤灰对混凝十进行强化和改性作用，通过大量的宏观 试验研究及分析表明：再生骨料混凝十强度、抗冻抗渗性均有较人程度的提高，甚至能赶上 并超过大然骨料混凝十的强度。当三种掺和料掺量分别为0 9 k g m 3 、1 5 、1 0 ，水灰比为 0 3 、砂率为0 4 6 时，复合生态纤维增强再生混凝十的性能最佳。 2 、通过正交试验、方差与极差分析，以2 8 d 抗压强度、2 8 d 抗劈裂强度、2 8 d 拉压比为 考察指标，得出的因素影响主次顺序为：水灰比 复合生态纤维 粉煤灰 硅灰 砂率。优 化配合比为：2 8 d 抗压强度a 2 b l c 3 d 1 e 3 ；2 8 d 抗劈裂强度a 1 8 1 c 3 d 3 e 3 ；2 8 d 拉压l la 2 b l c 3 d l e 3 。 结合经济性考虑，得出经济配合比为：2 8 d 抗压a 2 8 1 c 2 d 1 e 2 ；2 8 d 抗劈裂强度a l b l c 2 d 3 e 2 ； 2 8 d 拉压比a 2 8 1 c 2 d l e 2 。 3 、按综合性价比定量分析，复合生态纤维再生混凝十的最优配合比符合经济性原则。 复合生态纤维再生混凝十比天然骨料混凝土高2 。 4 、选择水灰比0 3 5 ，粉煤灰掺餐1 0 ，硅灰掺量1 5 ，复合生态纤维掺餐0 9 k g m 3 时， 复合生态纤维砂浆强度最佳；当水灰比为0 4 粉煤灰掺量为2 0 ，硅灰掺量为1 0 ，复合生 态纤维掺量为0 9 k g m 3 时，砂浆符合性价比原则。 5 、以砂浆2 8 d 抗压强度作为考核指标，最优配合比为：a 2 8 2 c 3 d 3 ；以砂浆2 8 d 抗折强 度为考核指标，最优配合比为：a 1 8 1 c 4 d 4 。 6 、复合生态纤维砂浆采用较低的水灰比、生态纤维、高性能矿物掺合料硅灰以及粉煤 灰使砂浆有良好的保水性和抗裂性能。 关键词：复合生态纤维，再生混凝土，砂浆，经济性 a b s t r a c t a tt h eb a c k g r o u n do fe n v i r o n m e n t a lb u r d e n sa g g r e v a t i o na n dt h ep r o g r e s s i v e l ye x h a u s t i o n i nn a t u r a lr e s o u r c e s ，b a s i n go nt h ea c t u a l i t yt h a td o m e s t i cs t u d i e so nh i g hp e r f o r m a n c er e c y c l e d c o n c r e t e sp r o p e r t i e s e s p e c i a l l yi t s d u r a b i l i t ya n di t sa p p l i c a t i o na r er e l a t i v el e s s e rt h a no t h e r c o n c r e t e ，t h i sp a p a r , p o i n t i n gt oe x i s t e dp r o b l e m si n r e c y c l e dc o n c r e t e ( r c ) s u c ha sb a d w o r k a b i l i t y , r e l a t i v e l yl o w e rs t r e n g t h ，b i g g e rb r i t t l e n e s sa n du n d e s i r a b l ed u r a b i l i t y , a d o p t sa c o m b i n a t i o nm e t h o do f m a t h e m a t i c s ，p h y s i c sa n dc h e m i s t r y , a n da n o t h e rc o m b i n a t i o no f m e c h a n i s mp r e d i c t u r ea n de x p e r i m e n t a lv a l i d a t i o n a c c o r d i n gt ot h em e l i o r a t i o nm e c h a n i s mo f t h ec o m p o u n de c o l o g i c a lf i b e rc o n c r e t e ，t h ep a p e ru t i l i z e sc o m p o s i t ee c o l o g i c a lf i b e r g o o de f f e c t o ft h ec r a c k ，m e a n w h i l e ，l i n k i n gt ot h es u p e r i m p o s e de f f e c tw i t hs i l i