再生骨料基本性能的研究.pdf

2 0 1 2 年 第 2期 总 第 2 6 8 期 Nu mb e r 2 i n2 0 1 2 T o t a l No 2 6 8 混 凝 土 Co ncr e t e 原材料及辅助物料 M ATE RI AL AND ADM 1 NI CL E d o i 1 0 3 9 6 9 8 is s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 2 0 2 0 再生骨料基本性能的研究 杨晓光 郝永池 薛勇 河北工业职业技术学院 河北 石家庄 0 5 0 0 9 1 摘要 全面研究了再生骨料的来源 性状 表观密度 吸水率 强度 磨损性等基本性能 并比较它们与天然骨料的主要差异 旨在更好 地指导再生骨料的应用 推动再生骨料混凝土的发展 为工程实践提供参考 关键词 再生骨料 来源 表观密度 吸水率 压碎指标 中图分类号 T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 2 3 5 g O 2 0 1 2 0 2 0 0 6 6 0 3 S t ud y On t he ba s ic pr o pe r t ie s of r e cy cl e d a ggr e ga t e s YANGXia o g u a n g HAOYo n g ch i XUE Yo n g He b e iC o l l e g e o f I n d u s t r ya n dT e ch n o l g y S h O i a z h u a n g 0 5 0 0 9 1 C h i n a Ab s t r a ct Th e b a s ic p r o pe r t ie s o fr e cy cl e d a g g r e g a t e s s u ch a s t h e s o u r ce ch a r a ct e r s a p pa r e n t d e n s it y a b s o r p t io n s t r e n g t h we ara b il it y a n d t he ma in d iffe r e n ce s wit h r a w a g g r e g a t e s we r e in o r d e r t o g u id e the a p p l ica t io n o f r e cy cl e d a g g r e g a t e s b e t t e r p r o mo t e t h e d e v e l o p me n t o f r e cy cl e d a g gr e g a t e s an dp r o v id ear e f e r e n cef o r e n g ine e r in gp r a cti ce K e ywo r d s r e cy cl e da g g r e g a t e s o u r ce a p p are n t d e n s ity a b s o rpt io n cr u s h e din d e x 0 引言 在建筑工程中 混凝土的用量是最大的 因而全世界每年 拆除的废旧混凝土 新建建筑物产生的废弃混凝土以及预拌混 凝土厂 混凝土预制构件厂排放的废旧混凝土的数量也是巨大 的 如 欧洲共同体废弃混凝土的排放量从 1 9 8 0年的 5 5 0 0万 t 增加到目前的 1 6 2 0 0 万 t 左右 仅美国每年大约有 60 0 0万 t 废 弃混凝土 而在混凝土的几种原材料中 骨料用量又居首位 全 世界每年混凝土使用量大约为 8 0亿 t 我国到 2 0 1 0年已超过 3 0 亿 t 砂石料用量大约为 7 0 亿 t 这个数字是非常惊人的 因 此 将废弃混凝土作为再生骨料用于制造混凝土 实现混凝土 材料生产的物质循环闭路化具有非常重要的环保和 自然资源 保护意义 它一方面解决了大量废弃混凝土处理困难以及由其 造成的生态环境 日益恶化等问题 另一方面 用建筑垃圾再生 骨料替代天然骨料 