1、再生混凝土耐久性李錚，土木水利系，E-Mail：azheng-li摘要：近年來我國建筑垃圾的大量產生，急需對其進行減量化、無害化、資源化處理，再生混凝土即是處理方法之一。本文通過分析相關文獻,對再生混凝土的耐久性，分別從抗碳化性、抗凍融性、抗滲性及氯離子滲透性、抗硫酸鹽侵蝕性方面進行了分析。分析結果表明,再生混凝土的耐久性較普通混凝土差。但是,其耐久性可通過采用二次攪拌方法、采用半飽和面干狀態的再生骨料、摻加粉煤灰或礦渣等活性摻和料和添加外加劑等措施得到改善。 關鍵詞：建筑垃圾，再生混凝土，再生骨料，耐久性一、背景近幾年來，隨著我國國民經濟的持續、穩定、快速發展，我國的工程建設也步入

2、了高峰期，工程建設規模逐年擴大，所耗資源也迅猛增長，與此同時，工程建設過程中產生的建筑垃圾數量也大幅增加。據有關統計資料可知，我國每年建筑工程產生的廢舊物已達1.95 億噸，僅北京、上海、廣州、天津、深圳等幾個發展較快的城市建設垃圾日排放量就達2.7萬噸。然而，面對如此巨量的建筑廢棄物，由于我國目前所采取的處理方法依舊是傳統的垃圾場填埋或露天堆棄方式，特別是在垃圾的處理體制和運行機制方面缺乏嚴格且有效的管理和控制手段，因而，致使大量的建筑垃圾隨意排入，不僅占用了大量的土地資源，造成了耕地浪費、水土流失和環境污染等問題，而且這些廢棄物沒有得到有效的開發和利用。更為重要的是，由于在今后一段時期，我

3、國建筑業仍將保持快速發展的趨勢，據建設部預測，到2020 年，我國僅住宅就將建成300 億平方米，因而如果不對建筑廢棄物的產生與處理予以高度的重視和管理，不僅會給國家節能減排、資源開發、循環經濟等政策的落實帶來不利影響，而且必然會給中國建筑業的可持續發展造成阻礙和約束。國外學者首先提出了再生混凝土概念并進行了積極的研究與開發應用 。近年來,國內的專家學者也開始進行這一領域的研究工作,在再生骨料的基本性能及強化、再生混凝土的配合比設計、物理力學性能等方面進行了一些研究。研究表明通過再生骨料強化,以合理配合比澆筑的再生混凝土在強度上完全可以代替普通混凝土。現代建筑設計對結構耐久性方面非常重視,也就

4、是說只要再生混凝土的耐久性滿足建筑的正常使用功能要求,再生混凝土是完全可以代替普通混凝土廣泛應用到建設中去。我單位正在籌劃建設建筑垃圾處理廠，嘗試以政府投資、市場運營的模式將建筑垃圾轉化成再生混凝土進行再利用。二、再生混凝土概念再生骨料混凝土(Recycled Aggregate Concrete, RAC簡稱再生混凝土。一般將廢棄混凝土經過多道篩分、破碎、清潔工藝組合與分級后,并按一定比例混合后形成的骨料稱為再生混凝土骨料(Recycled Concrete Aggregate, RCA簡稱再生骨料;部分或全部代替砂石等天然骨料(主要是粗骨料再加水和水泥配制成新的混凝土。相對于再生混凝土而言

5、,用以生產再生骨料的原始混凝土稱為基體混凝土(original concrete ,有人也稱之為原生混凝土。      再生骨料的強度較天然骨料強度較低,堆積密度和表觀密度較低,雜質含量較高,并且含有大量微裂縫,導致再生混凝土的空隙率增大,吸水率高。所有這些特性導致再生骨料混凝土與天然骨料混凝土的性能有所不同,尤其在混凝土耐久性方面。 三、再生混凝土耐久性1再生混凝土的碳化      再生混凝土試件中再生骨料取代率分別為: 0, 20% , 50%和100% ,配制與普通混凝土有相同抗

