淺談再生混凝土的性能特點及其應用工學論文
在日常學習和工作中，說到論文，大家肯定都不陌生吧，論文是探討問題進行學術研究的一種手段。你所見過的論文是什么樣的呢？以下是小編為大家收集的淺談再生混凝土的性能特點及其應用工學論文，希望對大家有所幫助。
淺談再生混凝土的性能特點及其應用工學論文 篇1
摘要：
新建筑工程的建設和舊建筑工程的拆除都會產生大量的建筑垃圾，既造成環境污染又浪費大量資源，如何處理日益增多的建筑廢棄垃圾，減輕對環境的污染，已成為各個國家必須面對的重要課題.通過分析再生混凝土的物理、力學性能、耐久性能、剪切性能以及抗震性能，探討了再生混凝土的應用前景。
關鍵詞:再生混凝土;性能指標;建筑垃圾;應用前景
引言
目前我國正處于大興土木的建設時期，土木建筑的快速發展帶動了國民經濟，也成為了消耗資源和產生垃圾最多的行業.為了有效減少環境污染破環，減少廢棄混凝土的數量，做到可持續協調發展，目前解決該問題的方法只有再生利用，于是跟再生混凝土有關的一些技術和研究也快速發展起來。
再生骨料或再生混凝土骨料[1-2]是指將廢棄混凝土塊破碎、分級，并按一定的級配混合后形成的骨料，而利用再生骨料作為部分或全部骨料配制的混凝土，稱為再生骨料混凝土，簡稱再生混凝土.再生混凝土是建筑材料的循環再利用，是與生態環境發展相協調的重要一部分，也 符合國家的可持續發展戰略.本文主要討論再生混凝土基本性能，探討再生混凝土應用工程的發展前景。
1、再生混凝土研究現狀
1.1國外研究現狀國外對于再生混凝土的研究比較早，可以追溯到二次世界大戰期間，連年的戰爭破壞了大量的建筑物，同時也產生了大量的廢棄物，因此許多歐洲國家均不同程度地面臨著如何處理廢棄物的問題[2].20世紀50年代，蘇聯和德國為了處理大量廢棄混凝土同時為城市重建提供新的原材料，相繼開展了再生混凝土技術的研究工作.1977年日本政府制定了JIS TR A 0006《再生骨料和再生混凝土使用規范》;1991年日本政府又制定了《資源重新利用促進法》，規定建筑施工過程中產生的渣土、混凝土塊、瀝青混凝土塊、木材、金屬等建筑垃圾，必須送往“再生資源化設施”進行處理。
對于廢棄物再利用，美國政府也制定了《超基金法》，規定:“任何生產有工業廢棄物的企業，必須自行妥善處理，不得擅自隨意傾倒.”這個規定給再生混凝土的發展提供了操作依據和法律保障.
1.2國內研究現狀
我國對再生混凝土的研究工作起步相對較晚，目前還停留在實驗室研究階段，不過政府對再生混凝土研究工作相當重視，相繼投入了不少的資金，也取得了一些成果.同濟大學對再生混凝土技術進行了大量的研究工作[2-3]，包括再生混凝土的強度和工作性能、廢棄混凝土破碎及再生工藝研究、再生混凝土耐久性研究、再生混凝土梁柱試驗研究、再生混凝土框架節點試驗研究、再生混凝土框架結構抗震性能的研究等.2007年同濟大學編寫了地方標準《再生混凝土應用技術規程》(DG/TJ 08-2018-2007)，為再生混凝土的應用提供了技術指導。
另外，中科院、東南大學、浙江大學和北京工業大學等相關科研單位也對再生混凝土開展了大量的研究工作，并開發了相關的再生混凝土技術。
2、再生混凝土性能特點
