再生骨料与再生混凝土的研究进展

第26卷第5期Vol.26No.52005

青岛理工大学学报

JournalofQingdaoTechnologicalUniversity

再生骨料与再生混凝土的研究进展

李云霞,李秋义,赵铁军

(青岛理工大学土木工程学院,青岛266033)

*

摘 要:介绍了再生骨料的生产工艺、性能、强化处理方法以及再生混凝土的工作性和硬化后的性能.再生骨料的生产工艺包括预处理破碎、强化处理和筛分阶段,其中强化处理阶段是关键.由于再生骨料颗粒表面含有大量的水泥砂浆,再生骨料具有吸水率大、密度小和压碎指标高等性能.吸水率大是不利再生骨料应用的一个制约因素,影响着再生混凝土的其他性能.通过化学和物理强化处理方法,改善其表面状况,从而减小它的吸水率,改变再生骨料混凝土拌合物的工作性能.关键词:再生骨料,混凝土,吸水率,强化处理中图分类号:TU528.09

将废弃混凝土经破碎、分级并按一定的比例混合后形成的骨料称为再生骨料或再生混凝土骨料.利用再生骨料作为部分或全部骨料配制的混凝土,称为再生骨料混凝土,简称再生混凝土.将用来生产再生骨料的原始混凝土称为基体混凝土,有人也称之为原生混凝土.

建筑物因达到使用年限或因老化被拆毁,市政工程的动迁及重大基础设施的改造,商品混凝土工厂由

于质量原因以及调度原因,因意外原因(如地震、台风、洪水和战争等)造成建筑物倒塌等情况均能产生大量的废弃混凝土.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高达1700万t,如何有效地处理和循环利用废弃混凝土,是一非常迫切的问题.废弃混凝土传统的处理方法主要是将其运往郊外堆放或填埋,这不仅占用大量的耕地,且造成环境污染.近年来,混凝土由追求高强度、高性能逐渐向绿色混凝土方向发展.对废弃混凝土进行循环再利用,不仅是处理废弃混凝土的有效途径,还可以减小废弃混凝土对城市环境的污染,是发展绿色混凝土的主要措施之一.

1 再生骨料的生产工艺

目前再生骨料的加工方法主要是将切割破碎设备、传送机械、

筛分设备和清除杂质的设备有机地组合在一起,共同完成破碎、筛分和除去杂质等工序,最后得到符合质量要求的再生细骨料和再生粗骨料.国外具有代表性的再生骨料生产工艺流程如图1所示[1],大体可分为以下三个阶段.

(1)预处理破碎阶段:除去废弃混凝土中的其他杂质,先用破碎机将混凝土块破碎成约40mm粒径的颗粒,再用鄂式破碎机破碎成颗粒更小的骨料.

(2)强化处理阶段:混凝土块在强化处理设备内高速飞转,使其相互碰撞、摩擦,除去附着于骨料表面的水泥浆和砂浆,改善骨料的表面状况.

国家十五科技攻关资助项目(2004BA809B0305):图1 再生骨料制备过程示意图

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第5期李云霞等:再生骨料与再生混凝土的研究进展

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(3)筛分阶段:最终的材料经过过筛,除去水泥和砂浆等细小颗粒,最后得到再生骨料.国内对再生骨料的研究起步较晚,尚未形成工业化生产,主要是由破碎和筛分两部分组成.

2 再生骨料的性能

(1)再生骨料的分类.再生粗骨料颗粒一般由表面洁净的石子、表面包裹着部分水泥砂浆的石子和水泥砂浆颗粒三部分组成.再生细骨料主要由表面无水泥浆的砂粒、表面附着水泥浆的砂粒、水泥石颗粒和少量破碎石块组成.天然细骨料的尺寸范围为0.16~5mm,由于再生细骨料中含有细小水泥石颗粒,再生细骨料的粒径尺寸范围可以定为0.08~5mm.目前我国尚无再生混凝土骨料的相关标准,应加大再生混凝土骨料的研究,制定相关的质量评定标准,使再生混凝土广泛用于实际工程.日本开展再生骨料的研究较早,对再生骨料的质量进行了分类[2],具体见表1.

