第32卷第14期 Vo1.32 No.14 2 0 0 6年7月 山 西 建 筑 SHANXI ARCHITECI'URE Ju1.2006 ・151・ 文章编号:1009.6825(2006)14—0151.03 再生混凝土基本性能的研究 沈大钦朋改非 摘要:对再生混凝土的概念、发展现状,再生混凝土的配合比、物理性能、强度及耐久性进行综述和对比分析,研究结果 表明,再生混凝土应用于实际工程是可行的。 关键词:建筑垃圾,再生混凝土,再生骨料,强度 中图分类号:TU528.57 文献标识码:A 引言 完成其使用功能后,旧混凝土就会被废弃。世界上每年拆除的废 传统的建筑材料生产和使用造成资源的过度消耗、能源短缺 旧混凝土、建筑产生的废弃混凝土、混凝土预制构件厂排放的混 和环境污染等严重的问题,水泥和混凝土是导致这些问题的重要 凝土以及在生产砌块过程中产生的大量不符合标准的砌块,均会 原因。水泥混凝土结构通常只有几十年的生命周期,在这些结构 产生大量的建筑垃圾。建筑垃圾主要成分为固体废弃物,包括废 3)碳纤维片材的储存与运送。工地现场环境通常较差,材料 脂对碳纤维材料时的反复渗透来完成的。如果纤维中预浸树脂 存放条件较难掌握,或者在运送过程中,货柜无法控制温度,则在 的含量过多,则粘结碳纤维材料时树脂的渗透效果就很差,直接 高温环境下若碳纤维材料含有树脂将在存放或运送过程中熟化, 影响施工质量。 导致粘结树脂无法渗入碳纤维材料内,结合不完全,无法发挥加 7)碳纤维片材的断丝率控制。由于碳纤维丝只有7 tan,极易 固效果。因此应尽量使用不含树脂的碳纤维材料,如采用则应注 出现断丝。所以,尽可能减少碳纤维丝的断裂,纤维片的连续性 意保障其运送、储存条件。 和整体性,是确保最终补强效果的一个重要参数。在施工中尤其 4)碳纤维排列方向的确保。一般工程施工条件并不好,要确 需要注意这点。 保碳纤维粘贴后的纤维排列整齐方向一致,不容易在施工中掌 8)粘贴材料的保证。为确保粘结质量,对混凝土结构不同部 握,而是靠碳纤维布本身构造保持,一般碳纤维布制造时均应考 位补强加固使用的树脂有不同要求,不同季节、不同温度条件下 虑如何使碳纤维布在经过搬运、展开、切割及粘贴等步骤后仍保 使用的树脂性能也不尽相同。选用何种树脂一定要满足上述不 持一定的方向。 同功能的要求。 5)尽量减少碳纤维粘贴后发生“空鼓”现象。关于“空鼓”的 4结语 产生是难免的,主要由于粘贴表面的不平整(构件表面混凝土蜂 我国从1997年开始对碳纤维复合材料加固混凝土结构的技 窝、麻面、凹陷、凸出等),以及粘贴操作中在纤维片和树脂之间的 术进行研究。国内有多家科研部门和高等院校对碳纤维加固技 空气未能全部逸出所致,因而当全部工序完成后将会在内部存留 术从不同方面进行各种试验研究,其研究内容有梁、柱、板等构件 一定量的气泡,在温度作用下导致了“空鼓”的产生。检查方法可 用碳纤维加固的作用效果和机理,以及节点、构造连续、耐久性、 用小锤逐处敲击听音而以便确定“空鼓”的数量和范围。当上涂 完成后3.0 h~4 d内进行“空鼓”处理。日本规范要求(我国尚未 FRP应用等方面。2002年在北京召开了《中国纤维增强塑料混 凝土学术交流会》,中国工程建设标准化协会还着手于《碳纤维片 发布相应的规范):对于直径在10 m/n以上30 rain以下的“空 材加固修复混凝土结构技术规程》(报批稿)。 鼓”,每平方米不超过10个,如果超过10个或直径超过30 rnnl以 在材料生产方面,目前国内有少量碳纤维生产,但碳纤维片 上者,则为不合格,需进行修补。具体补修方法根据实际情况而 材的匀质和低树脂含量等关键技术上与国外相比尚有很大差距, 定,可以采用注入环氧树脂法、割刀切入填充树脂法或割去不良 对材质难以保证。粘结用的树脂,是根据不同部位的使用功能和 部分重新粘贴法。 使用条件来选用不同的型号、不同性能指标的环氧树脂。