2.1物理力學性能東南大學陳亮等對再生骨料混凝土技術開發與研究的最新進展進行了綜述與對比分析[3]，分析結果表明再生混凝土的破壞過程和破壞模式與普通混凝土基本一致.從破壞形態來看，再生混凝土的破壞基本上始自粗骨料和水泥凝膠體面的黏結破壞，再生混凝土的長期抗壓強度發展規律與普通混凝土有所差異.分析還指出，全部采用廢混凝土作骨料的再生混凝土與相同配合比的普通碎石混凝土相比，抗壓強度降低9%，抗拉強度降低7%，抗壓彈性模量降低28%，抗拉彈性模量降低34%，說明再生混凝土脆性降低，韌性增加.而全部采用廢棄混凝土作骨料的再生混凝土較相同配合比的普通混凝土極限拉應變增大28%，拉伸彈模降低34%，抗壓強度比有所增加，說明再生混凝土的抗裂性能較好。
中國科學院武漢巖土力學研究所駱行文等通過一系列試驗，分析研究了不同再生混凝土取代率對靜力力學性能的影響，研究了再生混凝土聲波傳播特征參數隨再生混凝土軸向壓縮變形的變化規律[4].指出隨著再生混凝土取代率的增加，再生混凝土的應力峰值在減小，再生混凝土的彈性模量和變形模量也在降低.分析還表明再生混凝土聲波傳播速度隨著再生混凝土的軸向壓縮變形先增大后減小，在再生混凝土軸向壓縮過程中，超聲波在再生混凝土中波幅先增大后減小。
同濟大學肖建莊通過不同再生粗骨料取代率下再生混凝土的單軸受壓應力應變全曲線試驗，分析了再生粗骨料取代率對再生混凝土的應力應變全曲線形狀和再生混凝土抗壓強度、彈性模量、峰值及極限應變的影響[5].研究表明，再生混凝土的應力應變全曲線的總體形狀與普通混凝土的相似，但曲線上各特征點的應力和應變值有所區別;再生混凝土的棱柱體抗壓強度與立方體抗壓強度的比值高于普通泥凝土;再生混凝土的峰值應變大于普通混凝土;再生混凝土的彈性模量明顯低于普通混凝土.分析還指出再生混凝土應力應變全曲線的上升段和下降段可以分別用3次多項式和有理分式分別進行擬合。
浙江大學徐亦東等采用優質礦物摻合料和高效減水劑成功配制出C40—C60高性能再生混凝土，并采用電液伺服壓力試驗機對高性能再生混凝土進行單軸受壓試驗，測得其應力應變曲線并進行理論分析，總結出了再生混凝土單軸受壓應力應變全曲線的數學表達式，與試驗結果吻合較好[6-7]。
西班牙加泰羅尼亞理工大學M.Etxeberria等設計4種不同的再生混凝土粗集料取代率，通過4種混凝土的搭配比例來得到相同的抗壓強度，分析了再生混凝土的力學性能[8].試驗中，回收集料處于吸水狀態，但不飽和，以控制新拌混凝土的性能、有效水灰比和更低的強度偏差.結果表明采用中低抗壓強度的集料生產再生混凝土，其必要性已被證實歸結于水泥的用量，測定了再生混凝土相對較低的彈性模量，此結果驗證了幾位學者提出的數學模型的有效性。
葡萄牙里斯本理工大學N.Fonseca等通過不同的養護條件分析了再生混凝土的物理力學性能，分析了再生混凝土的抗壓強度、劈裂強度、彈性模量和磨耗值，分析結果表明影響再生混凝土物理力學的養護條件大體上跟普通混凝土一致[9]。
意大利馬爾凱理工大學Valeria Corinaldesi等采用取代率為30%的再生集料配制再生混凝土，分析了梁柱結合處再生混凝土在周期荷載下適用于結構的可行性[10].當取代率為30%時，再生混凝土與普通混凝土有幾乎相同的抗壓強度，然而，再生混凝土的抗拉強度、劈裂強度和彈性模量比普通混凝土偏低.基于周期荷載試驗結果，通過參數裂縫類型、分布能、延展性和設計值來評價梁柱結點處的性能，結果顯示，利用再生混凝土澆筑的結點具備充足的結構性能。
2.2耐久性能
武漢大學劉數華、饒美娟對再生混凝土的變形性能主要包括彈性行為、干縮與徐變、溫度變形性能，再生混凝土的耐久性包括滲透性、抗凍耐久性和抗化學侵蝕性能[11].對再生混凝土的變形性能和耐久性能進行深入分析，結果表明，再生骨料對再生混凝土變形性能和耐久性能雖有不同影響，但亦可滿足于工程應用。
