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废旧材料在可循环再生骨料水泥混凝土中的利用

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[摘要]我国对再生骨料混凝土的开发利用晚于发达国家,不过近几年来政府对建筑垃圾的循环再利用问题高度重视,我国政府制定的中长期社会可持续发展战略中就鼓励对废弃物的研究开发利用,因而对可循环再利用废旧骨料混凝土问题应进行新的定义。 从一般意义上讲,再生骨料或再生混凝土骨料(recycled aggregate or recycled concrete aggregate)是指将废弃混凝土块经过破碎、清洗与分级后,按一定的比例与级配混合形成再生混凝土骨料(recycled concrete aggregate,RCA),简称再生混凝土(recycled concrete);部分或全部代替砂石等天然骨料(主要是粗骨料)配制成新的混凝土。相对于再生混凝土而言,用来生产再生骨料的原始混凝土称为原生混凝土(original concrete),用于同再生混凝土进行对比且配合比相同的普通混凝土称为基体混凝土。 从广义上讲,再生混凝土骨料是指经过特定处理、破碎、分级并按一定的级配混合后形成的、满足配置不同性能和使

我国对再生骨料混凝土的开发利用晚于发达国家,不过近几年来政府对建筑垃圾的循环再利用问题高度重视,我国政府制定的中长期社会可持续发展战略中就鼓励对废弃物的研究开发利用,因而对可循环再利用废旧骨料混凝土问题应进行新的定义。 
从一般意义上讲,再生骨料或再生混凝土骨料(recycled aggregate or recycled concrete aggregate)是指将废弃混凝土块经过破碎、清洗与分级后,按一定的比例与级配混合形成再生混凝土骨料(recycled concrete aggregate,RCA),简称再生混凝土(recycled concrete);部分或全部代替砂石等天然骨料(主要是粗骨料)配制成新的混凝土。相对于再生混凝土而言,用来生产再生骨料的原始混凝土称为原生混凝土(original concrete),用于同再生混凝土进行对比且配合比相同的普通混凝土称为基体混凝土。 
从广义上讲,再生混凝土骨料是指经过特定处理、破碎、分级并按一定的级配混合后形成的、满足配置不同性能和使用要求的混凝土骨料。这些用于生产再生骨料的材料有碎砖、瓦、玻璃、陶瓷、炉渣、矿物废料、石膏,此外还有废弃塑料、废弃橡胶、轮胎、木材、废纸等。 
1废旧材料对再生混凝土性能的影响 
1.1影响机理 
再生粗骨料的强度较天然骨料强度较低,其表面粗糙,界面啮合能力强,一定程度上改善了界面的性能,但堆积密度和表观密度较低,压碎指标和骨料的吸水率较高,由于其会吸收新拌水泥砂浆中多余的水分,这就导致粘结在原始骨料上的砂浆量增大,一般会降低再生骨料混凝土的抗压强度,工作性差。再加上在用废弃混凝土块制造再生骨料的过程中,由于破碎机械使混凝土受到挤压、冲撞、研磨等外力的影响,造成损伤积累,使再生材料内部存在大量微裂纹,混凝土块中骨料和水泥浆形成的原始界面受到影响或破坏,而且在破碎的工程中杂质含量较高,从而使混凝土块中骨料与水泥浆体的粘结力下降,这些都是导致再生混凝土强度降低、和易性不好的原因。 
1.2影响因素 
1.2.1应用材料本身的特性 
现有的研究成果阁表明,原材料的不同性质特征,包括岩性、级配组成、矿质材料等对混凝土性能的改变起着至关重要的作用。利用废旧石料充当骨料在混凝土中再次循环利用可与天然石料共同掺配使用,以达到优化混凝土工作性与结构性能的目的。但大量的试验表明,再生骨料与天然骨料两者进行相互掺配,随着天然骨料含量的增加,再生混凝土使用性能将有所增大。与此同时,废旧材料破碎后的密度、表观密度、吸水率等物理特性,与母体混凝土(即废弃混凝土)的强度等级、配比、使用时间、使用环境及地域等因素都有关系。 
1.2.2废旧混凝土结构特征及性能 
废旧混凝土作为再生石料应用于新拌混凝土中,与天然石料相比有着许多的不同,由于废旧混凝土再生骨料的表观密度、堆积密度较小,吸水率和压碎指标较大。用于生产再生骨料的原生混凝土强度越高,破碎得到的再生粗骨料颗粒越粗,再生粗骨料表观密度和堆积密度越大,而压碎指标、吸水率越小。与天然骨料相比,再生骨料表观密度降低约为5.2%~21%;堆积密度降低约为11.8%~14.3%;再生骨料的吸水率是天然骨料的3~22倍;再生骨料的压碎指标是天然骨料的1.7~4倍。这主要是由于再生骨料表面还包裹着相当数量的水泥砂浆,表面粗糙、棱角较多,由于水泥砂浆孔隙率大、吸水率高,再加上混凝土块在解体、破碎过程中由于损伤积累使再生骨料内部存在大量微裂纹,从而导致再生骨料的密度和表观密度比普通骨料低,吸水率高和吸水速率快,抗渗性能与抗冻性能差。 
1.2.3废旧材料破碎程度及物理特性 
废旧材料的加工处理方法和破碎工艺直接影响骨料的性能。用废旧材料作为再生骨料的生产一般都经过二次破碎(有的经过三次破碎)。在混凝土解体、碎砖瓦破碎的过程中,不同的生产工艺使得废弃石块相互碰撞、摩擦,由此形成的再生骨料中细颗粒含量不同,这直接影响到再生骨料的吸水率、级配、压碎指标等力学性能,进而影响到再生混凝土的力学性能。此外,由于骨料破碎过程中的损伤积累,内部必然存在着大量的微裂缝或裂隙,这也必然对再生骨料的物理力学性能产生影响。 
2提高再生混凝土使用性能的措施 
2.1机械活化 
机械活化的目的在于破坏弱的碎石颗粒或除去粘附于再生碎石颗粒表面的水泥石残渣,经俄罗斯的试验表明,这种活化再生骨料的方法最有前途。