(2)吸水率.再生骨料颗粒棱角多,表面粗糙,组分中还含有硬化水泥砂浆

(水泥砂浆孔隙率大、吸水率高),再加上混凝土块在解体、破碎过程中因损伤累积使内部造成大量微裂纹,导致再生骨料的孔隙率增大,从而使吸水率和吸水速率增大.吸水率的大小与骨料中的水泥石含量、骨料表面的水泥砂浆附着率、基体混凝土强度、骨料种类和再生骨料的加工方法等因素有关.在实验室我们将废弃混凝土经简单破碎后,对不同粒径的再生粗骨料进行吸水率试验,分别测试它们在不同时间段内(30min、1h、24h)的吸水率,结果见表2.再生粗骨料的吸水率较大,最高达到7.9%.同时再生粗骨料吸水速率快,30min吸水率可以达到24h吸水率的86%~93%.随着粒径的减小,骨料表面的水泥砂浆附着率增加,故而吸水率依次增大.

(3)表观密度.同天然砂石骨料相比,再生骨料表面还包

表2 再生粗骨料不同粒径吸水率(%)

颗粒尺寸(mm)5.0~10.010.0~16.016.0~20.020.0~25.025.0~31.5

30min7.05.44.63.94.0

1h7.45.44.94.04.2

24h7.95.85.14.54.4

等级ⅠⅡ

表1 再生骨料质量等级

粗骨料吸水率

Ⅲ

坚固性指标

细骨料吸水率

坚固性指标

裹着相当数量的水泥砂浆,表面粗糙、棱角较多,内部存在大

量微裂纹,从而导致再生骨料的堆积密度和表观密度均比天然骨料低.从目前的文献看,其数值的离散性较大,主要与加工方法、原混凝土性能等因素有关.通常再生细骨料的堆积密度为天然骨料的75%~80%,再生粗骨料的堆积密度为天然骨料的85%以上;再生细骨料的表观密度为天然细骨料的80%~85%,再生粗骨料表观密度为天然粗骨料的90%以上.

(4)压碎指标.压碎指标是表示骨料强度的一个参数.由于再生粗骨料表面包裹着水泥石或砂浆,所以再生骨料的压碎指标远高于天然骨料.再生骨料的压碎指标大小与原生混凝土的强度和加工破碎方法等因素有关.原生混凝土的强度越高,再生骨料的压碎指标越低;再生粗骨料表面水泥砂浆附着率越小,压碎指标越低;再生骨料颗粒的三度尺寸越接近,压碎指标越低.

3 再生骨料的强化处理

目前再生骨料主要用来配制中低强度的混凝土.若要开发高强度的再生混凝土,需对简单破碎获得的低品质再生骨料进行强化处理.强化处理的目的主要是改善骨料的表面状况,从而提高骨料的性能.国内外使用的强化方法主要有化学强化与物理强化两种.3.1 化学强化方法

所谓化学强化,是指采用不同性质的材料(如聚合物、有机硅防水剂、纯水泥浆、水泥外掺Kim粉、水泥外掺一级粉煤灰等)对再生骨料进行浸渍、淋洗、干燥等处理,使再生骨料得到强化.

[4],

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青岛理工大学学报第26卷

再生骨料倒入上述稀释的PVA溶液中,浸泡时间为48h.在此期间,用铁棒加以搅拌或用力来回颠簸,尽量赶走骨料表面的气泡,最后将再生骨料用带筛孔的器皿捞出,并在50~60 下烘干.将有机硅防水剂用水稀释5~6倍,搅拌均匀后,把再生骨料倒入稀释的有机硅溶液中,浸泡24h,操作方法同用聚合物处理.用PVA溶液和有机硅防水剂均能改善骨料表面状况,从而降低吸水率,见表3[5].

可以看出,经过聚合物和有机硅防水剂处理的再生骨料的吸水率有了很大程度的降低,有机硅防水剂处理后的再生骨料,24h吸水率很小,表明有机硅防水剂对再生骨料的强化效果显著.