湖南省高速公路管理局龔先兵和長沙理工大學劉朝暉、李九蘇對道路再生骨料混凝土的耐久性進行系統試驗研究，包括抗硫酸鹽侵蝕試驗、抗凍性試驗和干縮性試驗，結果表明，再生骨料混凝土的耐久性能能夠滿足道路工程的需要[12]。
浙江大學徐亦冬，沈建生根據再生骨料的特性并結合當今的研究熱點“高性能混凝土”技術，使再生混凝土向高性能化的方向發展[13].研究表明，盡管再生骨料屬于低品質骨料，但通過將粉煤灰、礦渣及硅灰等礦物摻合料應用于再生混凝土中，充分利用粉體的.優化組合以及界面強化效應，可使再生混凝上具有良好的工作性及較高的強度等級。
安徽水利水電學院的魏應樂對再生混凝士的抗滲性、抗凍融性、抗碳化、氯離子滲透性、硫酸鹽侵蝕、耐磨性進行了分析，并提出了減小水灰比、摻加粉煤灰、采用二次攪拌工藝、減小再生骨料最大粒徑、采用半飽和面于狀態等改善再生混凝土耐久性的措施[14].研究結果表明，再生混凝土的抗滲性、抗凍融行、抗硫酸鹽侵蝕性、抗氯離子滲透性和耐磨性均較普通混凝土弱。
美國威斯康星大學麥迪遜分校A.Gokce等在中干試驗環境下，對引氣型再生混凝土和非引氣型再生混凝土進行自由狀態下凍融耐久性試驗[15]，結果表明，直接凍融堅固性試驗為判斷再生混凝土集料的堅固性提供了更為實際的試驗條件，硫酸鹽堅固性試驗不能預測再生混凝土集料的凍融難易程度。
英國諾桑比亞大學Alan Richardson等基于質量損失和極限抗壓強度2個指標，采用對比試驗，對再生混凝土的凍融耐久性試驗進行研究[16]，結果表明，再生混凝土與普通混凝土幾乎有著相似的耐久性，原因歸結于在分批前對再生集料仔細的選擇和處理.耐久性是材料的一個重要指標，再生集料需要被大量的測試以便用于工業生產，本文表明了未來應用的可能性。
2.3抗剪性能
廣西大學黃瑩、鄧志恒等通過對四點受力等高變寬梁進行剪切試驗，探討水灰比相同的條件下，再生骨料取代率對再生混凝土剪切性能的影響[17].研究表明，再生混凝土剪切破壞形態和普通混凝土相似，但其抗剪強度和變形能力均低于普通混凝土.在對再生混凝土抗剪強度、剪切變形和剪切模量分析的基礎上，繪制了再生混凝土的剪應力應變曲線，建議了剪應力應變曲線方程和剪切模量的計算公式。
廣東省建筑科學研究院黃健和同濟大學建筑工程系肖建莊、雷斌對影響再生混凝土梁抗剪承載力的各因素作了定性分析，得出再生混凝土梁抗剪機理，包括剪跨比、混凝土強度及配箍率在內的諸多因素對再生混凝土梁抗剪承載力的影響趨勢與普通混凝土梁基本一致的結論[18].同時指出增大荷載分項系數可明顯提高再生混凝土梁抗剪可靠度指標，但在配箍率較小時，荷載分項系數提高至1.5時再生混凝土梁抗剪可靠度也不能滿足可靠度要求.增大再生混凝士抗壓強度平均值，使其標準值達到與普通混凝土相同的水平，再生混凝土梁的抗剪可靠度均可滿足規范要求，這是提高再生混凝土梁抗剪可靠度指標的最佳途徑。
西安建筑科技大學劉豐、白國良等試驗采用等高變寬梁，考慮混凝土強度等級和再生骨料取代率，研究了再生混凝土梁的抗剪強度和變形及其發展規律[19]，得出了再生混凝土梁抗剪極限承載力與取代率沒有直接關系的結論，同時還得出再生混凝土梁的切應力主應變曲線接近直線，試驗所得抗剪強度相對普通混凝土較低的結論。
鄭州大學的張雷順通過13根再生混凝土梁與普通混凝土梁的對比試驗，對再生粗骨料取代2.4抗震性能同濟大學建筑工程系的肖建莊、朱曉暉完成了3種不同再生粗骨料取代率再生混凝土框架邊節點在恒定豎向軸壓荷載和水平低周反復荷載作用下的抗震性能試驗研究[23]，指出再生混凝土節點的破壞過程與普通混凝土相類似，雖然再生混凝土節點的抗震性能略低于普通混凝土，但再生混凝土節點的延性等抗震性能仍滿足相應抗震設防要求，說明再生混凝土可用于有抗震設防要求的框架節點中。