c o nf u m ea n df l y a s h t h e p a p e rc a r r i e so u te x p e r i m e n t a lr e s e a r c ht op r o b ei n t oa n da n a l y s i st h ei n f l u e n c eo fc o m p o s i t e e c o l o g i c a lf i b e ra n di t ss u p e r i m p o s e de f f e c tw i t hs i l i c o nf u m ea n df l ya s ho nr ci ni t sw o r k a b i l i t y , m e c h a n i c a lp e r f o r m a n c e ，a n dd u r a b i l i t y , a n dt oe l u c i d a t et h e i rm e l i o r a t i o nm e c h a n i s m t h ef i n a l p u r p o s ei st r y i n gt op r e p a r ean e wg r e e nh i p hp e r f o r m a n c er e c y c l e dc o n c r e t et h a th o l d st h o s e p r o p e r t i e so fg o o dw o r k a b i l i t y , h i g hs t e n t h ，l o wb r i t t l e n e s sa n dn i c ed u r a b i l i t y , c o n s e q u e n t l y p r o m o t i n gt h ea p p l i c a t i o na n dp o p u l a r i z a t i o no fr c ，w h i c hc o u l dr e l a xe n v i r o n m e n t a lb u r d e na n d r e l i e v er e s o u r c ec r i s i sa sw e l l i na d d i t i o n ，t h e s t u d yi sa b l e t os u p p l yw i t hs o m eh e l pa n d r e f e r e n c ef o rt h ef u r t h e rr e s e a r c h i td r a w ss u c hc o n c l u s i o n sa sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ec o m p o s i t ee c o l o g i c a lf i b e ra n ds i l i c o nf u m ea n df l ya s hi nc o n c r e t er o l ei n s t r e n g t h e n i n ga n dm e l i o r a t e ，i m p r o v e dn o t a b l yi t ss t r e n g t ha n di t sa b i l i t yo fr e s i s t a n c et of r e e z i n g & t h a w i n ga n dw a t e rp e n e t r a t i o n ，e v e nt oc a t c ha n de x c e e dt h en a t u r a lm a t e r i a lc o n c r e t es t r e n g t h i t sb e s tm i x t u r er a t i oi s0 3 6o fw a t e r c e m e n tr a t i o ，0 4 6o ff i n ea g g r e g a t er a t i o ，1 0 o ff l ya s h ， 1 5 o fs i l i c o nf u m e ( 2 ) t h en o t a b i l i t yo r d e ro ft h e s ef a c t o r st h a ta f f e c t2 8 d a yc o m p r e s s i v es t r e n g t h t e n s i l e s t r e n g t ha n dt e n s i l e c o m p r e s s i v er a t i oo fr e c y c l e dc o n c r e t ei sw c c o m p o s i t ee c o l o g i c a lf i b e r f l ya s h s i l i c o nf u m e s a n d g r a v e