6、壓強度的再生混凝土。試驗結果表明取代率為20%和50%的再生混凝土碳化深度相對減小。由于要配制與普通混凝土同抗壓強度的再生混凝土所需要的水泥量大于普通混凝土的需求量,從而提供了更高的堿性環境阻止了碳化的發展。再生混凝土試件和普通混凝土試件置于CO2  濃度10% ,溫度為40,相對濕度為70%的環境中28d。試驗結果如圖1所示,可看出再生混凝土碳化深度隨著水灰比增加而增大,同一水灰比下, 再生混凝土的碳化深度略大于普通混凝土。以100%再生骨料替代天然碎石和砂子制備再生混凝土試件, 在CO2 濃度為(5 ±012 %的試驗箱里促進中性化26周。中性化深度- 齡期曲線如圖2。

7、從圖中可看出100%全再生混凝土與普通混凝土試件相比,抵抗中性化能力差,中性化幾乎以3倍的速度增長。綜合以上研究成果,采用同水灰比配制的再生混凝土,其抗碳化性能略差于普通混凝土;而同抗壓強度的再生混凝土,則骨料取代率小于100%情況下則好于普通混凝土。 圖片摘自中國混凝土網2再生混凝土的抗凍融性    采用的再生骨料是試驗前水灰比為0.45 的條件下配制的,并在室外環境下放置一年。再生骨料分為無引氣劑和添加引氣劑兩種。所配制再生混凝土試件添加引氣劑。試驗在再生混凝土養護28d后進行,試件尺寸為: 100 mm ×100mm ×

8、;400 mm。試驗結果如圖3。可以看出利用無引氣劑再生骨料配制的再生混凝土抗凍融性比較差。而利用添加引氣劑再生骨料配制的再生混凝土表現出非常好的抗凍融性。抗凍融性方面與普通混凝土進行比較試驗,表明再生混凝土的抗凍性能相對較差。采用試件為100 mm ×100 mm×400 mm的棱柱體,試驗過程中試件處于全浸水狀態,溫度控制在( - 17 ±2 (8 ±2 。試驗選用普通法、預濕水法和增漿法三套配合比設計方案,通過凍融前后質量、動彈性模量和強度的對比研究,并與天然骨料混凝土作對比。結果發現,加入引氣劑后再生混凝土能達到甚至超過天然混凝土的抗凍性能,其中

9、增漿法配制的再生混凝土的抗凍融性能最好,降低水灰比會提高抗凍性能。未添加任何外加劑的再生混凝土的受凍性能不及普通混凝土。綜合以上結果,未添加外加劑的再生混凝土的抗凍融性能差于普通混凝土,原因是再生混凝土的孔隙率高,吸水率大且含有大量微裂縫。 圖片摘自中國混凝土網3再生混凝土的抗滲性及氯離子滲透性       再生混凝土的滲透性及氯離子的滲透性試驗研究，試件骨料取代率為: 50%和100% ,水灰比為0.5。在養護3d, 7d, 28d和56d進行滲透性指標測試。結果表明再生混凝土的耐久性隨著再生骨料取代率的增大而降

10、低,但是隨著養護時間增加,其性能也逐漸改善。在56d的齡期時, 100%再生骨料澆筑的再生混凝土與普通混凝土相比,氯離子滲透指標和吸水性分別增加86.5% 和28.8% , 而氧滲透指標(OPI 下降10.0%。對于50%再生骨料澆筑的再生混凝土, 56d齡期時的氯離子滲透指標和吸水性比3d齡期時分別下降62.7%和42.7% ,而氧滲透指標(OPI增加37.6%。可以看出再生混凝土的抗氯離子滲透性比普通混凝土差。 圖片摘自中國混凝土網    與普通混凝土的氯離子滲透性,見圖4。結果顯示同一水灰比下再生混凝土的氯離子滲透深度較普通混凝土略大,并