同濟大學結構工程研究所的孫躍東等通過對3榀1∶2比例框架模型在不同的豎向軸壓荷載和水平低周反復荷載作用下的抗震性能的對比試驗，研究了再生混凝土框架在低周反復荷載作用下以及不同軸向力作用下對再生混凝土框架抗震性能的影響[24].結果表明，再生混凝土框架，在不同軸力和低周反復荷載作用下，其受力特性、破壞形態和破壞機制沒有明顯的差別，破壞機構均表現為明顯的“強柱弱梁”類型;再生混凝土框架具有較好的抗震性能，結構進入彈塑性階段后，框架的滯回曲線均比較豐滿，表明框架都具有良好的耗能能力;框架的位移延性系數為3.76～4.34，表明框架延性良好，再生混凝土框架的位移延性小于普通混凝土框架，隨著軸向荷載的增加，框架的延性降低。
北京工業大學建筑工程學院的張建偉、曹萬林等進行了7個剪跨比為1.5的中高剪力墻低周反復荷載試驗研究[25]，在試驗的基礎上，分析了各剪力墻的承載力、延性、剛度、滯回特性、耗能及破壞特征.研究表明，再生細骨料摻量的增加，使再生混凝土中高剪力 墻的抗震性能有所降低以及隨著配筋率的提高，其承載力、延性、耗能能力有所提高.同時指出軸壓比的提高，使再生混凝土剪力墻的承載力提高，彈塑性變形能力降低。
北京工業大學的尹海鵬等進行了1根普通混凝土柱和3根不同取代率的再生混凝土柱模型的低周反復荷載試驗研究[26]，模型按1/2縮尺.試驗結果表明，隨著再生骨料取代率的增加，其混凝土的彈性模量明顯減小，試件初始剛度明顯下降、承載力呈下降趨勢、耗能值下降，抗震能力呈下降趨勢，并指出再生混凝土柱可用于多層結構軸壓比較小的柱的抗震設計。
3、存在問題及應用前景
3.1存在問題最近幾年再生混凝土研究工作取得了一些成就，不過，鑒于再生骨料自身的局限性和目前我國對再生混凝土利用的實際情況，還存在一些障礙和不足，主要表現在以下幾個方面。
(1)目前合適的處理廢棄混凝土的設備與相關技術較少，對廢棄混凝土再生利用的認識還不到位.
(2)廢棄混凝土來源廣泛且非常復雜，如何合理分級處理是需要解決的關鍵問題。
(3)相應的標準規范太少，實際操作時比較困難，目前還難以大面積推廣。
3.2應用前景
再生骨料混凝土與普通混凝土相比，雖然在物理力學性能等指標上稍有遜色，但毋庸置疑的是，再生混凝土具有廣闊的應用前景.具體應用時，可根據結構所處的部位進行選擇性替代[27-28].對于主要的承重結構，再生粗骨料取代率可以適當減少，設定限值或容許范圍.對于一般結構工程，例如人行道板、橋梁護欄、防護砌塊和其它附屬結構，取代率可根據情況適當增大。
淺談再生混凝土的性能特點及其應用工學論文 篇2
摘要：
為了有效減輕不斷增加的廢棄混凝土帶來的環保壓力，減少資源浪費，建議對廢棄混凝土回收處理成再生骨料，部分或全部代替天然骨料來配置再生混凝土，使廢棄混凝土變成土木工程領域的綠色資源。文章從再生骨料生產工藝、性能，再生混凝土物理性能、力學性能及其耐久性等方面介紹了再生混凝土技術在國內外的研究進展，主要從材料、結構、力學性能，耐久性方面分析了再生混凝土的基本特性及其研究存在的問題，指出了需進一步深入研究的方向，為再生混凝土技術在科研與工程應用中提供參考意見。
關鍵詞：
再生混凝土；再生骨料；力學性能；耐久性
1、再生混凝土簡介及其研究的必要性
再生混凝土（Recycled Concrete），是指將廢棄混凝土塊經裂解、破碎、清洗與篩分后，制成混凝土骨料，部分或全部代替天然骨料配制而成新混凝土。它是再生骨料混凝土（Recycled Aggregate Concrete，RAC）的簡稱。
