再生骨料混凝土的应用现状与研究进展.pdf
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1、 1 4 2 材料导报 A: 综述篇 2 0 1 3 年 1 2月( 上) 第 2 7卷第 1 2期 再生骨料混凝土的应用现状与研究进展 秦中伏 , 孙楠楠 , 温海珍h ( 1 浙江大学建筑工程学院土木工程管理研究所, 杭州 3 1 0 0 5 8 2 浙江大学房地产研究中心, 杭州 3 1 0 0 2 7 ) 摘要 再 生骨料混凝土 ( R AC ) 是 一种绿 色低碳 建材 , 对促 进混凝土行 业低碳化发展具有 重要的 意义。首先从 废 弃混凝 土再 生利 用率、 与 R A C相 关的技 术规程 、 政策法规及 R A C工程 实践 4个方面对比分析 了国内外 R AC的应 用现状
2、; 然后 介绍 了 R AC在材料性能 、 结构构件性 能及环境经济性方 面的研究进展 , 指 出 R AC在技术上可行且环境 效益突出; 最后展望了绿色高性能再生混凝土( GHP R C ) 的应用前景。对 R AC的理论研究已日趋成熟, 今后应着重 研究其在工程应用中涉及的安全性、 可靠性及成本等问题。 关键词 再生骨料混凝土性能环境性绿色高性能再生混凝土 中图分 类号 : T U5 2 8 5 9 文献标识码 : A Ap pl i c a t i o n a nd Ad v a nc e me nt o f Re c y c l e d Ag g r e g a t e Co n c
3、r e t e QI N Z h o n g f u ,S UN Na n n a n ,W EN Ha i z h e n ( 1 I n s t i t u t i o n o f C i v i l E n g i n e e r i n g Ma n a g e me n t , C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e , Z h e j i a n g Un i v e r s i t y , Ha n g z h o u 3 1 0 0 5 8 ;2 C e n t
4、 e r f o r R e a l E s t a t e S t u d y i n g , Z h a n g Un i v e r s i t y ,Ha n g z h o u 3 1 0 0 2 7 ) Ab s t r a c t Re c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e i s a g r e e n l o w- c a r b o n b u i l d i n g ma t e r i a 1 I t c a n p r o mo t e t h e l o w- c a r b o n d e v e l o p
5、me n t o f c o n c r e t e i n d u s t r y F i r s t l y ,t h e RAC a p p l i c a t i o n a t h o me a n d a b r o a d f r o m u t i l i z a t i o n o f wa s t e c o n c r e t e , t e c h n i c a l r e g u l a t i o n s ,p o l i c i e s ,r e g u l a t i o n s a n d p r a c t i c e s r e l a t e d t
6、o RAC, we r e a n a l y z e d c o mp a r a t i v e l y S e c o n d l y ,t h e RAC a d v a n c e me n t o f p r o p e r t i e s ,s t r u c t u r a l p e r f o r ma n c e ,e n v i r o n me n t a l e f f e c t a n d c o s t , we r e i n t r o d u c e d I t s h o ws t h a t RAC h a s t e c h n i c a l f
