2019年废弃混凝土处理

废弃混凝土处理废弃混凝土块再生循环基料应用研究1,21,2朱效荣孙辉1刖言在我国，建筑业作为国民经济的支柱产业，二十余年来得到突飞猛进的发展，在其生产过程中产生的建筑垃圾也空前增加，据不完全统计，其数量已占城市垃圾总量的34%，并且绝大部分建筑垃圾未经处理，直接运往郊外或乡村采用露天堆放或填埋的方式进行处理，耗用大量的征用土地费、垃圾清运费、处理费等建设费用;同时，清运和堆放过程中的遗散和粉尘、灰砂飞扬等问题又造成了严重的环境污染，严重破坏了生态环境。随着混凝土建筑物及构筑物施工、生产、维修及使用寿命的到达，必将产生大量的废弃混凝土。寻求一种可以循环利用的混凝土取代现有的普通混凝土已经成为建筑行业和环境保护部门所面临的一个重要课题，研究这一课题将具有巨大的社会效益、环境效益和经济效益。1.1废弃混凝土块循环利用的必要性1.1.1混凝土材料与地球环境问题混凝土体积的70,80%为集料，生产混凝土所用水泥的原材料是天然的石灰石和粘土，所以生产混凝土的原材料主要是天然的矿物质资源。为开采这些原材料以及生产水泥，还需要消耗大量的能源，对资源、能源的消耗不可忽略。在我国的一些大中城市，浇筑混凝土所用的砂石已显短缺，需从外地远距离运进且价格昂贵。因此，混凝土原材料的生产方式及使用方式已经对人类的生存、生产及生活环境造成无法挽回的负面影响，制备一种可循环利用的混凝土材料势在行。地球的典型7种公害和环境9大问题如图1-1所示。图1-2形象地描述了地球的环境问题的广泛程度。面对大量的建筑垃圾和地球有限资源的不足，混凝土材料与环境共存问题越来越引起人们的高度重视。与此相适应的混凝土材料的生态化（见图1-3）已经成为重要的研究课题。在混凝土生命循环的过程中，面向环境保护型混凝土的方向，应进一步从图1-4的技术路线出发，改善混凝土的性质。环境混凝土的分类与用途如图1-5所示，由图1-5可知，环境混凝土主要从减少环境负荷的混凝土和生态混凝土两个方面出发，具有可持续发展意义的混凝土技术。而再生循环混凝土是减少环境负荷的重要方面。1.1.2由建筑废弃混凝土引发的环境问题根据日本建设省的统计，日本各产业界所有废弃物中混凝土废弃物约为37%;美国每年废弃混凝土大约6,000万吨;欧共体废弃混凝土的排放量16,200万吨左右。我们应看到旧建筑拆除废弃混凝土是不容忽视的，每平方米旧建筑拆除废料约0.3,0.5吨，旧房拆除面积按新建面积的10%计算，则房屋拆除垃圾在2,000万吨左右（按照我国每年新增建筑6.5亿平方米计算）。建筑生产中的废弃混凝土的问题也非常严重。建筑物的基础及主体工程绝大部分是混凝土结构，在施工过程中，不可避免会因施工工艺和人为等因素造成一定量混凝土的散落:通常概预算因工艺考虑不同的盈余系数约1.1,1.2），散落的混凝土由于在施工过程中超过凝结时间或触地时粘附大量泥土不能退返利用。商品混凝土搅拌站也因清理搅拌车、泵车及搅拌机时产生一定量的废弃混凝土（约占混凝土生产量的2.2%），其中的0.7%产生于清理工作中，相对比较均匀，但因已供应完毕而废弃，其余的1.5%因包含残余水分及残余集料缺乏规律性不够均匀而难以得到利用。按照每年14亿平方米计算，仅我国因生产和施工就有3400万立方米废弃混凝土产生。这部分混凝土皆因无法使用而被作为垃圾堆放或掩埋。由此可见，产生巨量的废弃混凝土是社会进步和经济发展的产物，如此巨量的废弃混凝土的处理费用可想而知，由此引发的环境问题十分突出。因此，混凝土的可循环再生利用早已成为国家建设和环保部门所共同关注的课题，也由此引发了世界各国对废弃混凝土的再生利用的深入研究。1.2混凝土材料循环再利用现状1.2.1混凝土材料循环再利用的研究现状再生集料混凝土可追溯到20世纪40年代，前苏联、日本、德国等国家，开始了再生混凝土集料的研究。