表3 再生骨料表面处理与吸水率的关系

未经处理的再生粗骨料

浸泡时间吸水率(%)

1h2.5

24h4.85

1h0.98

用聚合物处理过的

再生粗骨料

24h2.05

1h0.76

用有机硅防水剂处理过的

再生粗骨料

24h1.28

(2)用水泥浆液处理.该方法是用事先调制好的高强度水泥浆对再生骨料进行浸泡、干燥等强化处理,以改善再生骨料的孔结构来提高再生骨料的性能[6].为了改善水泥浆的性能,可以掺入适量的其它物质如粉煤灰、硅粉、Kim粉等.研究结果表明,化学强化对再生骨料本身的强度有一定程度的提高,但其对再生骨料混凝土的强度提高效果并不明显.3.2 物理强化

物理强化主要是对由简单破碎得到的低品质再生骨料经过研磨机研磨处理,有效除去粘附于再生碎石颗粒表面的水泥砂浆或破坏较弱的再生碎石颗粒.试验表明,经球磨机强化的再生骨料质量大幅度提高,再生粗骨料的压碎指标可降低50%以上,见表4[3].这种物理强化方法十分有效,所制备出的再生骨料能用于生产钢筋混凝土构件.

可以看出,经过研磨机的研磨作用,再生粗骨料表面水泥砂浆附着率减小,颗粒表面的形态得到改善,再生骨料的吸水率和压碎指标有所降低,堆积密度有所提高.

表4 物理活化再生骨料的效果

骨料未处理

粒级mm5~1010~20

自磨碎*

5~1010~20

经球磨机磨碎

5~1010~20

堆积密度kg/m31170-1310-1350-重量吸水率不同状态下的压碎指标值%

%7.0-4.3-3.8-干燥22.5-13.320.111.212.7

饱水29.2-16.820.913.411.8

4 再生混凝土的性能

4.1 再生混凝土拌合物的工作性

混凝土的工作性是指混凝土拌和物在保证组成材料质地均匀的条件下,易的含义.

再生骨料表面粗糙、多棱角,增加再生混凝土拌合物的摩擦阻力,再生骨料吸水率大、吸水速率快,因此粗骨料全部采用再生骨料、细骨料采用天然河砂配制的再生混凝土的工作性与普通混凝土有

C

450

663

编号AB

水泥用量(kg/m)330400

3

*自磨碎:再生骨料通过回转的滚筒,靠自重摩擦作用活化.

于施工操作(拌和、运输、浇注和振捣等)的性能.通常混凝土的工作性包括流动性、粘聚性和保水性三方面

表5 混凝土需水量试验表

砂用量(kg/m)715685

3

粗骨料用量(kg/m)[1**********]2

3

骨料种类天然再生天然再生天然再生

坍落度(mm)[1**********]0

用水量(kg/m)

237.5250.0237.5242.5243.7250.0

3

28d强度(MPa)25.323.238.329.438.834.2

较大的差别.一方面要达到与普通混凝土相同的坍落度时,其单位用水量要增加5%左右[7],另一方面,再生骨料混凝土拌合物的坍落度损失也很大,影响混凝土的使用性能,所以设计再生骨料混凝土的配合比时要尤为注意.

我们使用废弃混凝土经简单破碎得到的(最大颗粒尺寸为20mm)再生粗骨料进行了实验.水泥、砂相同,,

行混凝土拌合物的需水量实验.混凝土的配合比及实验结果见表5.坍落度在一定的范围内,再生混凝土的用水量比普通混凝土多出2%~6%.4.2 再生混凝土硬化后的性能

再生骨料混凝土硬化后的强度、弹性模量、收缩、徐变等性能与天然骨料混凝土有所不同.再生骨料的空隙率大,且与河砂、河卵石相比,表观密度小,再生骨料比例越高,混凝土的容重越小.再生骨料的多孔隙性会导致混凝土弹性模量减小,强度降低,刚度减小.从表5中可以看出,我们配制的再生混凝土的28d强度比天然骨料混凝土低,约为天然骨料混凝土强度的75%~90%.再生骨料吸水率高会导致失水后混凝土干缩增大.再生骨料由已经碳化的混凝土加工而成,会导致由其配制的混凝土的碳化速度比普通混凝土快.经一定次数的冻融循环后,再生混凝土的动弹性模量和重量损失率均较普通混凝土高得多,其抗冻融性较普通混凝土差[9].总之,再生混凝土的抗渗性、抗冻融性、抗碳化能力和抗氯离子渗透性均低于普通混凝土.