可以减少建筑业对天然骨料的消耗 从根 本上解决了天然骨料的E t 益匮乏和大量的砂石开采对生态环 境的破坏 符合可持续发展的要求 关于再生骨料和再生混凝土 的研究与应用 日本 美国 德国等工业发达国家已经步入实用 化的阶段 因此 我国在该领域必须加大研究与推广力度 1 再生骨料的来源 建筑垃圾成分较复杂 调查表明 其中废弃混凝土块 碎砖 块所占比例较高 以质量计约占建筑垃圾的 8 0 以上 经过特 定处理 破碎 分级并按一定比例混合后形成的以满足不同使 用要求的骨料就是再生骨料 而建筑垃圾用作再生骨料配制混 凝土的研究对象主要是指废混凝土块 碎砖块 废砂浆三大类 收稿 日期 2 0 1 l 0 8 2 6 基金项 目 河北省 自然科学基金 E 2 0 1 0 0 0 1 4 6 1 6 6 1 废混凝土块 混凝土俗称为人工石 混凝土强度越高 组织越密实 整体性越好 和天然石的近似程度越高 一些资料 表明 混凝土经过 2 0年时间的凝结硬化还没有完全结束 也就 是说水泥石中还存在有利于混凝土硬化的活性成分 因此 如 果把废弃混凝土块重新分选 破碎 用作再生粗骨料拌制成新 的混凝土 不会对再生混凝土的强度发展产生不良影响 2 碎砖块 过烧砖 坏砖 建筑物建造 维修 拆除中所产 生的碎砖块 经破碎 分选后也可作为再生粗骨料 就拆除的碎 砖块而言 以常用的 MU1 0机制砖为例 抗压强度平均值不低 于9 8 1 MP a 因此 若用碎块砖作低强度等级混凝土的骨料 其 强度是可以满足中低强度等级混凝土要求的 若要配制强度等 级更高的混凝土 则需采取必要的技术措施 3 废砂浆 在建筑物拆除过程中产生的粉末状水泥砂浆 由于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 的经粉碎后作为细骨料来用 2 再生骨料的性状和级配 再生骨料像天然骨料一样也包括再生粗骨料和再生细骨 料 一般将废弃混凝土破碎筛分后 粒径大于 5 mm的颗粒作再 生粗骨料 粒径小于 5 rim的颗粒作再生细骨料 再生细骨料主要包含有砂浆体破碎后形成的表面黏附着 水泥浆的砂粒 表面无水泥浆附着的砂粒 水泥石颗粒以及破 碎过程中产生的少量石粉 废弃混凝土在破碎中也会含有黏 土 淤泥 粉砂等有害杂质 它们黏附在骨料表面 妨碍水泥与 再生细骨料的粘结 降低混凝土强度 同时还增加再生骨料混凝 土的用水量 从而加大再生混凝土的收缩 降低抗冻性和抗渗性 所以 在使用前必须对再生细骨料进行冲洗或过筛处理将有害 杂质清除 再生细骨料的配合方法也应按 G B T 1 4 6 8 4 2 0 0 1 中规定的颗粒进行级配 力求按 I I 区要求配合 若再生细骨料的 自然级配不合适就要采用人工级配的方法来改善 一般不能采 用过细的再生细骨料配制混凝土 再生粗骨料一般包括表面包裹有部分砂浆的石子 少部分 与砂浆完全脱离的石子 部分碎砖块 很少一部分砂浆颗粒等 再生骨料表面是否包裹着砂浆和包裹砂浆的多少等情况与原 始 昆 凝土的强度等级及骨料种类有关 原始混凝土强度等级越 高 则再生骨料表面包裹砂浆的程度越大 碎石表面包裹砂浆 的程度比卵石表面的大 因而再生粗骨料一般棱角较多 且表面 较粗糙 正是由于表面纹理粗糙且多孔 再生骨料与水泥等黏结 物的黏结能力比天然骨料好 再生粗骨料也常含有一些有害杂 质 所以 在使用前也必须对再生粗骨料进行冲洗 过筛等处理 再生粗骨料的技术要求及级配要求可以参照天然骨料的标准 J GJ 5 3和 G B T 1 4 6 8 5 2 0 0 1 3 再生骨料的基本性能 骨料体积约占混凝土体积的7 0 8 0 而粗骨料又约占全 部骨料体积的6 0 7 0 骨料不仅构成了混凝土的骨架 而且 在很大程度上决定着混凝土拌合物的性能 硬化混凝土的力学 性能与建筑物的耐久性能 再生骨料与天然骨料相比 其组成成 分复杂 组分中包含相当数量的硬化水泥砂浆 砂浆体中水泥 石本身孔隙比较大 且在破碎过程中 其内部往往会产生大量 的微裂缝 因此 其基本性能与天然骨料有较大差异 3 1 再生骨料 的表观密度 再生骨料的表观密度可参照天然骨料的测定方法测定 表 1 为 组再生骨料面干状态时的表观密度试验数据 