l ( 3 ) t h ep a p e rg i v e st h eo p t i m a lm i xo fc o m p o s i t ee c o l o g i c a lf i b e rr e c y c l e dc o n c r e t ei nl i n e w i t he c o n o m i cp r i n c i p l e s q u a n t i t a t i v e a n a l y s i sb yc o m p r e h e n s i v ec o s t e f f e c t i v e ，e c o f i b e r c o m p o s i t eo fr e c y c l e dc o n c r e t ea g g r e g a t ec o n c r e t et h a nt h en a t u r a lh i g ho f2 ( 4 ) c o m p o s i t ee c o l o g i c a lf i b e rm o r t a ri se x c e l l e n t ，i tc a nb eu s e d 勰ah i g h p e r f o r m o n c e m o r t a r i t sb e s tm i x t u r er a t i oi s0 3 5o fw a t e r c e m e n tr a t i o ，1 0 o ff l ya s h ，1 5 o fs i l i c o nf u m e a n dt h eb e s tc o m p o s i t ee c o l o g i c a lf i b e rc o n t e n ti s0 9 k g m 3 p e r f o m a n c e t o p r i c er a t i ow h e nt h e m i x t u r er a t i oi s0 4o fw a t e r c e m e n tr a t i o ，2 0 o ff l ya s h ，1 0 o fs i l i c o nf u m ea n dt h ec o m p o s i t e e c o l o g i c a lf i b e rc o n t e n ti s0 9 k g m 3 ，p e r f o m a n c e t o - p r i c er a t i ot oa c h i e v es u p e r i o r l y ( 5 ) c o m p o s i t ee c o l o g i c a lf i b e rm o r t a rw i t hl o ww a t e r - c e m e n tr a t i o c o m p o s i t ee c o l o g i c a l f i b e r , h i g h - p e r f o r m a n c es i l i c af u m em i n e r a la d m i x t u r e sa n df l ya s hm a k e st h em o r t a rw a t e r r e t e n t i o na n dg o o dc r a c kr e s i s t a n c e k e yw o r d s ：c o m p o u n de c o l o g i c a lf i b e gr e c y c l e dc o n c r e t e ，m o r t a r , e c o n o m i c 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得宁夏大学或其它教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：饵待 时间： 汐声年r 月洒 关于论文使用授权的说明 本人完全了解宁夏大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。同意宁夏大学可以用不同方式在不同媒体上发 表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：彳窨捌 时间：脚年妇坯日 导师签名：妻茄 时间： 矽卜年朗硒7 白 宁夏人学硕t 论乏第一带绪论 _i i 1 1 再生混凝土概述 第一章绪论 近年来，由丁经济的持续发展，世界建筑业进入了高速发展阶段，混凝十作为最人宗的 人造材料对臼然资源的开采及对环境造成的负面影响也引发j ，可持续发展问题的讨论。世界 各个国家的建筑业每年拆除的废旧混凝土、兴修建筑产生的废弃料以及混凝十f ：厂、预制构 件厂排放的废i f l 混凝士的数鼙日益增人，如：欧洲共同体废弃混凝十的排放龟从1 9 8 0 年的 5 5 0 0 万吨增加剑目前的1 6 2 0 0 万吨左右；美国每年人约有6 0 0 0 万吨废弃混凝十；日本每年 约有2 9 0 0 万吨废弃混凝土；在德国，每年拆除的废弃混凝十约为0 3 吨年人：我国每年拆 除建筑垃圾按4 0 0 0 万吨计算，其中3 4 是混凝十块，则由此产生的废弃混凝土就有1 3 6 0 0 万吨，除此之外还有新建房屋产生4 0 0 0 万吨的建筑垃圾所产生的废弃混凝十。