摘要:混凝土是当代用量最大的人造建筑材料,长期以来,由于砂石骨料来源广泛易得,价格低廉而不受重视,被认为是取之不尽的原材料而随意浪费,随着混凝土用量的增大,因开采砂石骨料而造成的资源枯竭和环境破坏已成为人们关注的焦点。同时,大量的建筑垃圾,其中含有大量的废弃混凝土块,对城市环境造成污染。由于废弃混凝土块中含有大量砂石骨料,如果能将它们就地回收,经过破碎、清洗、分级后作为骨料再利用,生产再生混凝土,用到新建建筑物上,则不仅能降低成本、节省天然骨料资源、缓解骨料供求矛盾,还能减轻废弃混凝土块对城市环境的污染。目前,对废弃混凝土进行循环再利用被看作是发展绿色混凝土的主要措施之一。
关键词:再生骨料;再生混凝土;自由水灰比;配合比
引言
混凝土是最主要的建筑材料,预计２０５０年全球混凝土的需求量将上升至１８０亿吨,由此导致了巨大的骨料需求,２０１５年的全球骨料消耗量约为４８３亿吨。如此巨大的砂石骨料需求量,必然导致大量的山石开采而造成砂石资源的逐渐枯竭,故建筑业的可持续发展与骨料短缺的矛盾将日益突出。以废弃混凝土经破碎、清理和分级等程序并按一定级配混合后形成的骨料来生产再生混凝土,不仅可以减少天然骨料的开采量,还可以减少废弃混凝土填埋对土地的永久占用以及相应的环境污染。近年来,许多国家与地区颁布了再生混凝土结构设计规划和应用技术指南,用于指导再生混凝土的工程应用。
1再生混凝土概述
我国在工业领域的发展日趋强劲,众所周知工程建设主要以混凝土材料为主,并且是建设材料中使用最多的材料,因此它在我国建设行业中有着极其重要的地位,但是大量开采砂石骨料,让环境受到很大污染及破坏,随着社会的发展不难预测混凝土利用度一定愈加提高,人与大自然间矛盾会日益增加,因此,人们不得不在环境方面引起注意,他们开始意识到利用废弃的混凝土不仅可以避免资源严重开采,还能将废弃资源有效利用,是一举两得的好办法,因此,再生混凝土便应运而生了,再生混凝土技术是将废弃混凝土进行清洗加工等过程后,按照一定比例形成再生骨科。
2再生混凝土配合比设计方法现状分析
2.1单方用水量
混凝土的单方用水量为每立方米混凝土的用水量,虽然目前有很多高效减水剂,但是单方用水量依然是混凝土工作性能的重要决定因素。每增减1kg水,同时增加或减少1L胶凝材料浆体量,用水量还会影响胶凝材料浆体黏度的大小,而胶凝材料浆体量和用水量是混凝土拌合物工作性能最敏感的影响因素。普通混凝土配合比设计中,根据石子类型、石子最大粒径以及混凝土目标塌落度确定单方用水量。而再生混凝土骨料表面附着大量的水泥砂浆,其吸水率远高于天然骨料。使用普通混凝土单方用水量配制再生混凝土时,再生骨料会吸取大量的水分,导致拌合物的有效水分明显减少,其塌落度会明显低于天然混凝土拌合物的塌落度。
2.2清单分析
再生混凝土生产过程中产生环境影响所涉及的阶段主要包括:１)各类原材料和水资源的生产;２)原材料运输;３)混凝土的制备。由于环境影响类别繁多,如全球变暖、臭氧层破坏、富营养化和固体废弃物污染等,考虑到应对气候变化的迫切性,本研究着重分析混凝土的碳排放。给出了再生混凝土生命周期评价所需的清单数据,如表３所示。原材料的运输距离会对混凝土碳排放计算产生影响,运输距离与实际情况紧密相关,需要调研后才能确定,并且每个案例的运输距离都不一样,对分析结果并不具有普适性,故应根据调研的基准运距来确定运输阶段的碳排放。
水泥为同城购买,平均运距为２０ｋｍ,确定了天然骨料和再生骨料的平均运距,分别为１００,５０ｋｍ。一般对某个特定城市而言,天然骨料的运距是确定的,而再生骨料的运输距离可变,本研究选取再生粗骨料基准运距的一半和天然细骨料运距的两倍来对其进行参数分析,确定再生骨料运输距离缩短或增加对碳排放计算结果的影响。