如修补 6)碳纤维材料中预浸树脂含量。某些用于结构补强加固的 树脂用于填补不平,要求易和混凝土结合,有很高的粘结强度。 碳纤维材料是含有预浸树脂的。其作用是使纤维之间相互约束、 而我国尚没有上述专用环氧树脂。所以从保证质量和纤维片材 相互粘接成为共同受力整体,但其含量过多,浸渍过厚,却无益于 的补强效果及耐久性来说,仍需从国外进口。 补强加固。因为碳纤维补强混凝土结构是靠上涂及下涂环氧树 The application of carbon fiber reinforced plastic in old bridge strengthening JIANG Ning Abstract:The development of cafixm fiber reifnorced plastic is briefly introduced as well as its working mechanism.Combined with its applica. tion in old bridge strengthenign the points for attention are presented.In the end the research trend of carbon fiber reinforced plsatic at present is pointed out. Key words:carbon fiber reifnorced plsatic,reinforcement mechanism,bondign material 收稿日期:2006—01.18 作者简介:沈大钦(1981.),男,北京交通大学土木建筑工程学院硕士研究生,北京100044 朋改非(1958一),男,教授,北京交通大学土木建筑工程学院.北京 100044 维普资讯 http://www.cqvip.com
・ 152 ・ .. 2第3 0 02卷墓1 6年7月4曹 山 西 建 筑混凝土块、沥青混凝土块、施工过程中散落的砂浆和混凝土、碎砖 得国家专利。 渣、金属、竹木材、装饰装修产生的废料、各种包装材料和其他废 3再生混凝土的配合比 弃物等。其中混凝土和砂浆所占比例最大,约占总量的30%~ 由于再生骨料各方面的性能不同于天然骨料,为合理有效地 50%…。对不同结构形式的建筑工地,废料的组成比例略有不 推广再生混凝土,必须根据再生骨料的特点,对再生混凝土的配 同,而废料数量则因各工地施工及管理情况的不同差异很大。建 合比设计进行专门研究。文献[5]研究C20,C30和CA0三个系列 筑垃圾是城市垃圾的主要组成部分,约占城市垃圾总量的30%~ 的再生混凝土,对再生混凝土配合比设计进行了初探。研究结果 40%[ 。面对全球性的建筑垃圾处理难题,目前尚无很好的解 表明,当设计强度为C20时,以普通混凝土配合比设计方法配制 决方法。传统的建筑垃圾处理方法主要是运往郊外露天堆放或 的再生混凝土强度高于基准混凝土,但工作性能显著降低。在此 填埋。大量的废弃混凝土大多堆积于城市郊区公路、河流附近, 基础上,文献[5]提出了再生骨料预吸水法,这种方法与文献[6] 方面恶化了生态环境、占用了良田;另一方面,由于建筑垃圾的 一针对再生骨料吸水率较大而建议的基于自由水灰比之上的配合 组成特点和它产生于建设工程现场的实际情况,建筑垃圾废料中 比设计方法是一致的。即将再生混凝土拌合用水量分为两部分, 很多是可以再生利用的。在资源日趋匮乏的今天,简单地遗弃垃 部分为骨料所吸附的水分,称为吸附水,它是骨料吸水至饱和 一圾废料也是资源的极大浪费。 为解决这些问题,?昆凝土的生产及施工技术必须从原始落后 面干状态时的用水量;另一部分为拌合水用量,除了一部分蒸发 外,这部分水用来提高拌合物的流动性并参与水泥的水化反应。 