日本明治大学向井毅教授从70年代就全力开展解体混凝土研究，并获日本水泥学会奖。1977年日本制定了《再生集料和再生集料混凝土应用规范》。1992年在芬兰召开的国际RELEMWorkshop/Concretetechnologyinthefuture大会上，世界各地代表们提出了“从天然集料的枯竭和环境保护出发，必须开发新的集料生产混凝土”。德国Rinhaldt教授将解体混凝土、作为再生集料，将化学稳定性好的废弃物作为集料，并应用于建筑物获得成功。1993年日本著名材料学家笠井芳夫教授提出用解体混凝土作集料生产混凝土，用产业废弃物制作轻质混凝土非常重要，同时，研究集料对混凝土弹性性质的影响，探明集料与微粉物质的填充性十分必要。我国吴中伟院士在1997年提出要发展环保型高性能混凝土，其中包括工业废渣作胶结材和解体混凝土作集料。在国外，解体混凝土作路基材料和建筑的垫层较多，但作路基材料有运距的问题，制作优质的再生集料，必须优质的破碎，致使成本提高，同时产生大量的微粉无法处理。此外，一般的再生混凝土集料，经过几次循环后，硬化水泥部分过多，无法继续作集料使用。废弃混凝土块不仅是优质的混凝土集料，用废弃混凝土块作集料具有很多优势，如建筑物解体后，优质破碎筛分后的混凝土块和粉砂可以作为混凝土的再生粗、细集料，大量的微粉可直接作为水泥的原料，再生水泥和再生集料配制的混凝土可以进入下一个循环，在整个循环过程中，废弃物实现零排放。因此，该系统可以称为完全再生循环混凝土。其循环模式如图1-7。随着人类环保意识的增强，混凝土材料的循环利用成为世界各国共同关心的课题，已经成为国内外工程界和学术界关注的热点和前沿问题之一。美国、日本和欧洲发达国家对混凝土循环利用的研究较早，主要集中在对再生集料和再生混凝土基本性能的研究，已有成功应用于刚性路面和建筑结构物的例子。近几年，国内的一些专家学者在这方面也进行了一些基础性研究。(1)再生集料的概念废弃混凝土块经过破碎、清洗、分级后，按一定比例与级配混合后形成的混凝土集料称为“再生集料”，由再生集料做混凝土集料制备的混凝土叫做'再生集料混凝土”，简称再生混凝土。相对于再生混凝土而言，用来生产再生集料的原始混凝土称为废弃混凝土块。(2)再生集料混凝土的研究开发现状各国已多次组织召开了有关废弃混凝土再生利用的专题国际会议，提出混凝土必须绿色化，再生集料混凝土的研究和开发已受到许多发达国家的高度重视，并且已成为发达国家的共同研究课题，有些国家还采用立法形式来保证此项研究和应用的发展。目前，混凝土材料循环主要存在以下几个方面。在利用工艺方面，屈志中介绍了目前俄罗斯和德国钢筋混凝土块体破碎筛分工艺。在工作性方面，Topcu等人研究发现保持水灰比不变的情况下，随着再生集料所占比例增加，混凝土的坍落度逐渐下降Mukai的实验表明，用再生集料作粗集料，天然砂作细集料配制混凝土，当采用基准混凝土配合比时，用水量增加5%，而粗细集料均为再生集料时，用水量增加为15%。在力学性能方面，Hansen的试样结果表明，随着废弃混凝土块强度的降低，再生混凝土的强度呈下降趋势，但对不同强度等级再生混凝土，再生集料对其影响不同。在弹性模量方面，有关人士经试验认为掺入一定量的膨胀剂可以提高再生混凝土的弹性模量。另外，国内外对再生混凝土的干缩、徐变，抗渗性、抗磨性，抗冻融性、抗裂性及结构性能等也进行了不同深度的研究。再生集料混凝土的开发和应用，一方面解决了大量废弃混凝土处理困难以及由其造成的生态环境日益恶化等问题;另一方面，用建筑垃圾循环再生集料，可以减少建筑业对天然集料的消耗，从而减少对天然砂石的开采，从根本上解决了天然集料的日益匮乏和大量的砂石开采对生态环境的破坏，保护了人类的生存环境，保证了人类的可持续发展，符合可持续发展的要求。