同时，随着 国家人规模城市基础设施的改建，预计今后混凝土废弃碎块的产生量将会堆积如山l l j ，如此 巨量的废弃混凝十除处理费用惊人外，还需要l 叶用人量的空地存放，污染环境，浪费耕地， 成为城市的一人公害，由此引发的环境问题十分突出，并且简单地遗弃它们也是对自然资源 的极大浪费。 与此同时，混凝土的配制需开采砂石骨料，而在混凝十的几种原材料中，骨料用量又居 首位，生产一方混凝十大约需要1 7 0 0 k g - - - 2 0 0 0 k g 砂, f i 骨料，全世界每年混凝十使用量人约 为7 0 亿m 3 ，砂行料j j 量人约为1 2 0 1 4 0 亿吨，这个数字是1 卜常惊人的。我国水泥年产量 己超过1 廿= 界总产量的l 3 ，可见对砂彳i 料的需求非常巨大，除其开采运输的能耗与费川惊人 外，对环境( 河流、景观、树木、粉尘等) 的破坏十分严重，砂f i 的人量开采极人地破坏了绿 色植被，暴露了原矿，毁坏了自然景观，引起水土流火，致使河流改道，严重地破坏了生态 环境，影响人类生存质量。 随着建筑业的发展，已经或正在服役的混凝士建筑物的老化，废弃混凝士的量会越来越 大，如何处理废弃混凝十碎块的问题将更趋严峻。随着对大然砂彳i 的不断开采，天然骨料资 源也日益趋枯竭，要确保高品质的骨料供给将一年难于一年。而且开采、返输能耗费川惊人， 由此开采和运输大然骨料的成本必然进一步提高，使得混凝十性价比好的优势受到严重质 疑：同时对生态环境的破坏也十分严重。为解决这些问题，混凝十的生产及施j ：技术必须从 原始落后的、以消耗人量资源、能源为代价的粗放生产经营方式，向人量何约资源、能源、 减轻地球环境负荷及维护生态平衡的具有最新、最高技术水平的集约型生产经营方式发展， 走可持续发展的道路，而再生混凝十止适应这种最新的生产经营方式。 冈此，再生骨料混凝十的开发和应用，一方面解决了人量废弃混凝十处理i i j 雉以及由此 造成的生态环境日益恶化等问题，另一方面，h j 建筑垃圾生产循环再生骨料替代天然骨料， 可以减少建筑业对天然骨料的消耗，也减少了对天然砂彳i 的开采，从根本上解决了大然骨料 的日益匮乏和人量的砂彳i 开采对生态环境的破坏，保护了人类的生存环境和人类社会的可持 续发展，具有显著的经济和社会效益。 1 1 1 再生混凝土的定义 1 、再生集料混凝十 从一般意义上米说，将废弃混凝十作为一种资源，经清洗、破碎和筛分等加r 处理，并 按一定比例混合后得到可以再用于生产混凝十的集料称为再生集料( r e c y c l e da g g r e g a t e ) ，用 再生集料作为全部或部分集料配制的混凝土，称为再生集料混凝十 ( r e c y c l e da g g r e g a t e l 宁鼋j j 硕f 仑文第帚绪论 n m n n i n m m _ - i t i i i c o n c r e t e ) ，简称再生；昆凝士。如此混；疑j ：的n 生 ：i j 叫、利川既町保护研、境，义能减少砂f j 料的 开采，：1 了约矿产资源。有很高的经济效益和社会效益。 2 、原生混凝七 相对r 再生混凝十而言，把用米生产再生集料的原始混凝十称为基体混凝十( o r i g i n a l c o n c r e t e ) ，也称为原生混凝士。 3 、再生集料 基体混凝十在经过破碎后，混凝十被破碎成不同卡蕾径的碎块。再生集料日前没有独立的 分类方法，我国研究者一般参考普通混凝- 十的分类方法进行分类。根据普通混凝十瑚砂质 量标准及检验方法( j c j 5 z 一9 2 ) 和普通混凝十心碎f 沔f 彳i 质蛩检验方法( j g j 5 3 9 2 ) 规定，按颗粒人小不同，将再生集料分为再生粗集料和再生细集料两类。在进行集料的替代 时，再生粗集料替代粗集料，再生细集料替代细集料。 n ) 再生粗集料 把废弃混凝十块经过破碎、分级并按一定的比例混合后形成的粒径人于5 m m 的颗粒称 为再生粗集料。根据肉眼观察和有关研究资料，再生粗集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子，还有极少一部分水泥干i 颗粒f 到。 再生粗集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十的强 度等级、集料种类等因素有关：原始混凝十的强度等级越高，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。 ( 2 ) 再生细集料 把废弃混凝十块经过破碎、分级并按一定的比例混合后形成的粒径尺寸的小y - 5 m m 的 颗粒称为再生细集料。再生细集料主要包括砂浆体破碎后形成的表面附着水泥浆的砂粒、水 泥干i 颗粒以及少量破碎石块i 引。