从表中可以看到 再生骨料的表观密度与再生骨料的粒径有关 由于再生骨料表面附 着旧混凝土砂浆 因此 再生骨料的表观密度明显小于天然骨料 表 1 不 同粒径的再生骨料 的表观密度 另据 日本有关资料报道 再生粗骨料饱和面干状态时的表 观密度为 2 1 2 0 2 4 3 0 k g m 再生细骨料的表观密度为 1 9 7 0 2 1 4 0 k g m3 丹麦学者经试验测得 4 8 mm和 1 6 3 2 mm再生 骨料气干表观密度分别为2 3 4 0 2 4 9 0 k g m 而相应粒径范围的 天然骨料气干表观密度分别为 2 5 0 0 2 6 1 0 k g m3 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 再生骨料的含水状态等 具体 研究过程中 要对再生骨料的表观密度和堆积密度进行实际测定 和统计 以便为再生骨料混凝土的配合比设计提供必要的数据 3 2 再生骨料的吸水率 由于天然岩石孔隙很少 孔隙率很低 一般低于 3 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 组分中包含相当数量的硬化水泥 砂浆 砂浆体中水泥石本身孔隙比较大 且在破碎过程中 其内 部往往会产生大量的微裂缝 因此 再生骨料的吸水性和吸水速 率比天然骨料要大得多 另外 经破碎后获得的再生骨料除非进行水洗处理 否则 就会因含有较多的泥土和泥块 增加其含水率和吸水率 泥土不 仅增加混凝土的用水量 而且会降低混凝土的强度 增加混凝土 的干燥收缩率 有时甚至还在混凝土构筑物中留下较大的洞 因此 必须对再生骨料进行冲洗 清除其中的泥土等有害杂质 国内外对再生骨料的吸水特性进行了大量的试验研究 虽 然吸水率测定结果数据比较离散 但综观大量的试验结果仍可 得出一些规律性结论 1 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 表2 列出了一组再生骨料的吸水率试验数据 从表中可以看出 再生骨料的吸水率随再生骨料表观密 表 2 不同表 观密度 的再生骨料的吸水率 2 再生骨料的吸水率随再生骨料的粒径减小而迅速增大 试验研究表明 当再生骨料的粒径在 1 6 3 2 n u n之间时 再生骨 料的吸水率仅为 3 8 而粒径为 4 8 mm的再生骨料吸水率则 迅速上升为 9 7 可见再生骨料的粒径越小 其吸水性越大 吸 水速率也越快 3 再生骨料与天然骨料相比含水率较高 吸水率较大 且 吸水速率大 因此 当用其配制混凝土时 搅拌用水要 比天然骨 料多 5 左右 再生骨料新拌混凝土的坍落度损失比较大 这在 设计再生骨料混凝土的配合比时是一个难点 根据 日本的再生 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 骨料和超过 1 3 的再生细骨料 部分学者参考 日本标准 以吸水 率和稳定性作为评价再生骨料的指标 把再生粗骨料分为 3 类 再生细骨料分为 2 类 如表 3 所示 表 3 吸水性与再生骨料品质 的关 系 3 3 再生骨料的强度 再生骨料的强度通常指再生粗骨料的强度 由废弃混凝土 块破碎加工而得的再生粗骨料成分十分复杂 不仅含有设计强 度等级高低不同的混凝土成分 而且含有许多低密度的建筑材 料 由于再生粗骨料组成成分复杂 孔隙率高 吸水率大 因而 其强度往往低于天然骨料 再生骨料是一种不同于天然骨料的新生事物 其测强方法有 自身的特殊性 通常再生骨料的强度用 岩石 立方体强度和压碎 指标两种方法来表示 岩石立方体抗压强度是评价混凝土骨料质 量的一个重要指标 因此可从再生骨料的原始废弃混凝土块上切 割出5 cm x 5 e mx 5 cm的立方体试件进行 岩石 立方体强度检验 其测定方法与天然骨料混凝土的测定方法相似 压碎指标表示再 生粗骨料抵抗压碎的能力 以间接地推测其相应的强度 目前再生 骨料的压碎指标可参照规范对天然骨料压碎指标的要求 粗骨料的强度特性取决于其矿物组成 密度 吸水性 孔隙 率及孔隙结构 再生粗骨料 自身的复杂性 原状颗粒 废旧砂浆 颗粒以及次生颗粒含量的差异性都影响着再生粗骨料的强度 