7、 e a s i b l i l i t y a n d g r e a t e n v i r o n me n t a 1 b e n e f i t s Fi n a l l y ,g r e e n h i g h p e r f o rm a n c e r e c y c l e d c o n c r e t e wa s p r o s p e c t e d Th e o r e t i c a l r e s e a r c h o n RAC h a s ma t u r e d,a n d f u t u r e r e s e a r c h s h o u l d
8、f o c u s o n e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n,s u c h a s s e c u r i t y ,r e l i a b i l i t y ,a n d c o s t ,e t c K e y w o r d s r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e ,p r o p e r t y , e n v i r o n me n t ,g r e e n h i g h p e r f o r ma n c e r e c y c l e d c o n c
9、 r e t e 0 引言 在国内外的应用现状及研究进展进行了 综述。 P M2 5 是近来一直 比较受关注的问题 , 2 0 1 3 年 4 月 1 9 日 我国将 P M2 5 正式命名为“ 细颗粒物” , P M2 5 的攀升与 城市建设密切相关。随着城市化进程的加快 , 产生的建筑废 弃物越来越多 , 据粗略统计, 截至 2 0 0 5年, 我国建筑废弃物 已达 4 亿 t , 成为世界上建筑废弃物产生量最多的国家, 预计 2 0 2 0 年新增建筑废弃物排放量将超过 1 O 亿 t 。另有统计显 示每堆积 1万 t 建筑废弃物约占用土地 6 7 m , 每年因建筑 废弃物填埋破坏的
10、良田达到 0 7 万公顷 。在建筑废弃物 中废弃混凝土的比例多达 3 5 5 0 , 目 前对废弃混凝土的 有效再生利用方式通常是将其进行破碎处理加工成再生骨 料, 由再生骨料部分或全部替代天然骨料配制成再生骨料混 凝土( R e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e , R A C ) 。R A C是一种能够 节约资源、 减少碳排放的低碳混凝土, 在优化混凝 土产 品结 构、 节能降耗、 实现混凝土材料可持续发展的同时, 可以促进 水泥混凝土行业走 向低碳产业化的道路。本文主要对 R A C 1 国内外 R AC应用现状 1 1 废弃混凝
11、土的再生利用率 据 日本建设省的统计 , 2 0 0 0 年 日本废弃混凝土资源化利 用率从 1 9 9 0年的4 8 提升到 9 6 , 而 2 0 0 3年的再生利用率 达到了 9 8 _ 2 。据 2 0 0 6年政府生产委员会的草案统计 , 澳 大利亚每年产生 的 1 3 6 亿 t 建筑垃圾 中废弃混凝土约 占 8 1 8 , 其 中再生利用率为 5 4 3 。据 2 0 0 4年调查显示 , 美 国使用的再生骨料达 2 7 亿 t , 其中的 6 O 7 O 被用来制备 再生混凝土c 4 。目前我国每年因拆除和新建建筑产生的固 体废弃物总量有 3 亿 t , 仅废弃混凝土就 占 1
12、 亿 t 左右 , 废弃 混凝土的再生利用率尚未进行过统计 。 1 2 与 R AC相关的技术规程 1 9 7 7 年 日 本政府制定了 再生骨料和再生混凝土使用规 范 , 并在各地建立 了再生骨料及 再生混凝土加工厂 。日本 政府将应用于非承重结构的再生粗骨料分为三类 , 再生细骨 *浙江省科技厅公益性技术应用研究计划项目( 2 0 1 2 C 2 1 0 5 3 ) 秦中伏: 男, 1 9 6 5年生, 博士, 副教授, 主要研究方向为既有建筑维护管理、 绿色建筑评价、 再生混凝土性能及综合效益评价E ma i l : n a my 0 8 2 2 1 6 3 e o m 再生骨料混凝土的