其颗粒级配和细皮模数虑符合j g j 5 2 9 2 的规定。 1 1 2 再生骨料的生产 再生混凝十的整个生产过程简单描述即从自然界开采大然骨料配制普通混凝十，建筑物 破坏后，将废弃混凝士进行重新加 ：得剑再生骨料，然后利用这些再生骨料生产再生混凝土。 目前再生骨料的生产主要有两种方法【4 l ： 第一种方法是将建筑垃圾在现场进行加j ：。虽然这种方法一l ：艺较为简单，而且。1 了约时间 和费川，但由丁场地的原冈无法采用人型的设备对建筑废料进行较为完全地洁净和分级，所 以生产的骨料质量较差。其次一般建筑j ：地由丁靠近居氏区，冈此对丁施j 1 ：有严格的环保要 求，破碎机不能连续r 作，导致生产效率的卜降。 第二种形式是在专j 的 厂对建筑废料进行加i ：，厂内赔有大功率的破碎、筛分、粉磨 等设备，可深加r ，清除杂质，可组织后勤服务和销售，相对容易解决环境问题。 1 、国外再生骨料生产技术 ( 1 ) 日本 日本研发的再生骨料生产过程包括三个阶段： 预处理阶段：除去废弃混凝十中的其他杂质，用颚式破碎机将混凝十块破碎成4 0 r a m 直径的颗粒； 碾磨阶段：将混凝十块放入旋转的偏心简中，相互碰撞、摩擦，除去附着于骨料表 面的硬化水泥浆； 筛分阶段：将碾磨后的颗粒筛分，除去水泥和砂浆锋细小颗粒，最后得到的即为高 质量再生骨料。其生产流程如图1 1 ： 2 宁夏人学硕f 论丈 第帝绪沦 i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i - m_i_i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i 图1 - 1 日本再生骨料生产工艺 这种生产流程由丁经过了碾磨阶段，冈此骨料表面所含水泥浆体较少，再生骨料的质鼍 较好。 ( 2 ) 德国 德国的再生集料生产r 艺流群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，还必须配置两台颚式破碎机。经过破碎的彳i 料必须烘干。其他的组成设备包括铁件收 料台( 电磁器) 等。通过颚式破碎机的加。i ：，再生集料被筛分为o 4 r n m 、4 1 6 m m 、1 6 4 5 m m 及4 5 m m 以上等颗粒级配。该一i ：艺由于整个处理流程需安装两台颚式破碎机及四台筛 分机，因此投资费川巨大且j j ：程l ! i 地面积人。 2 、国内弭生骨料生产技术 ( 1 ) 李惠强和杜婷建议的破碎技术 李惠强和杜婷【4 1 等综合世界各国再生集料破碎 ：艺和生产装置的特点，并结合国内当前 建筑业的实际情况提出了如幽1 2 式的生产一l 艺。 3 宁夏人学硕f 论艾第一幸绪论 破碎砂0 5 m m泥浆 图1 2 李惠强和杜婷等建议的再生骨料生产流程 r 2 ) 魏永起等建议的再生骨料生产1 ：艺 魏永起等1 5 】综合世界各国及国内再生集料破碎t 艺和生产装置的优点，并结合国内当前 建筑业的实际情况，采用图1 3 所示的生产流程建立一条实川的连续生产线，生产不同材质、 不同粒径、洁净的再生骨料。这种生产过程，对于粉尘的收集，污水的重新利h j ，都考虑的 较为细致，对再生骨料未来的生产有很好的指导作用。但此i ：艺用水校多，需同收废水，整 个生产工序复杂，造成再生骨料的生产成本较高，一定时间内可能还很难推广。 综合来说，再生骨料的生产一l ：艺虑冈地制宜，力求方便有效，节约成本。同时制备出高 质量的再生骨料。 4 j 。夏人学硕l 论文 箱一章绪论 图1 3 魏永起等建议的再生骨料生产工艺 1 1 3 再生骨料的基本特性 1 、再生骨料的粒型，表面结构及级配 ( 1 ) 再生骨料的粒形 骨料的粒形是指颗粒的宏观几何形状，也是颗粒材料的重要儿何性质。其粒形的优劣关 系剑骨料的堆积密度和空隙率、新拌混凝十的1 ：作性以及硬化混凝十的强度和耐久性。 虽然卵石、碎彳沛i 再生骨料的表面情况相差很远，但刚传统的二轴形状系数的计算方法 的测试结果却相差无几。骨料形状特征系数包括骨料的细长率、扁平率、方形率和二轴形状 系数，如果a 、b 、c 分别表示骨料颗粒的长、中、短轴，则细长率为a c 、扁平率为a b c 、 方形率为a b 、三轴形状系数为c v a b ，它们的计算值越小，骨料颗粒的粒形就越好。大量 研究表明，再生骨料的粒形与天然骨料相近或稍好。 针片状颗粒含量是表征骨料粒形优劣的一个重要指标，它由专门的规准仪进行测定。它 是由粗舀料颗粒的最小厚度( 或直径) 方向与最人k 度( 或宽度) 方向尺寸之比，刚于评价 骨料的颗粒形状和抗压碎的能力。再生骨料针片状颗粒含量比天然碎彳i 小，不会对再生混凝 i 十性能产生显著的不良影响。 再生骨料的针片状含量，主要由破碎机破碎过程而产生。废弃混凝十破碎目前常j h 颚式 破碎机。这种破碎机必须严格控制破碎开度，否则产生的针片状骨料较多。 ( 2 ) 再生骨料的表面结构 5 宁夏人学硕f j 论丈弼。帚绪论 i i i i 疆生粗骨料微粒包含表面附着的少蛀绂i f l 砂浆的次，上颗粒、与废i i 砂浆完全脱离的原 状颗粒以及少部分为废旧砂浆颗粒。