的、以消耗大量资源、能源为代价的粗放生产经营方式,向大量节 吸附水的用量根据试验确定,拌合水用量按普通混凝土配合比设 约资源、能源、减轻地球环境负荷及维护生态平衡的具有最新、最 计方法确定。在实际操作中,两部分水是一起加入的。 高技术水平的生产经营方式发展,走可持续发展的道路。而再生 混凝土正适应这种最新的生产经营方式发展。 4再生混凝土的物理性能 由于再生骨料比天然骨料表观密度小,因此再生混凝土的密 度低于普通混凝土,随着再生骨料掺量的增加,再生混凝土的密 1再生混凝土的概念 再生骨料混凝土(Recycled Aggregate Concrete,RAC)简称再 度有规律地降低,全部采用再生骨料的再生?昆凝土密度较普通混 生混凝土(Recycled oncCrete),它是指将废弃混凝土块经过破碎、 凝土降低7.5t7 J。 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 (Recycld eoncCrete Aggregate,RCA)简称再生骨料(Recycled Ag— grgatee);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(O6gan ̄Concrete),用于同再生混凝土 5再生混凝土的强度 再生混凝土的强度与基体混凝土的强度、再生骨料破碎工 艺、再生骨料的替代率以及再生混凝土的配合比等密切相关。由 于基体混凝土的强度等级、使用环境与碳化程度各不相同,解体、 破碎的工艺及质量控制措施的差异,导致再生混凝土强度变化的 规律性较差,不同的研究者所得的结论也有所不同。日本t ̄-_SJ 进行对比且配合比相同的普通混凝土称为基体混凝土。 2再生混凝土国内外发展现状 日本由于其特殊的地理位置和资源环境,在再生混凝土的开 中再生混凝土的抗压强度比普通混凝土降低约14%~32%,其 强度变化规律为:再生骨料的比例增加,再生混凝土的强度降低; 发利用上投入了大量的人力和物力,取得了一系列国际领先的成 用再生骨料替代细骨料配制的再生混凝土的强度较再生骨料替 果。1977年日本制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》, 代粗骨料配制的混凝土的强度降低;水灰比较低时,再生混凝土 并相继在各地建立了以处理混凝土废弃物为主的再生)Jnq-厂,生 强度降低的程度减轻。 ・ 产再生水泥和再生骨料_3j。1991年日本又制定了《资源重新 一些研究_8 J认为,全部采用再生骨料的再生混凝土的抗压强 利用促进法》,规定建筑施工过程中产生的渣土、混凝土块、沥青 度低于基体混凝土或相同配比的普通混凝土的抗压强度,降低范 ?昆凝土块、木材、金属等建筑垃圾,必须送往“再生资源化设施”进 围为0%--30%。而另一些研究_9J认为,由于界面结合得到加 行处理。美国制定了《超级基金法》,规定“任何生产有工业 强,再生混凝土的抗压强度高于原生混凝土或相同配比的普通混 废弃物的企业,必须自行妥善处理,不得擅自随意倾倒”。美国不 凝土的抗压强度。目前,有关再生混凝土的微观结构以及如何提 但鼓励再生?昆凝土的利用,而且还对再生混凝土的性能做了系统 性的研究和试验。比如美国密歇根州的两条公路就是使用的再 生混凝土。通过对其的研究,表明再生混凝土的干缩率要比天然 高再生混凝土的强度有待于进一步研究。 6再生混凝土的耐久性 骨料的混凝土要大。美国的CYCLEAN公司采用微波技术可以 6.1再生混凝土的耐磨性 再生混凝土的耐磨性比普通混凝土差。原生混凝土的强度 100%的回收利用路面沥青混凝土,其质量与新拌沥青混凝土路 kana[ ]从强度 面料相同,而成本降低了1/3,同时节约了垃圾清运和处理费用, 对再生混凝土的耐磨性有一定的影响。日本Roshi大大减轻了城市的环境污染_4J。 