13、应用现状与研究进展 秦 中伏等 1 4 3 料分为两类 , 同时为了推广使用再生骨料, 日本工业标准 ( J I S ) 颁布了应用 于承重结构的再生骨料及再生混凝土标准, 并于 2 0 0 5 年 、 2 0 0 6年分别颁布了“ 高级再生骨料使用规范” 及“ 低级再生骨料混凝土使用规范” 7 。澳大利亚联邦科学 工业研究组织 ( CS I RO) 于 1 9 9 8年、 2 0 0 2年分别颁布“ 非承重 结构再生骨料使用规范” 及“ 再生混凝土及砌体材料使用规 范” 8 州, 规范中将应用于非承重混凝土结构 的再生骨料划分 为级别 1和级别 2 : 级别 1主要从构成及性质方面将再 生骨
14、 料分为 4类 , 级别 2则从应用范围上将再生骨料分为 6类。 目前对路面基础工程中应用的再生骨料 , 澳大利亚 已有明确 的技 术标 准, 正 积极探 讨制定 再生 混凝 土的技术 性 能规 范I 7 。美国国际材料协会 R I L E M 于 1 9 9 3年颁布了 再生骨 料混凝土规定 , 该规定根据来源的不同将再生粗骨料分成 3 类 , 依据强度和环境等级 2 个指标界定了再生混凝土的使用 范围 I o l 。 由同济大学等单位编制的 再生混凝土应用技术 规程 ( D G T J 0 8 2 0 1 8 2 0 0 7 ) 作为上海市工程建设规范于 2 0 0 7 年 7 月 1日实
15、施 , 该规程对再生混凝土生产及使用各个环节 中需 要注意的问题进行了详细的说 明。 1 3 与 R A C相关的政策法规 日本将建筑废弃物定义为“ 建筑副产物” , 并对其分类进 行了详细的界定 , 主要包括再生资源和废弃物。1 9 9 1 年 日本 政府制定 了 再生资源利用法 , 鼓励建筑企业承担起社会责 任 , 使用再生材料 。日本原建设部于 1 9 9 2 年、 1 9 9 4 年先后颁 布了“ 再生利用二十一条” 计划和 再生混凝土材料质量保证 暂行条例 , 2 0 0 0年 日本政 府颁 布 了 建 筑副产 物再 循环 法 2 。美国政府制定并颁布 了 超级基金法 , 为促进再
16、生 混凝土的应用提供了法律保 障。在建筑废弃物 回收利用方 面, 美国地方政府让企业交纳押金 , 在为企业 提供技术支持 的同时还设立用于研究 回收再利用的专款, 给企业 以经济支 持。 近年来 , 我国也陆续颁布了一些与建筑废弃物有关的政 策法规 , 政府鼓励对建筑废弃物进行综合利用 , 鼓励开发商、 承包商优先采用建筑废弃物再生利用产品。此外财政部 的 再生节能建筑材料财政补助资金管理暂行办法中明确 , 国家 财政将安排资金专项 用于支持再生节能建筑材料的生产与 推广应用 , 某些文件还将利用建筑垃圾 7 O 的产品原料列入 资源综合利用企业所得税优惠目录等。 1 4 I C工程 实践 在
17、美 国密歇根州 U S - 4 1 道路修建过程中, 承包方在基层 中采用再生骨料 , 节省了约 3 8 的总造价。2 0 0 4年上海市 建筑科学研究院设计 的萃庄科技发展 园区内的生态建筑示 范楼建成 , 该楼的墙体全部使用再生骨料混凝土空心砌块建 成 , 再生材料 的使用率达到了 6 O , 具有超低能耗和 良好 的 经济指标l_ l 。世博会城市最佳实践 区上海案例馆建筑从基 础到主体结构全部采用了泵送再生骨料混凝土, 经上海建科 院实地抽样检测, 该再生骨料混凝土的强度、 耐久性及施工 性能完全达到设计要求 , 使用寿命可达 1 0 0年。截 至 2 0 0 3 年 1 O月底 ,
18、香港的 l O多个工程消耗了超过 2 2 7 0 0 r n 。的再生 混凝土 , 这些工程涉及到钢筋桩承 台、 承重梁 与墙体及大体 积混凝土等口 。 2 RA C材料性能研究 2 1 R A C强度研 究 ( 1 ) 再生粗骨料对 R AC强度的影响 再生粗骨料的来源、 取代率及特性 等因素对 R A C强度 存在显 著影响。采用 同一 来源 的再 生粗骨料有 利于改 善 R AC的强度, 在一定条件下制备 RAC时采用较高再生粗骨 料替代率可 以有效提高 R A C强度 , 再生粗骨料表面附着的 砂浆及 内部损伤导致 R AC强度变化规律性不明显。肖建庄 等_ 1 “ 通过试验研究发现
19、, RAC的抗压强度 与废弃混凝土 的强度等级( 再生粗骨料的来源) 有关 , 将不同强度等级的废 弃混凝土混合加工而成 的再生粗骨料将显著降低 R AC的抗 压强度 , R A C各种强度指标之间的换算关系与普通混凝 土 不同。王 占锋等口 的研究表明, R A C的抗压强度随着再生 骨料取代率的增加而增加 , 与普通混凝土相 比, R A C立方体 抗压强度平均提高了 1 4 , 而棱柱体抗压强度平均提高了 3 8 。朋改非等E ” 研究发现 , 在高水胶 比的前提下, 再生骨 料表面附着的砂浆是导致 R A C抗压强度下降的主要 因素 ; 而在低水胶 比条件下 , 骨料损伤则是主因。在对