表面附着废i f l 砂浆的再生粗骨料自身筹异很人，有些颗 粒的水泥砂浆附着面大，有些颗粒的附着面小甚至于砂浆完全脱离的原状颗粒。其表面粘附 水泥砂浆的多少与原生混凝十的强度等级、骨料种类等冈素有关，原生混凝十的强度等级越 高，则表面粘附的水泥砂浆越多，碎彳i 表面枯附的水泥砂浆比卵彳i 表面多。 由于混凝十废弃物破碎后的再q 三粗骨料表面附着的废i f l 砂浆，致使表面比碎彳i 或卵彳i 粗糙。但是目前尚没有测试粗骨料的比表面积的统一方法。相对表面粗糙度是表征骨料表面 结构的一个重要指数，其测试方法为：取干燥状态的单级试样( 1 0 1 5 m m 或1 5 2 0 m m ) 不少于l k g ，倒入水灰比为0 6 的基准水泥的净浆中，迅速搅拌均匀；然后倒入筛孔为1 0 m m 的圆孔筛中，将多余净浆筛去；移入标准养护室中养护7 d ( 或2 8 d ) ：取出放入烘箱中烘干 至恒重，放在大平上称取试样裹浆后的质昔，其计算公式为： 1 0 0 0 ( m ：一m 二) 胆1 一( 1 - 1 ) 式中，m o 、m 1 分别为裹浆前、后的质量。 再生骨料由于表面附着砂浆的存在，其表面粗糙度比大然骨料大，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。一 般来说，碎石相对表面粗糙度比卵彳i 的相对表面粗糙度高，而再生粗骨料相对表面粗糙度比 碎石相对表面粗糙度高，可达到1 0 1 5 。因此，用再生粗骨料拌制混凝十时，砂率应 比碎打拌制混凝十时有所提高【6 l 。 再生骨料具有轮廓分明的边界，多棱角，有较高的而积体积比；而且表面附着的i 同砂 浆使纹理粗糙且多孔，与水泥等粘结物的粘结能力比大然骨料好。此外，被水泥砂浆包裹的 再生骨料，再次与水泥砂浆搅拌时，具有表面亲水性，能很好地被水溶液所润湿。 ( 3 ) 再生骨料的级配 级配是表示骨料人小颗粒互相搭配的比例关系，如果骨料级配适当，可减少填充骨料空 隙的灰浆量，相应减少单位体积川水鼙和胶凝材料h j 鼙，拌合物也不易离析。 再生细骨料的尺寸为0 1 6 - - - 5 m m ，主要包含有砂浆体破碎后形成的表面粘附着水泥浆 的砂粒、表面无水泥浆附着的砂粒、水泥彳i 颗粒以及破碎过程中产生的少量彳i 粉。废弃混凝 + 在破碎中往往会混入一些有害杂质，且含有粘十、淤泥、粉砂等有害杂质，它们粘附在骨 料表面，妨碍水泥与再生细骨料的粘结，降低混凝十强度；同时还增加再生骨料混凝十的州 水量，从而加人再生骨料混凝十的收缩，减低抗冻性和抗渗性。所以，在使川前必须对雨生 细骨料进行冲洗、过筛等处理，将有害杂质清除。再生细骨料的粗细程度可根据大然细骨料 的表示方法，用细度模数( e m ) 米表示，如果再生细骨料的自然级配不合适，需采川人l ： 级配的方法米改善。 2 、再生骨料的密度 n ) 表观密度 对再生骨料表观密度的影响冈素很多，主要包括：原始混凝十骨料的密度、原始混凝士 的砂率和水灰比、再生骨料的粒级和级配、组成和性状、再生骨料的含水状态和孔隙结构等。 再生骨料的表观密度与其粒径有关，由于再生骨料表面附着的旧混凝十砂浆，其表观密 度明显小于天然胃料，且再生细骨料的表观密度值低丁再生粗目料的表观密度值。据日本有 关资料报道，再生粗骨料饱和面干状态的表观密度为2 1 2 0 2 4 3 0 k g m 3 ，再生细骨料的表观密 度为1 9 7 0 - - - 2 1 4 0k g m 。i ， 但) 堆积密度 硬化水泥砂浆密度低，表面粗糙，空隙率大，在破碎过程中内部产生人量微裂纹，这必 6 宁疆人学硕 j 论文筇一章绪论 然使再生骨料的堆影 街艘和农则密度低丁大然骨料。由j 二原生混凝 ：的强度等级、配合比、 龄期、使用环境筲冈素存在差异，因此目前的文献显示的再生骨料堆积密度和表观密度离散 性较人。再生细骨料的堆积密度和表观密度分别为大然细骨料的7 5 8 0 、8 0 8 5 ， 再生粗骨料的堆积密度干表观密度分别为天然粗骨料的8 5 和9 0 以上。 ( 3 ) 空隙率 同一批废弃混凝- ：破碎的再生骨料表观密度基本相同，随着孔隙率的增加，再生骨料 的吸水率增人，表观密度减小。空隙率的人小反映了散粒骨料颗粒h 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 m 级配的再生骨科和大然胃料的堆 积密度分别为1 4 1 0k g m 3 h e1 5 4 0k g m 3 , 空隙率分别为4 5 和4 2 ，再生骨料较之大然骨料堆 积密度小而空隙率高。再生骨料各个粒级的堆积密度不相同，表1 - 1 资料表明整体规律是颗 粒越人，堆积密度越高，空隙率的变化规律则相反1 7 】o 表1 - 1 再生骨料的堆积密度和空隙率的试验数据 量整垫丝( 里坐!兰：! ! ：! ! ：! ! ：! ! ：! ! ：! 堆积密度( k g m 3 ) 1 0 9 01 2 2 01 2 6 01 2 8 01 2 5 01 2 8 1 窄隙牢( )5 7 5 25 15 0 5 15 0 连续级配的再生粗骨料，空隙率达到4 3 4 5 。