2.3基于自由水灰比之上的配合比设计方法
为解决再生骨料吸水率较大而引起再生混凝土强度波动的问题,提出了基于自由水灰比之上的配合比设计方法。将再生混凝土的拌和用水量分为两部分:一部分为骨料所吸附的水分,这部分水完全被骨料所吸收,在拌和物中不能起到润滑和提高流动性的作用,把它称为吸附水,吸附水为骨料吸水至饱和面干状态时的用水量;另一部分为拌和用水量,这部分水分布在水泥砂浆中,提高拌和物的流动性,并且在混凝土凝结硬化时,这部分自由水除有部分蒸发外,其余的要参与水泥的水化反应,称为自由水。其中,自由水与水泥用量之比称为自由水灰比,再生混凝土的强度主要取决于自由水灰比。
2.4砂率
砂率为砂子的质量占所有砂石骨料总质量的比例。砂子的作用是填充石子间的空隙,与水泥混合后形成水泥砂浆,水泥砂浆包裹在石子外面,可以减少石子间的摩擦,使混凝土具有一定的流动性。砂率的改变会改变石子间的空隙率和粗细骨料的总表面积,显著影响混凝土拌合物的和易性。砂率过大,随着砂率增加,粗细骨料的总表积增大,在水泥浆用量一定的条件下,骨料表面包裹的浆量变薄,润滑作用下降,使混凝土流动性降低;若砂率过小,则石子间的空隙率会增加,水泥砂浆总量也减少,如果不能保证石子之间有足够的砂浆层,就会降低拌合物的流动性,同时影响其黏聚性和保水性,易造成流浆和离析现象。在浆体量不变的条件下,合理的砂率可以使混凝土拌合物获得较高的流动性和良好的和易性,尤其是黏聚性和保水性。砂率对混凝土硬化后的密实度、力学性能和耐久性能也有重要影响。砂率是混凝土配合比设计中的重要参数。普通混凝土配合比设计中,砂率一般根据骨料的技术指标、混凝土拌合物的性能和施工要求,参考历史资料进行确定。若没有历史资料,则砂率根据水胶比、骨料类型和最大粒径查表得到。再生混凝土砂率研究目前主要有以下几种成果。合理的砂率可以提高混凝土的密实度,改善再生混凝土的力学性能,但无法改善再生骨料表面附着的水泥砂浆强度,当混凝土受力时,薄弱区为新旧砂浆界面过渡区,造成再生混凝土力学强度下降。由于再生骨料表面包裹着旧的水泥砂浆,表观密度低、棱角多、空隙率较大,这些空隙需要由细骨料砂子来填充,为了保证再生混凝土的工作性能,其所需砂率一般大于普通混凝土的砂率。有研究建立了砂率的计算公式,再生混凝土砂率随着再生骨料取代率和空隙率的增大而增加,再生骨料取代率增加25%,砂率增大1.2%左右。但是,在相同配合比条件下,C30强度等级的再生混凝土坍落度随着砂率的增加而逐渐减小,与普通混凝土相比,再生混凝土坍落度值要更小些;随着砂率的不断增加,C30再生粗骨料混凝土的抗压强度变化幅度较小,逐渐趋于平稳,对中低等强度等级的混凝土而言,砂率不同,对混凝土的抗压强度影响较小;与普通混凝土相比,再生粗骨料混凝土的抗压强度有少许下降。再生骨料表面包裹一层旧的水泥砂浆,加上新拌混凝土所用的砂子,一般会导致再生混凝土实际砂率远高于普通混凝土,这也是再生混凝土变形远大于普通混凝土的重要原因,目前还没有针对再生混凝土砂率的良好计算方法。
结语
近年来我国工程建设进入高速发展阶段,混凝土作为用量最大的人造建筑材料对自然资源的占用和对环境造成的负面影响已引起了可持续发展问题的讨论。这种再生混凝土的生产技术,节省了天然砂石骨料,缓解了因开采砂石骨料对环境造成的破坏,有效地解决了废物处理、废物利用的问题,具有明显的社会效益、经济效益和环境效益。
参考文献:
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