廢棄混凝土再生骨料的特性研究
2006-05-02 00:00
摘要：針對(duì)廢棄混凝土造成的環(huán)境問(wèn)題，提出了將其加工成為再生骨料或再生混凝土的應(yīng)用方案，研究了再生骨料的生產(chǎn)工藝、特性及其對(duì)混凝土性能的影響。研究表明，適當(dāng)摻加再生骨料不僅可以提高混凝土的強(qiáng)度，而且還可提高混凝土的粘聚性、保水性及保溫性能。
關(guān)鍵詞：混凝土廢棄物； 再生骨料； 再生混凝土
隨著城市化和小城鎮(zhèn)建設(shè)進(jìn)程的加快，城市住宅、寫(xiě)字樓、商業(yè)及工業(yè)建筑的更新和市政動(dòng)遷規(guī)模不斷加大，一方面，大量的原有舊建筑物被拆毀，產(chǎn)生了大量的建筑垃圾；大量的新建筑物在其建設(shè)過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生很多建筑垃圾。受經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)，目前國(guó)內(nèi)有相當(dāng)多的建筑商將這些建筑垃圾丟棄在附近的公共活動(dòng)區(qū)域，形成公害。即使這些垃圾按照政策要求運(yùn)到指定區(qū)域，國(guó)家目前還沒(méi)有財(cái)力對(duì)其進(jìn)行合理處置，這樣不僅會(huì)侵占大量耕地，而且還導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染[1 ] 。所以，當(dāng)前我國(guó)急需解決這一環(huán)境問(wèn)題。另一方面，我國(guó)各種基本建設(shè)的快速發(fā)展需要越來(lái)越多的建筑材料。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年澆注混凝土約15～20 億m3 ，而混凝土中砂石骨料又占總質(zhì)量的70 %以上，用量十分巨大。大量地開(kāi)采山石、淘挖河砂、掘坑取土等行為不僅會(huì)造成水土流失，而且會(huì)加速資源的消耗。統(tǒng)計(jì)表明，建筑垃圾若以質(zhì)量計(jì)，混凝土廢棄物約占48.35 % ，廢磚石塊占37.42 % ，這2 種廢棄物共占建筑垃圾的85. 77 %[2 ，3 ] 。顯然，如何使這些廢棄物變廢為寶是處理建筑垃圾的最好辦法。分析了廢棄混凝土的再生應(yīng)用并對(duì)再生骨料的特性進(jìn)行了研究。
1 混凝土再生骨料
將廢棄混凝土塊經(jīng)過(guò)破碎、清洗、分級(jí)后，按一定的比例混合而得到的骨料稱為混凝土再生骨料。混凝土再生骨料按粒徑大小可分為再生粗骨料(粒徑5～40 mm) 和再生細(xì)骨料(粒徑0.15～2.5 mm) 。利用再生骨料作為部分或全部骨料配制的混凝土，稱為再生骨料混凝土?；炷猎偕橇吓c普通混凝土骨料的性能列于表1 。由于使用再生骨料生產(chǎn)的再生混凝土具有與普通混凝土相近的物理、力學(xué)性能[2 ] ，所以再生混凝土是廢棄混凝土再利用的一個(gè)重要發(fā)展方向。
1. 1 再生骨料生產(chǎn)工藝
再生骨料的生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1。由圖1 可知，再生骨料的生產(chǎn)工藝非常簡(jiǎn)單，一般的建筑企業(yè)都能生產(chǎn)。若經(jīng)過(guò)相關(guān)職能部門的協(xié)調(diào)與扶持，完全有可能在一些大中城市或大型工地建立集中生產(chǎn)的再生骨料工廠。
1. 2 再生骨料的特性