资料表明：2 0 世纪9 0 年代初，北京 产石子的空隙率一直在4 0 4 3 ，而2 0 0 0 年达到4 6 以上，甚至4 8 ，而广东一带的石 子空隙率在5 0 t 引。所以，：i ：程应用的普通卵彳i 或碎石而言，再生粗骨料的空隙率增加并不 多。只有当自然级配空隙率较大时，才考虑调整级配米配制粗骨料。 3 、再生骨料的吸水特性 天然岩石由丁其孔体积含苗很低，一般低丁3 ，极少超过1 0 ，所以常用的天然骨 料吸水速率和吸水率都很小。然而对丁再生骨料，其颗粒棱角多，表面粗糙，组分包含相当 数量的硬化水泥砂浆( 包裹在大然骨料表面或以碎屑形式存在) ，砂浆体中水泥彳i 本身孔隙 比较大，且在破碎过稗中，其内部往往会产生人量的微裂缝。冈此，再生骨料的吸水性和吸 水速率比天然骨料要人的多；再生骨料不仅吸水率大，而且吸水速率也相当快。 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场的骨料不同。经破碎后获 得的再生骨料除非进行水洗处理，否则冈含有较多的泥十和泥块，也会增加其含水率和吸水 率。因此，对再生7 丹料进行冲洗，冈消除其中的粘十及有害杂质。 ( 1 ) 再生骨料的吸水特性与表观密度的关系 国内外对再生骨料的吸水特性进行了人量的试验研究，虽然吸水率测定结果数据比较离 散，但人量的试验结果表明：再生骨料的吸水率随再生骨料表观密度的降低而显著增大，如 表1 2 所示【9 1 。 表1 - 2 不同表观密度的再生骨料的吸水率 耋些童璧! 墼型窭! 兰塑! ! q q! z 塑! ! 塑 吸水；红( )3 89 71 2 82 2 2 再生骨料的吸水率与表观密度有如下关系： ：、： p o2 丽 式中，p o 为再生骨料的表观密度，k g m 3 ，为再生骨料的吸水率【酣。 ( 2 ) 再生骨料的吸水特性与骨料粒径的关系 7 ( 1 2 ) 宁夏，j 学顺i 论艾第一章绪论 必内外对冉生骨料的吸水性进 r 了人餐的试验影f 究，当阿生骨料的粒径住1 6 3 2 m m 之 间时，再生骨料的吸水率为3 8 ，而粒径在4 8 m m 的再生骨料吸水率则迅速上升为9 7 。 可见再生骨料的吸水率随再生骨料的粒径减小而迅速增人。日本研究者认为再生骨料的吸水 率一般为：再生粗骨料3 6 - - 8 0 ；再生细骨料8 3 - - 1 2 1 。表1 3 是再生骨料粒径5 1 0 m m 、1 0 1 6 m m 、1 6 2 0 m m 在1 0 m i n 、3 0 m i n 和4 0 h 的吸水率。可以看出，再生骨料的 吸水性随再生骨料粒径的增人而迅速减少，再生骨料的粒径越小，其吸水性越人，吸水速率 也越快。 表1 3 吸水特性与骨料粒径的关系 1 2 再生混凝土的研究动态及现状 1 2 1 国外再生混凝土的研究现状 第二次世界人战以后，前苏联、德国、日本等国就开始对废弃混凝士进行处理和再生利 用的研列1 0 】【l l j 。到目前为止，国际材料与结构研究试验联合会( r i l e m ) 已召开了5 次有 关废混凝十再利用的专题国际会议，提出混凝十必须绿色环保。1 9 7 6 年，r i l e m 设立了“混 凝十的拆除与再利川技术委员会”( 3 7 一d r c ) 1 1 2 着手研究废混凝土的处理与再生利用技术。 1 9 8 8 年1 1 月由日本建设省建筑研究所主办，在尔京发表了混凝十再生利川的论文2 9 篇。 接着在加拿人渥太华举行的“水泥和混凝+ t 业可持续发展国际交流会”将“利川同收的混凝 土作为集料或其他再生结构材料”作为主要议题进行技术交流。1 9 9 8 年，r i l e m 在英国召 开了“可持续建筑再生混凝十集料的应用”会议。2 0 0 4 年，r i l e m 义在两班牙召开了“再生 集料在建筑和结构中的应川会议”。联合国对此问题也相当重视。1 9 9 2 年，联合国在巴西召 开的环境开发会议将地球环境问题置丁相当的高度。1 9 9 4 年，联合国义增设了“可持续产品 开发”i ：作组，其专门的机构国际标准化机构讨论制定了环境协调和制品的标准。再生 混凝十技术已成为世界各国共同关心的课题，也是国内外i ：程界和学术界关注的热点和前沿 问题之一1 1 3 】 1 4 j 1 5 1 1 1 6 】。有些国家甚至还采川立法的形式来保证此项研究和府用的开展【1 7 l 。 前苏联学者g l u z h g e 早在1 9 6 4 年就研究了将废混凝十制作集料的可能性【l 引。在2 0 世纪 7 0 年代末已经利心废混凝士约4 0 0 0 万t 。 日本由丁国十面积小，资源相对匮乏，冈而将建筑废物视为“建筑副产品”，十分重视 废混凝十的再生资源化与重新开发利川。早在1 9 7 7 年日本政府就制定了再生集料和再生 混凝十使州规范，并相继在各地建立了以处理废混凝十为土的再生加l ：厂，生产再生水泥 和再生集料，其生产规模最人的每小时可加一j ：生产1 0 0 t 。