20、再生骨料表 面的砂浆进行剥离后, 高水胶比下 R A C抗压强度有所上升 , 而低水胶比下则进一步降低。 ( 2 ) 龄 期 对 R AC强度 的影响 不 同的龄期将对 R AC强度的发展产生深远的影响。受 再生粗骨料 自身特性的影响 , 在标准龄期下, 改变再生粗骨 料取代率 , R A C强度呈现出不同的变化规律 , 但是随着龄期 的延长, 同一再生粗骨料取代率下的 RAC强度将 明显有所 提高。孙吉书等口 。 的试验表明, 在 同一龄期下, R AC抗压强 度随着再生粗骨料取代率 的增加而下 降; 在同一取代率下 , RAC抗压强度下降程度 随着龄期的发展将愈发显著; 但 随 着再生粗骨
21、料取代 率增加 , R A C抗压强度随龄期的增长速 度有所降低。陈宗平 等 的研究表 明: 在标准龄期 ( 2 8 d ) 下, 随着再生粗骨料取代率的增加, R A C棱柱体抗压强度总 体呈现略微上 升的趋 势, 但是在取代 率为 2 O 和 5 O 时, R A C强度稍低于普通混凝土强度, 主要与再生粗骨料表面 含有的水泥基及破碎过程中引起的内部微裂缝有关; 同一批 再生粗骨料取代率不同的 RAC静置 2年后 , 其棱柱体抗压 强度与标准龄期时相 比平均提高了 1 6 8 , 原 因是 R Ac内 部水泥胶体的水化程度随着时间的延长而不断加深。 ( 3 ) 其他 因素对 RAC强度的影
22、响 与普通混凝 土类 似, 低水胶 比有利于提高 R AC强度。 胡琼等 2 。 _ 指出在用水量相近的情况下 , R A C抗压强度随着 水灰比的减小而增大。施养杭等_ 2 1 指出掺入粉煤灰、 硅微粉 等矿物掺合料可以提高再生混凝土 的棱柱体抗压强度 , 掺入 硅微粉时提高的效果更为显著。马静等【 2 指出添加减水剂 可以提高 R A C的早期强度。 再生粗骨料加工工艺 ( 如湿处理) 也 将影响 R A C的强 度 。湿处理即在制备 R A C前先对再生粗骨料进行冲洗 。王 1 4 4 材料导报 A: 综述篇 2 0 1 3年 1 2月( 上) 第 2 7卷第 1 2 期 玲玲等口 指出
23、湿处理工艺对 R A C在标准龄期下抗压强度有 促进作用 , 当再生粗骨料取代率为 1 5 和 6 o 时, 抗 压强度 分别提高了 1 3 4 和 1 6 0 , 变化 幅度明显 ; 而在再生粗骨 料取代率为 3 O 和 4 5 时, 抗压强度变化幅度不大。 2 2 R C耐久性研究 R AC的抗疲劳性 、 抗碳化性与普通混凝土相似, 而抗冻 性及抗渗性明显较差 , 可参照普通混凝土的某些研究成果对 RAC进行深入研 究。肖建庄等 z 4 z s 的试验结 果表明 RAC 的疲劳应变随着疲劳荷载作用循环次数的增加而增加, 其发 展大致经历循环蠕变阶段、 疲劳和蠕变共同作用阶段及随疲 劳裂缝发
24、展疲劳应变增大阶段。与普通混凝 土相 比, R A C 在疲劳性能方面不存在明显的差异 , 在应用水平相同的情况 下 , R A C疲劳寿命 较长 , 这主要与再 生骨料 的初 始损伤有 关 。普通混凝土的疲劳研究成果可以为 R A C所用。霍艳华 等 2 6 3 指出再生粗骨料取代率 为 3 O 的 R A C与普通混凝土 相 比抗碳化性能基本一致 , 抗冻、 抗渗性略差 , 在经过循环冻 融后抗渗性能下降较大。添加粉煤灰可使 R A C抗渗性有较 大的提升。崔正龙等 z 7 3 研究发现再生骨料表 面砂浆强度和 附着率对 R AC碳化深度有影响。 3 R A C构件及结构性能研 究 目前国
25、内对 R A C材料 基本性 能方面的研究 已较为成 熟 , 但对 R A C构件或结构力学性能方面 的研究 尚显不 足。 采用 R A C材 料加工成 的制 品主要有 R A C梁 、 R A C柱及 R A C墙等 , 在加工制品时必须对 R A C进行一定的处理, 方 可将加工后的制 品用作工程构件或是用于工程结构 中。对 R A C制品性能的研究多 以实验室试验研究 和理论研究为 主, 实地工程试验测试罕见, 因此 RAC制品在实 际工程应用 中的安全性及可靠性仍存有众多顾虑 。RAC制 品的各项性 能与普通混凝土梁、 柱、 墙相比存在显著差异。 3 1 R A C梁 赵莉等_ 2 的
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