我國(guó)的混凝土構(gòu)筑物，混凝土強(qiáng)度等級(jí)多在C30 以下。混凝土廢棄物采用妥善的方法破碎后，可以得到沿骨料界面剝離下來(lái)的大量原狀顆粒，這些顆粒表面的粗糙度已較前顯著提高，而且上面粘附的漿渣為再利用作骨料提供了有利條件[3 ] 。由于解體和破碎時(shí)受外力作用，有少量顆粒會(huì)沿原顆粒的巖石解理破裂，這既增加了新的粗糙面，又增強(qiáng)了棱角效應(yīng)。另外，通過(guò)反復(fù)的解體、破碎過(guò)程，原有骨料中的軟質(zhì)顆粒會(huì)被淘汰，粒形不良者也會(huì)得到改善。上述加大粗糙度、增加棱角效應(yīng)、粒形的改善和堅(jiān)固性的選優(yōu)排列等，都使骨料得到優(yōu)化。試驗(yàn)證實(shí)，從廢棄混凝土中取出的原狀骨料，通過(guò)篩分制成的混凝土，與用類似材質(zhì)的未用過(guò)的骨料制成的級(jí)配、配合比相同的混凝土對(duì)比，前者的強(qiáng)度值顯著提高。經(jīng)解體、破碎的廢棄混凝土，可得到一半以上的水泥2砂2細(xì)石屑聚集的塊狀物(砂漿集料) ，它們所呈現(xiàn)的粒形，比起某些層狀解理的天然碎石的粒形要理想得多。砂漿集料還有表面多微孔、吸水率較大、具有水硬性等優(yōu)越性，這使得砂漿集料的強(qiáng)度往往高出原混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。砂漿集料被重新拌入混凝土后，會(huì)與新的水泥漿結(jié)晶共生，從而為集料與水泥漿的接觸區(qū)水化產(chǎn)物的密實(shí)化創(chuàng)造了有利條件，最終形成更加致密的接觸區(qū)，使水泥石與集料的粘結(jié)力大于水泥石的強(qiáng)度。由于這種集料的表面是親水的，所以能較快地被液相所濕潤(rùn)。表面的許多微孔內(nèi)會(huì)吸入許多新的水泥顆粒，使接觸區(qū)的水化更為完全。實(shí)驗(yàn)證明，只要適當(dāng)控制砂漿集料的粒徑及其在新拌混凝土中的比率，即可保證配制混凝土的強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。
在解體、破碎廢棄混凝土?xí)r，收集到的粉渣類物料具有較大的潛在能。以下試驗(yàn)充分證實(shí)了這一點(diǎn)：將放置2 年的混凝土以靜壓破壞，拋棄其碳化層，取適量粉料和含有部分上述砂漿集料的碎屑，經(jīng)加工后研成細(xì)粉，按占水泥用量的3 %做膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果與對(duì)照組相比，7d、28 d 的抗壓強(qiáng)度分別提高6.6%、5.3%。由于廢棄混凝土的粉料中含有未水化的水泥顆粒及其水化后形成的水化物，這些物質(zhì)通過(guò)特殊加工可以“蘇醒”。加入到新的水泥拌合物中后，起了播入晶種的作用，促進(jìn)水泥的水化及強(qiáng)度物質(zhì)的生成。這就是廢棄混凝土生產(chǎn)的再生粉料具有激發(fā)混凝土強(qiáng)度的原因。
2 再生混凝土
利用再生骨料可以配制各種型號(hào)的再生混凝土，但一般來(lái)說(shuō)還需要使用普通骨料與再生骨料搭配，其比例需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)決定。在配制再生混凝土?xí)r還需加入一些外加劑，如粉煤灰、減水劑等。
2. 1 中低強(qiáng)度再生混凝土配制對(duì)比試驗(yàn)
為證明再生混凝土的可靠性，特設(shè)計(jì)了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)配合比見(jiàn)表2 、表3 ，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4 。測(cè)試結(jié)果顯示，當(dāng)水灰比較大時(shí)，摻加適量的再生骨料可提高混凝土的強(qiáng)度，這主要是由于再生骨料所起的晶種激發(fā)作用所致；當(dāng)水灰比較小時(shí)，由于水灰比對(duì)強(qiáng)度的影響更為顯著，再生骨料的晶種激發(fā)作用相對(duì)弱化，摻加再生骨料的混凝土的強(qiáng)度略有降低。
2. 2 高性能再生混凝土試驗(yàn)