近年來，我國建筑垃圾逐年上升，建筑垃圾數量已占到城市垃圾總量的30%～40%，其中主要是廢棄混凝土，這些垃圾嚴重影響了城市生活環境，造成了很大的環境污染。目前國內處理這些廢棄混凝土的方法有兩種：一、運往郊外堆存。這會成為新的垃圾源，顯然不可��；二、作為回填材料簡單地使用。這會浪費資源，不符合我國建設資源節約型社會要求。據估計，2008年發生的汶川特大地震，產生的建筑垃圾約3億噸，地震所造成的建筑垃圾量遠遠超過中國每年建筑施工所產生的建筑垃圾的總和，地震所造成的建筑垃圾量十分龐大，如何對其進行資源化利用，是擺在我們面前的一個新的課題，也是一個挑戰。再生混凝土技術是一個很好的解決方法，通過對廢棄混凝土的再加工來恢復其原有性能，形成新的建材產品，從而既能對有限的資源進行再利用，又解決了部分環保問題。這既是發展綠色混凝土，實現建筑資源環境可持續發展的重要途徑，也是建設資源節約型、環境友好型社會的具體體現。
2、再生骨料的生產工藝及性能
2.1 再生骨料的生產工藝
對廢棄混凝土進行充分再利用的前提是要保證再生骨料生產工藝是經濟可行的。再生骨料的生產需要解決一系列問題，包括對廢棄混凝土塊或鋼筋混凝土塊的回收、破碎與篩分等。簡單的混凝土破碎及篩分工藝如圖1所示。
2.2 再生骨料的性能
經過破碎處理的廢棄混凝土，生產出的再生骨料含有30%左右的硬化水泥砂漿，這些水泥砂漿大多獨立成塊，只有少量附著在天然骨料的表面，導致了再生骨料密度小，吸水率高，粘結能力弱的特點。一般地，再生骨料棱角較多，表面比較粗糙。對廢棄混凝土塊進行再生破壞過程中，由于積累了損傷，會使再生骨料內部產生大量的微裂紋。研究表明，同天然骨料相比，再生骨料孔隙率較高，密度較小，吸水性增強和骨料強度較低。
3、再生混凝土物理性能及力學性能
3.1 再生混凝土物理性能
由于再生骨料的表觀密度比天然骨料小，因此再生混凝土的密度比普通混凝土低。隨著再生骨料摻量的增加，再生混凝土的密度有規律地減小，如果再生混凝土全部采用再生骨料，則其密度比普通混凝土相比，降低了7.5% 。再生混凝土有自重低的特點，這能降低結構自重，提高構件的抗震性能。同時，由于再生骨料孔隙較高，使得再生混凝土具有良好的保溫性能。
3.2 再生混凝土的強度
再生混凝土的強度與基體混凝土（相對于再生混凝土而言，用來生產再生骨料的原始混凝土稱為基體混凝土）的強度、再生骨料破碎工藝、再生骨料的替代率以及再生混凝土的配合比等密切相關。由于基體混凝土的強度等級、使用環境各不相同，裂解、破碎的'工藝及質量控制措施的差異，導致再生混凝土強度變化的規律性不明顯，不同的研究者所得的結論也有所差異。Hansen的試驗結果表明，隨著基體混凝土強度的降低，再生混凝土的強度也下降。一般情況下，再生骨料混凝土的抗壓強度基體混凝土或相同配比的普通混凝土的抗壓強度更低，降低范圍為0%-30%，平均降低15%。邢振賢等全部采用廢棄混凝土再生骨料制作出再生混凝土，指出再生混凝土的抗彎強度約為基準混凝土強度的75%-90% 。和配合比相同的基準混凝土相比，抗壓強度降低了9%，抗拉強度降低了7%。
應該注意的是，再生骨料表面包裹著水泥砂漿，使再生骨料與新的水泥砂漿之間彈性模量基本一樣，界面結合可能得到一定的加強。以此同時，再生骨料表面的大量微裂縫會吸入新的水泥顆粒，使得接觸區的水化更加完全，最終形成致密的界面結構。由于界面結合得到加強，一定程度的補償了因再生骨料強度較低而導致的再生混凝土性能的劣化。