因此，再生集料混凝土是一种可持续发展的绿色混凝土，是今后混凝土的一个发展方向。1.2混凝土材料循环利用的途径混凝土的循环再利用是环境资源可持续利用不可缺少的一部分。作为当代用如何实现其循环利用对于环境保护、经济增长和社会发量最大的人造建筑材料展具有可观的现实意义。目前世界各国相继加强建筑垃圾再生利用的技术研究，尤其是废弃混凝土的循环再生处理，并且逐步发展了许多回收利用废弃混凝土用作建筑材料的新技术，有的已制定相应的技术规范，得到了推广应用，有的则仍处于实验研究之中。到目前为止，废弃混凝土主要存在以下几个方面的应用：回填材料使用:建筑废弃混凝土经过一定破碎处理，因其具有一定的强度可以取代部分砂石作为回填材料。这种方法未做到合理、有效地利用、回收资源，违背资源可持续发展的要求，但因其处理、使用简单而常被采用。作道路或建(构)筑物基础垫层:这是废弃混凝土再生利用的一种简易途径。垫层施工是建(构)筑物施工中不可缺少的工序之一，因其对强度及混凝土性能方面要求不高，通常为C,C混凝土，可以利用经过破碎、筛分、洗净1015的混凝土集料取代天然集料。作为预制构件、砌块材料或建筑结构用混凝土:在我国，进入20世纪90年代才真正对资源再生提出一系列具体要求加以重视。对于将废弃混凝土用于制作预制构件、砌块及结构用的混凝土，因这些材料的工程特性(工作性、耐久性、强度、应力应变等)有质量和技术参数的要求，其使用仍需要更深入的研究。由上可知，废弃混凝土重新作为建筑材料再生利用的途径是多种多样的，我们应加大对环境保护及资源再生利用的宣传力度，拓宽再生利用的途径，并积极回收利用废弃混凝土。1.3本文主要研究内容本文以废弃混凝土块作为混凝土集料，通过废弃混凝土块混凝土材料的循环利用，可以从源头上遏制废弃混凝土的随意排放及不合理利用，从资源再生和循环利用及降低环境负荷的角度出发，为人类与环境共生做出贡献。采用理论分析与实验研究相结合的方法，对混凝土可循环集料及再生混凝土、再生砂浆和再生微粉的性能进行研究，主要包括以下内容：可循环的混凝土集料特征性能及参数分析。对废弃混凝土块可循环集料的主要物理及力学性能进行试验分析，其中主要包含表观密度、体积密度、吸水率、吸水速率及压碎指标等。通过试验，发现了集料特征性能变化的一般规律，并利用回归理论对全可循环集料混凝土粗集料系数进行了试验分析。可循环集料混凝土及可循环集料砂浆的性能研究。对可循环集料混凝土拌合物的和易性、强度、需水量及耐久性进行了分析评价。指出了对可循环集料混凝土进行配合比设计和结构混凝土利用时需注意的问题。另外，对可循环集料砂浆的性能也进行了讨论，同时对普通砂浆、普通混凝土与可循环集料砂浆及可循环集料混凝土的集料界面结构进行了简要微观分析。再生微粉的生态利用研究。粒径小于0.16mm的再生微粉的可循环利用具有重要的环保意义。本文以低掺量再生微粉制备水泥砂浆，当取代率不超过5%时，再生微粉对砂浆的28d强度增长有积极的促进作用，但随掺量增加，砂浆强度急剧下降。同时对再生微粉进行化学成分分析，发现它是很好的水泥配料，利用其作水泥晶种成分作为烧制水泥的原材料。2废弃混凝土块作可循环集料的特征性能参数研究2.1废弃混凝土块可循环集料的生产工艺经济可行的再生集料生产工艺是废弃混凝土能够充分进行再利用的前提。当前最具有代表性的再生集料生产工艺流程如图2-1。本研究主要采取逐级破碎、分级筛分的生产工艺制备废弃混凝土块再生集料。基本流程为，首先通过一级破碎、筛分得粒径为5,20mm粗颗粒及5mm以下的颗粒，其中5,20mm粗颗粒可以直接作为混凝土集料使用，而粒径在5mm以下的颗粒需经过二次破碎才可以利用;二级破碎、筛分后主要得到0.16,5mm细颗粒和粒径小于0.16mm的细粉。我们把粒径在0.16,5mm之间的细颗粒作为细集料使用，而粒径小于0.16mm的细粉末称为再生微粉，作为废弃混凝土利用的另一个对象。