2.2酸液活化 
这种活化方法是用酸液(如盐酸、冰醋酸)来处理再生骨料,试验证明,用盐酸等酸性溶液对再生骨料进行处理,利用酸液与再生骨料中水泥水化产物Ca(OH)2的反应过程,可起到破坏和改善再生骨料颗粒表面的作用,此方法不仅能提高混凝土的强度,改善拌和物的和易性,而且能使再生骨料混凝土的初始弹性模量提高,还可以使泊松比降低,徐变减小,但这种方法目前费用较高。 
2.3化学装液处置 
该法是用较高标号的水泥和外掺超细矿物质(如粉煤灰、纯水泥浆和硅粉等)与水按一定比例调成浆液,分别对再生骨料进行浸泡和干燥处理,经过浆液强化后,浆液能够在一定程度上填充再生骨料的孔隙并粘合破碎过程中其内部产生的一些微裂缝,因而强化后再生集料本身的强度能得到一定程度的提高。 
2.4水玻璃溶液处理 
该法是用水玻璃液体溶液浸渍再生骨料,使水玻璃与再生骨料表面的水泥水化产物Ca(0H)2发生反应生成硅酸钙胶体进而填充再生骨料的孔隙,使再生骨料的密度增强,使用强度得到改善。 
3再生混凝土的利用效益 
废旧材料的再生利用有许多方面的好处,其中主要的环保利益就是保存了天然资源,特别是在骨料缺乏的地方。此外,在废旧混凝土中有未尽水化的水泥颗粒,可以激发其进一步地反应。利用再生骨料可以降低水泥的用量,从而减少因生产水泥所带来的污染,并且在公路桥梁建设和民用建筑中使用再生石料能够产生巨大的利益,主要包括以下四点: 
a)经济效益 
再生骨料的价格通常要比天然骨料便宜得多,特别是在公路改建中,旧路面的混凝土一般都是在要施工的新路面的现场轧碎,这就节省了采石和运输的费用,而且易于生产; 
b)环境保护 
在混凝土中使用再生骨料是进行废物处理的一个最为有效的途径; 
c)降低容量 
再生骨料的容量较小,这就意味着混凝土的容量也较小,而混凝土的产量则是较高的; 
d)质量控制 
在公路桥梁工程改建中,旧路面的混凝土没有污染,一般都符合质量要求,优于其他建筑材料,旧混凝土路面的破坏并不会影响浇筑后新路面的使用寿命,这一点不同于其他结构的混凝土。 
4结语 
废旧材料的再次利用可以用于生产再生混凝土骨料,也可以作为环保型绿色混凝土的原材料进行使用。从理论和技术上讲,此循环是可行的,只是以不同的方式实现混凝土材料的自身循环利用而已。因此,工程中废旧材料的再生利用是水泥混凝土工业走向可持续发展的根本要求,是按照自然生态模式组成“资源——产品——再生资源”的物质反复循环的流动过程,完成物质闭循环过程的重要环节。 
参考文献略


来源:环境科学
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