對(duì)于中低強(qiáng)度混凝土，使用再生骨料配制的可靠性已得到證實(shí)[4 ] 。為了了解再生骨料對(duì)高性能混凝土的影響，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：選用2 種類型的粗骨料，A 類由某建筑物爆破后的混凝土塊加工而成，B 類為廢棄混凝土路面加工物；細(xì)骨料為河砂；摻入電廠生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰和NF-2-6 緩凝高效減水劑；用再生骨料取代率為60 %的粗骨料配制成各種設(shè)計(jì)強(qiáng)度的混凝土。實(shí)驗(yàn)得到的2 種骨料混凝土的強(qiáng)度差值見(jiàn)圖2 。
從圖2 可見(jiàn)，在60 %的取代率下，當(dāng)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度小于40 MPa 時(shí)，再生混凝土的實(shí)際強(qiáng)度大于其設(shè)計(jì)強(qiáng)度，當(dāng)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度大于40 MPa 時(shí)，再生混凝土的實(shí)際強(qiáng)度小于其設(shè)計(jì)強(qiáng)度，且其差值有逐漸增大的趨勢(shì)。但即使是在設(shè)計(jì)強(qiáng)度達(dá)到70 MPa 的情況下，其偏差仍不是很大。若調(diào)整粗骨料的取代率，并且對(duì)配合比進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，實(shí)際強(qiáng)度應(yīng)該可以達(dá)到甚至超過(guò)其設(shè)計(jì)強(qiáng)度，但這還需要大量的試驗(yàn)證實(shí)。
2. 3 再生混凝土拌合物的和易性與表觀密度
和易性是指混凝土拌合物便于施工操作，并能施工出均勻密實(shí)混凝土的性能，所以又稱施工性，它包括流動(dòng)性、粘聚性和保水性。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在配合比相同的條件下，再生混凝土的流動(dòng)性(用坍落度表示) 比普通混凝土小，再生混凝土的粘聚性和保水性比普通混凝土好。其原因是:廢棄混凝土骨料表面包裹有部分砂漿，表面粗糙增加且孔隙率增多，從而增大了拌合物內(nèi)部的摩擦力及拌合物的吸水率，使混凝土的流動(dòng)性能降低，粘聚性和保水性增強(qiáng)。測(cè)試結(jié)果顯示，再生混凝土的表觀密度較普通混凝土降低5. 2 % ，其原因是再生骨料比碎石骨料視密度小。再生混凝土自重降低，對(duì)減輕建筑物自重、增大構(gòu)件跨度有利。
2. 4 再生混凝土的其它性能
通過(guò)對(duì)再生混凝土的熱工性能研究發(fā)現(xiàn)，再生混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)與相同配合比的普通混凝土相比降低28 % ，若再摻入引氣劑，導(dǎo)熱系數(shù)降低44 %。可見(jiàn)，用再生混凝土作墻體材料，能顯著提高建筑物的保溫性能。
3 結(jié) 論
a. 將大量混凝土廢棄物進(jìn)行批量化處理，然后作為建筑材料重新使用，所需技術(shù)設(shè)備比較簡(jiǎn)單，處理費(fèi)用低，扣除現(xiàn)階段的垃圾處理費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)和購(gòu)買建筑材料費(fèi)，有較大的贏利空間，從經(jīng)濟(jì)技術(shù)上講是切實(shí)可行的。
b. 廢棄混凝土的再利用不僅可以保護(hù)環(huán)境，而且可以節(jié)約資源。
c. 我國(guó)目前的混凝土廢棄物還沒(méi)有得到有效利用，其關(guān)鍵原因是許多人尚未意識(shí)到混凝土廢棄物及其衍生物對(duì)環(huán)境的危害。政府相關(guān)部門應(yīng)該對(duì)此進(jìn)行積極引導(dǎo)，并在政策、宣傳、技術(shù)等方面給予大力支持，爭(zhēng)取盡快使再生混凝土得到有效利用。
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