这样，我们得到了后面试验所用的废弃混凝土块可循环集料和再生微粉。2.2废弃混凝土块可循环集料的性状和级配废弃混凝土块可循环集料按粒径大小可分为可循环粗集料和可循环细集料，废弃混凝土块经破碎筛分后可做生产混凝土及砂浆用的粗、细集料，可循环集料的性状和级配如下：2.2.1废弃混凝土块可循环细集料(RLFA)废弃混凝土块可循环细集料的粒径范围一般为5,0.16mm。可循环细集料主要包含有废弃混凝土块破碎后形成的表面附着水泥浆的砂粒、表面无水泥浆附着的砂粒、水泥石颗粒以及破碎过程中产生的少量废弃混凝土块粉。废弃混凝土块在破碎中必然会产生大量的细粉，这些细粉活性较低，粘附在可循环集料的表面，妨碍水泥与可循环集料的粘结，降低混凝土强度；同时还增加可循环集料混凝土的用水量，从而加大可循环集料混凝土的收缩，降低抗冻性和抗渗性。所以，在使用前必须对可循环集料细集料进行冲洗或过筛处理将有害细粉清除。废弃混凝土块可循环细集料的配合方法也应按JGJ52-92中规定的颗粒级配进行，力求按？区要求配合。最理想的集料应是具有较小的总表面积和较小的空隙。可循环细集料的总表面积取决于粗细程度，其空隙率则与颗粒级配有关。如果可循环细集料的自然级配不适合，不符合级配区的要求，这时就要采用人工级配的方法来改善。可将可循环细集料加以过筛，筛除过细或过粗的颗粒。拌制可循环集料混凝土，一般用级配符合要求的较粗可循环细集料和中等的可循环细集料比较理想，如果采用过细的可循环细集料配制混凝土，将会在一定程度上影响可循环集料混凝土的强度和性能，因为太细的可循环细集料主要为碎石红砖水泥粉。2.2.2废弃混凝土块可循环粗集料(RLCA)废弃混凝土块可循环粗集料的粒径范围一般为5,100mm的颗粒，粒径范围按照有关标准规定，可以分别组合成5,10mm，5,16mm，5,20mm，5,25mm，5,31.5mm，5,40mm连续级配，也可组合成10,20mm,16,31.5mm,20,40mm,31.5,63mm和40,80mm单粒级。连续级配大小颗粒搭配合理，使得配制的混凝土拌合物工作性好，不易发生离析现象，目前所采用连续级配。单粒级一般用于组合具有要求级配的连续粒级，不宜单独使用。可循环粗集料一般包括表面包裹有部分砂浆的废弃混凝土块、少部分与砂浆完全脱离的石子、很少一部分砂浆颗粒。可循环集料表面是否包裹着砂浆和包裹砂浆的多少等情况与废弃混凝土块的强度等级及集料种类有关。废弃混凝土块强度等级越高，则可循环集料表面包裹砂浆程度越大，碎石表面包裹砂浆程度比卵石表面的大。可循环粗集料中也常含有一些有害杂质，如附着其表面的水泥浆细粉、细屑等。它们的危害作用与在可循环细集料中的相同。所以，在使用前也必须对集料进行冲洗、过筛处理将有害杂质清除。再生粗集料一般棱角较多，且表面较粗糙。2.3废弃混凝土块可循环集料中的软弱颗粒和针片状颗粒在混凝土材料科学中，软弱颗粒和针片状颗粒对混凝土的强度、工作性、耐久性等性能存在着巨大的影响。针、片状颗粒本身容易折断，而且会增大集料的总表面积和空隙率。当混凝土配比相同时，粗集料软弱颗粒和针片状颗粒增大，拌合物坍落度降低，粘聚性变差，抗压强度和抗拉强度下降。废弃混凝土块可循环粗集料因废弃混凝土块强度、破碎方式不同产生一定量的软弱颗粒和针片状颗粒。试验发现，可循环粗集料针片状含量在11%,22%波动，因此其使用需经过谨慎研究和试验，并经慎重选择后方可使用。2.4废弃混凝土块可循环集料的基本特性集料包括粒径较大的粗集料和粒径较小的细集料，其通常占混凝土总体积的3/4以上，填充于水泥浆中，是混凝土的重要组成部分。集料不仅构成了混凝土的骨架，而在很大程度上决定着混凝土拌和物的性能、硬化混凝土的力学性能与建筑物的耐久性能。