由于再生细骨料的强度一般比再生粗骨料的强度要低,加之粒形不好、堆积不致密,加入再生细骨料比加入再生粗骨料对混凝土性能的影响大很多.

[8]

5 结束语

再生混凝土的开发和应用,一方面可大量利用废弃的混凝土,减少建筑业对天然骨料的消耗;另一方面,还可以减轻混凝土废弃物造成的生态环境日益恶化等问题,保证了人类社会的可持续发展.国家对废弃混凝土的再生利用的研究十分重视,已将其列为国家十五科技攻关项目.

再生骨料颗粒棱角多,表面粗糙,组分中还含有硬化水泥砂浆,因此它的吸水率高、压碎指标高、堆积密度小,导致再生混凝土的性能有所下降.可以通过物理和化学方法对其进行处理,其中物理方法较为有效.我们对再生骨料的物理强化方法进行了研究,并取得了很好的效果,使得再生骨料的性能已经基本接近天然骨料[10].此外,对再生粗骨料、细骨料的性能还需进行系统性的研究,制定出相关的标准,以推动再生混凝土产业化.

参

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[10] 李秋义,王志伟,李云霞.加热研磨法制备高品质再生骨料的研究.智能与绿色建筑文集.北京:中国建筑工业出版社,2005.883-889[11] 王晓刚,毛新奇,赵铁军.聚乙烯醇纤维水泥基复合材料.青岛建筑工程学院学报,2004,25(4):28-31

考文献

(下转第44页)

AStudyonMergingNationalPaintingLanguageinSkills

ofWatercolorPainting

LiangRui,LiangYu-xin

1

2

(1.ArtSchool,QingdaoTechnologicalUniversity,Qingdao266033;

2.PetersbergPublicUniversity,Petersberg,Russia199406)

Abstract:WatercolorpaintingwasintroducedintoChinainthe19thcentury.Inskill,itusedtofollowwesternaestheticconcepts.ButsinceChina'sreformingandopeningtotheoutsideworld,ithastrans-itedfromasinglepatterntodiversifiedones,attachingmoreimportancetoournationalcharacteristics.WatercolorpaintinghasnaturalintimacywithChinesewashpainting,forbothofthememploywateras

themedium.Basedonallthis,thepaperproposestocombinethemharmoniously.Namely,weprefertolearnfromtheideasofChineseinkpaintingandrelativeaestheticconsciousnesstopermeatethroughwatercolorpainting.Theharmonybetweenthemwillhelptoachievetheimplicitandintensebeautyv-i

vidlyandpowerfully.

Keywords:watercolorpainting,skills,nationalpainting,merging作者简介:梁 瑞(1974-),女,讲师(上接第19页)

ProgressinRecycledAggregateandRecycledConcrete

LiYun-xia,LiQiu-yi,ZhaoTie-jun

(SchoolofCivilEngineering,QingdaoTechnologicalUniversity,Qingdao266033)

Abstract:Thispaperbrieflydescribesthedefinition,classification,processmethod,propertiesandstrengtheningmethodofrecycledaggregate.Theproducingcraftofrecycledaggregateincludesprocess-inginadvance,strengtheningprocessingandsieving.Thestrengtheningprocessingisthemostimpor-tantinthem.Asthesurfaceofrecycledaggregatehasenoughcementmortar,therecycledaggregatehaspropertiesoflargerwaterabsorption,lowerdensity,andhighcrushquantity.Thewaterabsorptionisadisadvantageofrecycledaggregate,anditinfluencesthepropertiesofrecycledaggregate.Throughphys-icalandchemicalmethod,thewaterabsorptioncanbedescent,andthentheworkabilityofnewrecycledconcretecanbechanged.

Keywords:recycledaggregate,concrete,waterabsorption,strengthen作者简介:李云霞(1982-),女,硕士研究生