11、且氯離子滲透深度隨著水灰比增加而增大。在較高水灰比條件下,隨著再生骨料摻量的增加,氯離子擴散系數也隨之增加,但在水灰比較低的情況下,再生骨料摻量的影響變得不大。從以上試驗結果可以看出,再生混凝土的抗滲性較普通混凝土差,其主要原因是由于再生骨料本身含有很多裂縫并且部分包裹水泥漿,孔隙率較高,吸水率較大。 4再生混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性     硫酸鹽與混凝土中的水化硅酸鈣如C3AH, Ca (OH 2 和C - S - H凝膠發生化學反應,生成石膏和硫鋁酸鈣,產生體積膨脹,導致表層開裂。裂縫又助長了含有硫酸鹽和其他離子的侵蝕水的滲透,進一

12、步加速了混凝土的破壞,并且影響到水泥水化物的粘結性能,最終使混凝土瓦解。   再生混凝土進行了抗硫酸鹽侵蝕性研究，溶液包括兩種,一為濃度為7.5%的Na2 SO4和MgSO4溶液;另一為pH = 2的H2 SO4溶液。結果表明,再生混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性略低于同水灰比的普通混凝土,這是由于再生混凝土的孔隙率高,抗滲性差的緣故。四、提高再生混凝土耐久性的措施1合理選擇再生骨料的粒徑并強化再生骨料    減小再生骨料的最大粒徑,可以提高再生混凝土的抗滲、抗碳化等耐久性指標,同時有助于減少再生混凝土的收縮。再生骨料的最大粒徑建議使

13、用16 mm。 2采用二次攪拌的方法     試驗研究得出采用二次攪拌的方法可以提高再生混凝土的強度、改善再生混凝土的抗氯離子滲透性和抗碳化性。根據試驗結果表明采用二次攪拌法配制的再生混凝土氯離子滲透深度和碳化深度分別下降22.7%和12.3%。3選擇合適的水灰比    研究發現減小水灰比可以改善再生混凝土的抗氯離子侵蝕性和抗碳化性。通過降低水灰比有助于提高混凝土的耐久性,在低水灰比下的再生混凝土其部分耐久性強于同條件下的普通混凝土,建議再生混凝土的配合比設計時水灰比采用不高于0.36。4采用半

14、飽和面干狀態的再生骨料    研究再生骨料的含水狀態對再生混凝土耐久性能的影響,試驗采用再生骨料的含水狀態分別為完全干燥、飽和面干和半飽和面干。結果表明,采用半飽和面干狀態的再生骨料后,再生混凝土的抗凍融性顯著提高。5摻加粉煤灰或礦渣等活性摻和料    摻入礦渣、粉煤灰等活性摻合料的再生混凝土進行試驗研究,結果表明再生混凝土的耐久性能得到明顯改善。 6添加外加劑    添加引氣劑可以明顯改善再生混凝土的抗凍融性。五結論(1通過分析得出,再生混凝土的抗碳化性、抗凍融性、抗滲性及氯離子滲透性、抗硫酸鹽侵蝕性均較普通混凝土弱,主要是由于再生骨料含有很多裂縫與水泥附漿、孔隙率和吸水率較高。再生混凝土耐久性好壞與再生骨料的取代率、自身性質、水灰比和添加料等因素有關。(2再生混凝土的耐久性可以通過減小再生骨料的最大粒徑及強化、二次攪拌方法、降低水灰比、采用半飽和面干狀態的再生骨料、摻加粉煤灰或礦渣等活性摻和添加外加劑等措施得到提高。參考文獻1 崔正龍，北辻政文，田中禮治，固體廢棄物再生骨料混凝土的耐久性試驗研究，硅酸鹽通報，第28卷第5期，2009年10月2 鮑建虎，對建筑項目中建筑垃圾處理的幾點思