与天然集料相比，废弃混凝土块可循环集料组成复杂，组分中包含相当数量的硬化水泥浆，砂浆体中水泥石本身孔隙比较大(水泥水化时仅需要用水量的23%，其他多余水分会使水泥石中形成大量毛细管和孔隙)，且在破碎过程中，其内部往往会产生大量的缺陷，因此，其基本性能与天然集料有较大差异。2.4.1废弃混凝土块可循环集料的表观密度、体积密度及空隙率以废弃混凝土块经逐级破碎、筛分后的可循环粗、细集料进行试验，并与天然集料进行对比，见表2-3、表2-4。表2-3天然岩石集料的表观密度表天然岩石集料项目花岗岩鞍山岩黏板岩大理岩石灰岩3表观密度/(g/cm)2.652.502.702.702.70从上表2-3和下表2-4可以看出，废弃混凝土块可循环集料的表观密度、体积密度远小于天然集料的表观密度。然而，可循环集料的空隙率较天然集料大，尤其是可循环细集料空隙率增加较大，提高约40%,54%。紧密堆积密表观密度空隙率项目来源编号度3g/cm%3g/cm天然一2.6791.91629.74细R2.5421.37845.79?再R2.5211.38345.14?骨由R2.5641.42044.62?生料表R2.5861.47243.08?2-4天然一2.7861.58034.87粗可以R2.3881.43048.80?再骨R2.3981.43347.26?看R2.4041.43846.78?料出，生2.4171.43846.65R?可循环粗集料的三项指标均适合，而可循环细集料除个别指标合格外，其余均超出标准要求，虽然这三项指标并非是其使用的决定因素，但可循环集料尤其是可循环细集料的使用必须经过综合指标的测试才可以使用。影响废弃混凝土块可循环集料表观密度、体积密度的因素很多，主要包括废弃混凝土块的配比、集料的破碎方式、可循环集料的粒径和级配、颗粒组成和性状及可循环集料的含水状态等。2.4.2废弃混凝土块可循环集料的吸水率和吸水速率对于可循环集料，其颗粒棱角多，表面粗糙，组分中包含相当数量的硬化水泥浆，砂浆体中水泥石本身孔隙比较大，且在破碎过程中，其内部往往会产生大量的微裂缝，因此可循环集料的吸水率和吸水速率比天然集料要大的多。本研究通过试验分别对废弃混凝土块可循环集料混凝土10min，30min，12h，24h的粗细集料吸水率进行试验，其结果见表2-5。经过对不同废弃混凝土W/C块破碎所得可循环集料不同时间吸水率的试验，并将废弃混凝土块为不同W/C时可循环集料的吸水率画成曲线图如图2-3。时间10min30min12h24h规格10min/24h种类%%%%粗集料0.560.871.311.6035.0天然集料细集料0.661.31.822.0033.0R粗集料3.784.685.906.6057.3?细集料8.609.3310.1312.3169.9粗集料3.454.676.226.8250.6R?细集料8.319.2010.7011.9469.6粗集料3.714.586.1036.5157.0R?细集料8.229.3110.7112.1467.7粗集料4.304.645.856.2069.4R?细集料7.978.429.5210.8073.8上面的试验数据表明，可循环集料的吸水速率较天然集料快，尤其是细集料吸水速率更快，因为可循环细集料最主要是水泥砂浆，部分石粉及少量的废弃混凝土块人工砂组成，而水泥砂浆中水泥凝结硬化后产生大量的毛细管和孔隙，石粉颗粒较小，比表面积大，以致使可循环细集料吸水速率较快。2.4.3废弃混凝土块可循环集料的强度压碎值的大小反映了石子抵抗压碎的能力，可以间接的推断其强度。粗集料的强度特性取决于它的矿物组成、比重、吸水性、孔隙率及孔隙结构。如果粗集料的吸水性较大或孔隙率较高，则其抗压强度也必然较差。废弃混凝土块可循环粗集料一般为表面包裹有部分砂浆的石子，少部分为与砂浆完全脱离的石子，还有很少一部分砂浆颗粒，且在破碎过程中，其内部往往产生大量的微裂缝，与天然集料相比，其组成成分复杂不均，空隙率及孔隙率高，吸水性大。