1 9 9 1 年日本政府义制定了资源 重新利川促进法，规定建筑施l ：过程中产生的渣十、混凝十块、沥青混凝土块、木材、金 属等建筑废物，必须运往“再资源化设施”进行处理。日本建设省在1 9 9 2 年提出了“控制建筑 副产品排放和再利刚技术开发”的5 年规划，并t - 1 9 9 6 年1 0 月制定了旨在推动建筑副产品 在利川的“再生资源法”，为废l 同混凝十等建筑副产品的再生利用提供法律和制度保障。在东 京、千叶、名古屋、人阪、京都等地均建有再生集料厂。据报道，尔京在1 9 9 8 年建筑废物 的重新利j h j 率已达到5 6 。1 9 9 5 年日本全国建筑废物资源利刚率达剑5 8 ，其中废混凝十 的利川率为6 5 ，污泥的利用率为1 4 。而据最近报道，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混凝- 十当场同收利用并生产出再生 8 宁夏大学硕f j 论艾 第一币绪论 泓凝士。 德国是世界上最早推行环境标志制度的国家。德国的每个地区都有人型的建筑废物再 加1 ：综合厂，仅在卡凸林就有2 0 多个。目前再生混凝十主要瞒于公路路面。德国钢筋混凝十 委员会1 9 9 8 年8 月提出了“在混凝十中采川再生集料的应川指南”，要求采j j 再生集料配制 的混凝十必须完全符合普通混凝十的国家标准。 美国是较甲提出环境标忠的国家，据美国联邦公路局统计，美国现在已有超过2 0 个州 在公路建设中采川再生集料，2 6 个州允许将再生集料作为基层材料，4 个州允许将再乍集料 作为底基层材料，将再生集料虑川丁基层和底基层的2 8 个州级机构中。有1 5 个州制定了关 于再生集料的规程。美国政府制定的超级基金法给再生混凝十的发展提供了法律保障。 其中规定：“任何生产有一i ：业废物的企业，必须白行处理，不得擅自倾卸”。2 0 世纪8 0 年代 中期，堪萨斯州交通厅把同收的lf 1 混凝十作为集料用丁新建水泥路面，通过多年观察表明， 废混凝十h j 于路面面层在技术上是可行的【1 9 l 。近年来，美国的公司还研究出一种微波技术， 可以1 0 0 同收利川旧沥青混凝十路面料，其质量与新拌沥青混凝土路面料相同，但成本可 以降低1 3 ，同时：1 ￥约了垃圾清运和处理等费刚，还减轻了对城市环境的污染。 总的来说，从2 0 世纪7 0 年代末开始，德国、日本、荷兰和美国等发达国家在再生混 凝- 十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虑刚丁实际i ：程 中。综合起米看，国外的研究主要集中在研究废混凝十作为再生集料的技术，解决循环利用 的技术难题，努力扩人再生集料的应脂范围；再生集料和再生混凝士的分类和基本性能研究、 原始混凝十对再生混凝土性能的影响、制定再生集料和再生混凝十的技术规范，为其应川提 供技术依据；研究制定相配套的法律法规，鼓励再生集料利再生混凝土的应用。 1 2 2 再生混凝土的国内发展现状及趋势 我国国十面积大，资源丰富，在一定时期内混凝十的原材料危机还不会十分突出，冈而 对再生混凝十的开发研究要晚于上业发达国家。然而随着人们环保意识的增强，建筑废弃物 引起的生态环境问题日益受到人们的重视。表1 - 4 列出了近年来国家的扶持项目和政剩2 0 1 。 表1 4 近年来国家关于再生混凝土的扶持项目和政策 时间困家扶持项h 和政策 a ，持续发腱战略1 j 科技兴困战略一起纳入“几五”计划和2 0 1 0 年远景日标纲要。鼓励开展废卉物 1 9 9 6 l i f 利用的研究和应用，并己对 i f 生混凝十的开发利j f j 进行札项研究。 1 9 9 7 让附都将“让筒j 兜i 奋综含利川”硎入r l ：i i 胧粜番占椎广顾日。 2 0 0 2 1 ：海市科技委i 殳矿事点项目，对废卉混凝十的n 生j ，岛效利用关键技术展开了较为系统的研究。 2 0 0 4 交通部启动j ，“水泥混凝十路面m 牛利用关键技术f i j f 究”。 2 0 0 6 正，实施中华人民共和罔町f | f 牛能源法。 2 0 0 7 科技部将“建筑坊圾| l 生产品的研究开发”列入围家科技支撑汁划。 住房和城乡建设部制定的地震灾区建筑垃圾处理技术导则( 试行) 强调，对p u 川汶川人地震 2 0 0 8 产生的人量建筑垃圾要烬量做到资源化利用。 随着建筑垃圾危害环境的加剧以及国家对再生混凝十利h j 方面政策的支持，国内一些专 家学者在废弃混凝十利h j 方面进行了些基础性的研究。表1 5 列出了最近儿年我国在再生 混凝土研究方面的一些进展和应崩实例。 表1 5 最近几年我国在再生混凝土研究方面的一些进展和应用实例 时间主要成果 两安建筑科技人学李占印，较为系统的研究j ，：以生骨料和i f f 乍骨料混凝十的基本力学件能及 2 0 0 3 j e 影响i 大| 索，以及l f 生混凝十抗冻和抗渗，h 能及j e 影响l 大| 素和机理分析1 6 i 。 2 0 0 4 武汉人学赵伟，通过件从、超细矿渣和粉煤扶开发j - c 6 0 的：l 慢。忤能i l 生骨料混凝十1 2 1 1