分别为15MPa,16MPa,21 MPa,30MPa,38MPa和40MPa的原 结果损失率 近几十年来,我国建筑垃圾带来的环境污染问题越来越严 生混凝土中得到了再生骨料并进行了LA磨损性测试,7%,27.3%,28.0%,25.6%,22.9%和20.1%。从 重,使得我国已经开始了建筑垃圾资源化利用的研究。 分别为28.再生骨料的抗 制定的中长期发展战略鼓励废弃物的开发利用。建设部将“建筑 试验结果可以看出,随着基体混凝土强度的增加, 废渣综合利用”列入1997年科技成果重点推广项目。有关部门 磨性提高。2再生混凝土的抗冻性 也对相关技术与示范工程项目给予了资金与支持,支持综合 6.再生混凝土的抗冻性比普通混凝土差。再生骨料的孔隙率 利用建筑垃圾及生产新型建材。同时,利用城市垃圾生产建材等 资源优化处理技术与成套设备也被放到优先发展的项目之中。 大导致了再生混凝土的抗冻性较差。如何提高再生混凝土的抗 需要进一 虽然我国对再生混凝土的研究起步比较晚,还处在试验室阶段, 磨性能是能否将其应用到路面工程中的关键技术之一, 但也取得了相应的成果,如顾佳勋研究的建筑垃圾砌块技术已获 步展开研究。维普资讯 http://www.cqvip.com
第32卷第14期 Vo1.32 No.14 2 0 0 6年7月 山 西 建 筑 St- ̄NXI ARCHITE( rURE Ju[.2006 ・153・ 文章编号:1009—6825(2OO6)14—0153—02 UEA.G膨胀剂在高速公路高强混凝土中的应用 朱珍芳 摘 要:结合青红高速公路项目施工使用中存在的问题,提出了如何正确使用膨胀剂的几点意见,根据相应的规范规程, 确立了以膨胀率为目标的补偿收缩混凝土配合比设计方法,以及施工管理方面的措施,验证了其可行性。 关键词:膨胀剂,高强混凝土,配合比设计 中图分类号:TU528.31 文献标识码:A 近年来,各种类型的膨胀剂在我国各行业基础建设中得到广泛 32 L/m3,这是混凝土抗拉强度低和极限拉伸变形值小的根本原 地应用,累计总量约500万t左右,假如以膨胀剂平均掺量40 kg/m3 因,空气干燥条件下,混凝土空隙中水分的蒸发,也会发生干燥收 计算,折合补偿收缩混凝土就将近8 000万m3,其中UEA膨胀剂 缩,这对于高强混凝土中C50,C60低水胶比来说,是客观现实的。 约占总量的70%左右,就补偿收缩混凝土这一项,在国外(日本、 水泥的水化与硬化过程,也是水泥强度发展的过程,水泥的 俄罗斯等国)已应用在重要工作结构上,并且防渗抗裂效果良好。 矿物成分3CK)・s03含量占44%-62%,2CK)・S 含量占18% 但随着膨胀剂用量的增大,补偿收缩混凝土工程裂渗问题也随之 ~30%,3CaO・A1203占5%~12%,4CaO・A1,30・Fe203占10% 增多,对于这样的问题,也不得不引起工程上的重视,根据GB ~20%,其中3CaO・Si02和3CaO・A1230两种矿物的含量是影响 50119—2003混凝土外加剂应用技术规范有关条文,必须从膨胀剂 水泥水化、硬化的主要因素,它不但影响水泥的水化速度、凝结时 质量的选择以及膨胀率两方面出发,提出如何正确使用混凝 间、强度发展,还直接影响水泥的水化热。水泥加水反应后就要 土膨胀剂及其系列应用技术。 产生热量,其水化热一般为170 J/g-250 J/g,随着混凝土中水泥 1 高强混凝土中的原材料抗裂性 用量的增加,它的绝热温升可达到80℃左右,而混凝土又具有热 目前,水泥混凝土(以水泥为胶凝材料,砂石为骨料,加水拌 胀冷缩的性质,其温度膨胀系数为6×10 /K~13×10一/K,温度 制成混合物,经一定时间的硬化而成为混凝土)在国际上还算是 膨胀系数常数取10×10~/K,而温度升降1 K胀缩0.01 mm/m, 主要建筑材料,而水泥又是现代文明社会不可缺少的基础材料, 再加上混凝土是热的不良导体,散热较缓慢,无形中加大了{昆凝 水泥加水拌和后发生化学反应,生成多种水化物,称之为“水化”; 土的内外温差,导致混凝土内部产生显著的体积膨胀,造成内部 水泥加水拌和的初期具有一定流动性和可塑性浆体,经自身的物 胀外部缩,内胀外缩相互制约,在混凝土外表产生很大的拉应力, 理化学变化之后,逐渐变稠而失去塑性但无强度的过程称为“凝 致使混凝土开裂,形成裂缝。 