因此，可循环集料的压碎指标低于天然集料，由不同配合比废弃混凝土块制备的可循环粗集料压碎指标见表2-6。表2-6不同废弃混凝土块集料废弃混凝土块的可循环粗集料压碎指标集料种类RRRR天然集料????压碎指标,％16.6516.2513.4312.106.202.4.4废弃混凝土块可循环集料的粗细程度与颗粒级配可循环集料的粗细程度和颗粒级配用筛分析法测定，并用细度模数表示砂的粗细，用级配区来表示砂石的颗粒级配。表2-7不同W/C废弃混凝土块可循环细集料粒度分布表项目粒径/mm0.160.3150.631.252.505.00二区（上限）1009270502510二区（下限）9070411000R98.693.083.262.844.60.2?97.289.477.257.039.40.6R?R98.088.273.251.232.60.2?R97.087.673.850.833.20.2?表2-8不同W/C废弃混凝土块可循环粗集料粒度分布表粒径/mm项目2.505.0010.016.020.025.05,20mm（上限）10010070,10,5,20mm（下限）959040,0,10097.851.912.000R?R10096.743.710.400?R10095.247.012.800?R10098.356.415.300?本研究主要采用机械分级破碎的方式，经过筛分即得粗集料(粒径5,20mm)、细集料(0.16,5mm)。经过筛分析试验，测得试验数据如下见表2-7,表2-8。由试验数据及骨料标准级配曲线可知，经过机械分级破碎的可循环集料均在可用之列，尤其是粗集料比较规则的分布于最佳使用区内，而可循环细集料稍超出II区偏粗，可以通过人为调整级配而继续使用。从粗、细集料的级配曲线图(见图2-4、图2-5)可以看出，废弃混凝土块可循环粗集料比较较好的分布在5,20mm的级配曲线内，很好的满足JGJ53-92规定的要求;而对可循环细集料而言，虽然在超出0.315mm后可循环细集料部分偏离二区，但均在上限附近偏离，在可用范围之列。图2-4可循环细集料级配曲线图图2-5可循环粗集料级配曲线图2.5小结经过对废弃混凝土块作废弃混凝土块集料的可循环集料进行试验研究表明，以废弃混凝土块作生产可循环集料的废弃混凝土块材料，其制备的可循环集料与普通混凝土集料存在差异：对于试验选用的废弃混凝土块四个不同配合比，所得可循环集料的表观密度和体积密度值均降低，空隙率提高。可循环细集料吸水率较天然集料增长了3,4倍，而可循环粗集料吸水率增长了1.5,2.5倍，而其压碎指标值为天然集料的2,2.7倍。因此在进行集料选择和配合比设计时应该谨慎处理，综合衡量可循环集料的各项指标。废弃混凝土块强度越高，结构越发密实，使得可循环集料各项性能指标呈现固定的转变趋势。3可循环集料混凝土的抗压强度及断面结构分析混凝土的抗压强度是混凝土材料最基本的性质，也是实际工程对混凝土要求的基本指标。本部分主要对可循环集料混凝土的抗压强度进行试验测试，对试验结果进行分析，并且对混凝土破坏后的集料界面结构进行探讨。3.1可循环集料混凝土强度试验由于可循环集料混凝土中全部或部分集料由可循环集料替代，使得混凝土强度的发展及影响其规律的条件与相同强度的天然集料不尽相同。可循环集料混凝土中，可循环集料表面包裹着水泥砂浆，使集料与新的水泥砂浆之间弹性模量相差很小，界面结合得到加强。同时，可循环集料的亲水性强，能很快被湿润，集料表面的很多裂缝会吸入新的水泥颗粒，使接触区的水化更加完全，形成致密的界面结构。这样，由于界面结合得到加强，因集料强度较低而导致的混凝土性能低劣会得到一定程度补偿。另外，由于表面粘附水泥浆，是集料表面的粗糙度比天然集料有较大的提高。