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浅谈再生混凝土在道路工程中的应用

时间:2014年06月16日信息来源:广西城镇建设 点击:

    1 再生混凝土的应用现状
    再生混凝土也可称之为再生骨料混凝土(RecycledConcrete,简称“RC”),它是指将一些废弃混凝土块经过回收、破碎,然后再清洗、分级后,部分或者全部取代天然骨料,再按一定的比例与水泥、砂、水混合配制成的新混凝土。它的重要意义在于充分地循环利用建筑材料。
    对于再生混凝土来说,原生混凝土是用来生产再生骨料的原始混凝土,它的作用在配合比相同的情况下同再生混凝土进行配比是从20世纪70年代初开始,苏联、德国、日本等一些世界发达国家开始研究废弃混凝土块回收再利用。2010年10月13日至15日,第二届工程废弃物资源化与应用研究国际会议暨第二届中国再生混凝土研究与应用学术交流会在上海成功举办,该届会议以建筑废物再生利用及土木工程可持续发展为主题,从工程废弃物角度找到低碳节能的方案。
    由中国硅酸盐学会和加拿大矿产能源技术中心、美国混凝土学会主办,中国建筑材料科学研究总院承办的第六届国际水泥与混凝土会议暨国际CANMET/ACI混凝土技术可持续发展会议于2006年9月19日至22日在西安召开。研讨主题更加突出了废渣在混凝土中利用的可持续科学发展观。可持续发展研究机构(SRL)于2001年制定了关于再生骨料利用的环保标准(eco-label)。如何有效回收再利用废弃的混凝土块已成为发达国家共同研究的课题。
    纵观人类文明建设的发展历程,混凝土材料早在19世纪初开始生产和使用,目前它在建筑行业中是用量最多、使用范围最广的一种建筑材料。随着经济的快速发展和城市化进程速度的加快,混凝土材料的人均消费量与日俱增。相关资料统计显示,目前,我国混凝土的年产量约占世界总量(年产量约28亿立方米)的45%左右。混凝土主要由粗骨料(石)和细骨料(砂)组成,这两种骨料约占混凝土总量的75%。在过去的经济建设过程中,资源保护和环保意识没有得到足够的重视,以为砂石骨料来源广,价格低,取之不尽、用之不竭,并进行大肆开采,甚至出现滥采滥用的现象,对自然生态环境造成严重的破坏。建筑业作为国民经济的支柱产业,伴随着世界人口的不断增多,对骨料砂石需求也与日俱增。混凝土的主要组成材料是碎石或卵石、砂子和水等天然资源,权威部门的统计结果显示,目前这些天然骨料正以每年约80亿吨的速度消耗。同时,随着人们生活质量的不断提高、城市建设的快速发展,20世纪60至80年代的建筑物已经落后于人们当今使用要求,很多建筑物将面临改造、加固甚至被拆除,这样的建筑垃圾必定会日益增多。据英国混凝土会议资料显示,从1991年后的十年间,全世界废弃的混凝土统计的总量超过10亿吨。我国每年建筑垃圾的产量很大,目前,在国内建筑垃圾处理的方法主要是掩埋,这样势必会占用大量的垃圾掩埋用地,如果长期这样下去,我们将会缺少掩埋用地,因此,积极寻找处理建筑垃圾的办法迫在眉睫。
    2 再生混凝土的基本性能
    混凝土配合比和再生骨料的性能会影响再生混凝土的各项性能。相同条件下,它的力学性能、变形性能、耐久性能、和易性等性能低于普通混凝土,使得再生混凝土结构性能较普通混凝土结构有不同程度的降低。
    2.1 再生混凝土的和易性
    影响再生混凝土和易性的因素主要有再生骨料取代率以及水胶比。再生骨料表面粗糙,孔隙率大,导致吸水率增加,在相同条件下,坍落度会比普通混凝土的小,且随着再生骨料的增加,坍落度会逐渐降低。其次,同天然骨料混凝土类似,相同条件下,水胶比越大坍落度越大。
    2.2 再生混凝土的力学性能
    再生骨料破碎方法、骨料替代率、原生混凝土的强度等级以及再生混凝土的配合比等对再生混凝土的强度都有一定程度的影响。再生混凝土强度变化的规律性较差主要是因为原生混凝土的强度等级、使用环境各不相同,再加上破碎工艺也有差异。以下是相关研究人员得出的结论:
    (1)一般情况下,如果所采用的混凝土设计配合比相同,配制的再生混凝土比天然骨料混凝土的抗压强度要低,其主要原因是再生骨料与新、旧水泥浆之间结合比较弱。
    (2)有关试验结果表明,原生混凝土强度对再生混凝土抗压强度有一定的影响,一般是会随着原生混凝土的强度下降而降低。
    (3)再生混凝土的抗压强度随再生骨料用量的增加而降低。当水胶比相同,再生骨料取代天然骨料的替代率在30%以内时,再生混凝土的抗压强度降低程度比较小,此后,再生混凝土的抗压强度会随着替代率的增加而降低。再生混凝土的强度也会随着水胶比的降低而减轻。
    (4)刑振贤等实验证明,和配合比相同的天然骨料混凝土相比较,全部采用再生骨料配制的再生混凝土,抗压强度、抗拉强度降、抗折强度都会降低约10%。
    (5)相比同配合比的天然骨料混凝土,再生混凝土抗拉强度会有所降低,但降低幅度会随着龄期的增长而逐渐减小。
    (6)相比同配合比天然骨料混凝土的情况下,全部采用再生骨料配制的再生混凝土抗折强度一般要下降10%~25%左右。但一般都可以达到4MPa~5MPa,能够满足工程需求。水胶比对再生混凝土抗折强度有很大关系,基本成正比例关系,同时抗折强度也会随着再生混凝土抗压强度的增大而线性增大。
    2.3 再生混凝土的耐久性
    有关研究表明,同比天然骨料混凝土来说,再生混凝土抗裂性能较好,但抗渗性、抗硫酸盐侵蚀性、抗冻融性、抗磨性则不及天然骨料混凝土。在再生混凝土中掺入适量的粉煤灰,可以在一定程度上改善其抗渗性和抗硫酸盐侵蚀性,通过降低水胶比则可以提高其抗冻融性。
    3 再生混凝土在道路工程中的应用
    在道路工程领域中,混凝土是用量最多、同时也是应用最广泛的建筑材料之一。近几年来,随着高速公路及城市公路的建设,带来了一系列关于自然能源、资源、可持续发展和环境保护等问题。
    主要表现在两个方面:首先,混凝土的需求量越来越大,势必要大量开采砂、石及消耗各种资源;其次,随着新道路的建立和旧道路的改造,大量废弃混凝土产生,并且要占用一定的空间来处理,这就会对周围环境造成很大影响,只有循环再生利用这些废弃建筑垃圾,才能避免对自然资源的开采和破坏,这才是道路工程可持续发展的根本。
    通过在再生混凝土中掺入聚丙烯纤维,达到对再生混凝土的强化与改性作用,使其满足再生混凝土建设的耐久性和强度的使用要求,为在道路工程中废弃混凝土的再生循环利用提供一个经济、可靠、有效的途径,我们必须理论结合实际进行分析测试。具体来说,以下是值得关注和研究的方向:
    (1)研究在道路工程中,再生混凝土中掺入聚丙烯纤维后,聚丙烯纤维对再生混凝土轴心抗压强度的影响。
    (2)研究在道路工程中,再生混凝土中掺入聚丙烯纤维后,聚丙烯纤维对再生混凝土的抗拉强度和临界断裂时的最大裂缝宽度的影响。
    (3)研究在道路工程中,再生混凝土中掺入聚丙烯纤维后,聚丙烯纤维对再生混凝土早期及中长期抗裂性能的影响,以及聚丙烯纤维的最佳掺量值。
    (4)研究聚丙烯纤维再生混凝土应用在道路工程中的经济性。
    (5)进行再生混凝土技术的研究对解决再生混凝土的强度和耐久性使用要求的问题、提高经济效益和社会效益具有现实意义。
    4 结语
    将道路废弃混凝土回收再利用,经过适当的加工处理后运用到实际工程中,在降低废弃混凝土对自然环境的影响的同时,又能很好地保护天然资源。再生混凝土满足世界环境组织提出的“绿色”的要求,是一种可持续发展的新型绿色混凝土。
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(作者:秦荷成 编辑:admin)
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