结”;随着水化反应的不断进行而形成强度,并逐渐发展成坚硬的 水泥属于一种水硬性胶凝材料,根据国家标准GB 175—1999 水泥石,这一过程称为“硬化”。水泥的水化、凝结、硬化是一个连 规定,凡由硅酸盐水泥熟料0%~5%石灰或粒化高炉矿渣、适量 续复杂的物理化学过程。水泥加水变成水泥硬化体,它的绝对体 石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为硅酸盐水泥,其主要成分 积会减小,大约每100 g水泥加33 mL水,水化后的化学减缩值为 为CaO 64%~68%,Si30 21%~23%,A1203 4%--7%,Fe230 8 HlL左右;假如混凝土水泥用量为400 kg,则形成空隙体积约为 3%~5%,国外水泥大部分为纯硅酸盐水泥,而我国绝大多数水 参考文献: 泥制品,2002(1):7 9. [1]徐卓,龙帮云.开发利用再生混凝土走可持续发展的道路 [6]史巍,侯景鹏.再生混凝土技术及其配合比设计方法[J].建 [J].中外建筑,2004(2):22—23. 筑技术开发,2001.28(8):18—20. [2]马嵘.论再生混凝土在生态建筑中的意义[J].混凝土,2003 [7]邢振贤,周日农.再生混凝土的基本性能研究[J].华北水利水 (10):61—62. 电学院学报,1998,19(2):30—32. [3]高桥泰一,阿部道彦.废混凝土骨料适用现状与未来[J].混凝 【8]Ilker Bekir Topcu,Sdim Sengd,Properties of concretes pro— 土工程(日),1995,33(2):14—15. duced with waste concrete aggregate[J].Cement and Concrete [4]陆凯安.我国建筑垃圾的现状与综合利用[J].施工技术,1999 Research,2004(34):1 307—1 312. (5):29.30. [9]柯.再生混凝土的实用性研究[J].混凝土,2002(4):47— [5]张亚梅,秦鸿根.再生混凝土配合比设计初探[J].混凝土与水 48. Research on the fundamental characteristics of recycled concrete SHENGDa-qin PENGGai-fei Abstract:Based upon introduction of the concept and development situations of recycled concrete comparative analysis is made on the mix pro portion,physical propertise,strength and durability of recyclde concrete.Research shows the application of recyclde concrete is practicable. Key words:construction waste,recyclde concrete,recyclde aggregate,strength 收稿日期:2006—01—08 作者简介:朱珍芳(1966一),女,工程师,邯郸市交通局公路工程一处,河北邯郸056000
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