3.3 再生混凝土的彈性模量
由于再生骨料中有大量的老舊砂漿附著于原骨料顆粒上，導致再生混凝土的彈性模量通常較低，一般約為基體混凝土的70%-80%。再生混凝土彈性模量低，變形大，因此它的抗震性能和抵抗動荷載的能力較強。水灰比對再生混凝土的彈性模量影響較大，當水灰比由0.8降低到0.4時，再生混凝土的抗壓彈性模量增加33.7%。
3.4 再生混凝土的干縮與徐變
再生混凝土的干縮量和徐變量比普通的混凝土增加了40%-80%。再生骨料的'品質、基體混凝土的性能以及再生混凝土的配合比決定了干縮率的增大數值。Yamato等人研究表明，當天然骨料與再生骨料共同使用時，再生混凝土的干縮率會增加；水灰比增加時，再生混凝土的干縮率也會增加。
4、再生混凝土的耐久性
4.1 再生混凝土的抗滲性
與混凝土滲透性有關因素主要分為兩類。
�。�1）混凝土拌和料的組分、拌和物配合比以及工藝參數，即拌和料的制備、成型和養護等；
�。�2）混凝土隨時間而發生的變化，即在外部環境、結構應力、流體性能和滲透條件等因素作用下，混凝土內部發生的物理和化學變化。
由于再生骨料的孔隙率較大，因此再生混凝土的抗滲性比普通混凝土低。但是往再生混凝土里摻加粉煤灰之后，由于粉煤灰能使再生骨料的毛細孔道細化，因而很大地改善了再生混凝土的抗滲性。
4.2 再生混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性
再生混凝土的孔隙率及滲透性較高，它的抗硫酸鹽侵蝕性比普通的混凝土差。同樣的，往里面摻加粉煤灰，能夠減少硫酸鹽的滲透，使其抗硫酸鹽侵蝕性有較大改善。
4.3 再生混凝土的抗裂性
與普通混凝土相比，再生混凝土極限伸長率增加了27.7%。再生混凝土彈性模量較低，拉壓比較高，因此再生混凝土抗裂性比基體混凝土更好。
4.4 再生混凝土的抗凍融性
再生混凝土的抗凍融性比普通混凝土差。Yamato等人研究表明，再生骨料與天然骨料共同使用時或者減小水灰比可提高再生混凝土的抗凍融性。
5、結語
通過對再生混凝土的研究，我們得出以下結論與建議，希望能夠引起行業或者有關部門的重視。
第一，再生混凝土技術可以從根本上解決廢棄混凝土的出路問題，既能減輕廢棄混凝土對環境的污染，又能節省天然骨料資源，具有顯著的社會、經濟和環境效益，是發展綠色混凝土的主要途徑之一，符合我國可持續發展戰略的要求。
第二，在工程應用研究中，不單要對如何提高再生混凝土的強度進行研究，而且還要對其耐久性如抗滲性、抗裂性等加強研究，來逐步提高再生混凝土的性能。
第三，同普通混凝土相比，再生混凝土的配合比設計和施工工藝均有許多不同之處，應區別對待。
第四，對再生混凝土進行合理設計，基本上能夠達到普通混凝土的性能要求。為了更好地推廣應用再生混凝土技術，我們還需要對其結構性能（抗彎，抗剪，抗沖切及抗震等）和設計方法多加強研究。
第五，再生混凝土與普通混凝土在原材料、配合比以及施工工藝等方面有重大差異，按照現行普通混凝土的標準、規程等顯然是有許多不足之處的；另一方面，國內的水泥、骨料與國外使用的水泥、骨料在成分和性能上差別也較大，因而更不能直接使用國外的相關標準。因此，建議結合再生骨料分級情況，盡早制定出適合國內情祝的再生混凝土的有關標準和規程。
第六，通過對再生混凝土的經濟性進行綜合研究，在我國廣泛推廣應用再生混凝土，同樣需要xx積極的產業政策扶持和國家的法律法規保障。
參考文獻
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