6 7 所以再生粗骨料的抗压强度值变异系数较大 且再生骨料的破 碎加工过程中 内部往往会产生大量的微裂缝 即再生骨料的 孔隙率高 吸水性大而且极易吸水饱和 因此 再生粗骨料的压 碎指标高于天然骨料 并认为饱水压碎指标更能反映粗骨料的 实际受力状态 所以 强度太低的再生粗骨料不宜用来配制混凝 土 而只能用作道路工程垫层和素混凝土垫层 3 4 再生骨料的弹性模量 骨料的弹I生f莫 量与其孔隙率有关 致密的材料明显地具有较高 的弹性模量 而再生骨料本身的质量是不均匀的 并且孔隙率大 破 碎过程中还存在 些微裂缝 因此 其弹性模量明显低于天然骨料 再生骨料的弹性模量还与原始混凝土的来源和配合比有 关 若原始混凝土砂率较大 砂子较细 水泥含量较高 用水量 较多 或者混凝土的强度等级较低等 均可能导致原始混凝土 的收缩率增大 用这种混凝土加工制成的再生骨料的弹性模量 一 般都较低 当骨料的弹性模量较低时 混凝土的收缩和徐变也 会相应变大 研究表明 用再生骨料拌制的再生混凝土的收缩率 明显高于天然骨料混凝土 3 5 再生骨料的磨损性 由于再生骨料常被用于道路混凝土 所以需研究其耐磨性问 题 再生骨料的洛杉矶磨损性 简称 L A磨损性 以再生骨料的L A 磨损损失率来评价 再生骨料的耐磨洼较差 且再生骨料的L A磨 损性与再生骨料的原始混凝土强度和再生骨料的粒径密切相关 表 4为一组耐磨损性试验数据 它反映了再生骨料的原始 混凝土强度与耐磨损性的关系 随着原始混凝土强度的增大 再 生骨料的耐磨损性提高 再生骨料的 L A耐磨损性还与再生骨料的粒径有关 试验表 明 从高强原始混凝土中得到的粒径范围在 1 6 3 2 l1 1 m的再生骨 料 其 L A磨损损失率为 2 2 4 而粒径为 4 8 mm的同一来源 的再生骨料 其L A磨损损失率上升为 4 1 4 因此 随着再生骨 料尺寸的减小 其耐磨损性呈明显减小的趋势 根据 AS T MC 3 3 混凝土骨料标准 生产混凝土所用骨料的磨损损失率应该小于 上接第 5 9页 4 混凝土施工中应关注当地寒潮预报 提前增加表面保 温 避免因混凝土表面随外界气温骤降引发过大的内表温差 5 施工方案中第一批浇筑混凝土局部 塔吊基础 厚度达 到 l I I l l 不利于混凝土内部温度和应力的发展 建议将塔吊基 础在第二批浇筑 或者直接将塔吊基础设在第一次混凝土浇筑 的底板之内 4结论 1 混凝土浇筑完成后 其内部温度发展趋势大致可分为 迅速升温 快速降温 和 平稳降温 三个阶段 混凝土温度 发展的不同阶段应采取不同的表面保温措施 2 大体积混凝土在施工期间环境温度对混凝土质量有着重 要的影响 应在环境温度骤降时适当的加强混凝土表面保温措施 3 大体积混凝土局部体量过大会使混凝土温度峰值增大 突出部分降温速率加快 对温控工作带来不利影响 容易引发 混凝土温度裂缝 4 筏板基础大体积混凝土现场温度监测的工作中 适当 增加厚底板区域测温点数 目 加强该区域温度监测 5 通过模型试验对超厚筏板基础温度场的分析 为今后 68 表 4 不同强度再生 骨料的 L A磨损损失率 原生混凝土强度 MV a L A磨损损失率 0 0 1 5 1 6 21 3 0 3 8 4 0 28 7 2 7 3 28 0 25 6 2 2 9 2O 1 5 0 用于路面混凝土的骨料磨损损失率应低于 4 0 4结 语 根据以上论述 实际上再生骨料各方面性能与天然骨料之 间非常相似 只是由于母岩 原生混凝土 性能的不同 导致再 生骨料之间性能的差异 但呈现相同的变化规律 然而 根据现 有国家标准进行混凝土配合比设计时 混凝土的配制强度主要 与所用水泥的实际强度和水灰比有关 而未考虑骨料压碎指标 的影响 但已有的研究表明 骨料压碎指标对混凝土强度的影 响显著 因此 在对再生骨料进行质量评价时 除仍将骨料级配 最大粒径等作为常规指标外 尚需增加压碎指标 吸水率等作 为常规指标 为正确 合理进行混凝土配合比设计提供可靠依 据 为了更好地指导再生骨料的应用 推动再生骨料混凝土的发 展 我们国家需要制定相关的应用标准和规范 参考文献 1 吴贤国 郭敬松 李惠强 等 建筑废料的再生利用研究 建筑技术