再加之解体破碎过程中，部分石子因受力而沿纹理开裂，既增加了新的粗糙表面，又增加了棱角效应。同时，通过多次的破碎、筛分过程，原有集料中的软质颗粒、粒形不良的颗粒会被淘汰。这些加大粗糙度、增加棱角效应、粒形的改善和坚固性的选优排劣使可循环集料的性能被优化，对混凝土强度的提高起了重要作用。表3-1日本BCSJ可循环混凝土强度表废弃混凝土块可循环与废弃混凝可循环集料混凝土强度强度土块MPa集料类型MPa强度比粗:NG粗:CG粗:CG粗:CG%细:NS细:NS细:0.5（NS，CS）细:CS0.4537.537.034.030.080.0,98.7水0.5528.928.525.021.574.4,98.6灰比0.6822.021.017.513.059.1,95.5一般认为，可循环集料混凝土比废弃混凝土块强度稍低，降低范围为0,30%，随着废弃混凝土块强度的降低、可循环集料混凝土配合比、可循环集料的品质及替代率不同而不同。由表3-1为日本BCSJ的试验数据可以看出，当粗集料全部为可循环集料，细集料为天然砂时，强度几乎不下降;全部集料采用可循环集料时，强度下降30%左右。当用废弃混凝土块作废弃混凝土块集料时，所得的可循环集料混凝土的强度如表3-2。表3-2废弃混凝土块作废弃混凝土块集料的可循环集料混凝土强度表可循环集料混凝土强度R,MPaR/N普通混土粗：集料类型强度NRGRGRG粗:粗：MPa细:细:0.5（NS，CS）细:RS%NS0.4938.737.938.439.2596.6,98.6水0.4648.645.945.750.5190.5,96.2灰0.3658.757.656.260.2293.3,97.5比0.3158.957.856.471.7778.6,82.1由上表可以看出，选用较高强度可循环集料代替天然集料，若配制较低水灰比的可循环集料混凝土，其强度与同配比普通混凝土强度相比降低较小。当可循环集料混凝土W/C小于废弃混凝土块时，强度比降低较大。因此，就混凝土强度而言，可循环集料配制W/C大于其废弃混凝土块的可循环混凝土是可行的。另外，养护龄期对混凝土的强度增长也存在一定程度的影响。本文通过试验研究发现，当采用同一配比而不同集料做混凝土集料时，随着混凝土养护龄期的不同强度变化不同。具体差别见表3-3。表3-3同配合比混凝土强度比较表28d抗压强60d抗压强强度比名称集料来源度MPa度MPa60d/28d天然混凝土天然粗细集料43.1745.291.05可循环粗集料，天然细41.7949.971.20集料可循环混凝土可循环细集料，天然粗42.4850.121.18集料由表3-3可以看出可循环集料混凝土的60d抗压强度较28d的抗压强度有较大程度增长平均增长率约为19%左右，而普通集料混凝土的强度增长仅有5%左右。这主要是因为水泥凝结硬化是一个逐步发展的过程，随着龄期的增长可循环集料所粘附的大量未完全硬化水泥继续凝结硬化，继续发挥其活性作用，这在一定程度上促进了混凝土强度的继续增长。另外，新老水泥浆形性状基本相同且表］面粗糙，有利于新水泥浆与可循环集料粘结力的发挥。因此，对可循环集料混凝土而言，在进行结构混凝土强度设计时应酌情考虑可循环集料混凝土后期强度的增长，这不仅可以促进可循环混凝土的广泛的利用，而且适应自然资源及环境资源的可持续发展。3.2可循环集料混凝土破坏后集料界面结构分析本研究选取废弃混凝土块经破碎得到的可循环粗细集料按照一定配合比拌制了可循环混凝土，对可循环集料混凝土界面进行了宏观和显微结构观分析。3.3.1可循环集料混凝土集料界面宏观分析试验选择混凝土的强度等级为C，其水灰比为0.35。经成型、脱模及标准45养护28d后对其界面结构进行数码相机拍照。图3-2为水灰比0.35时普通混凝土及可循环集料混凝土数码照片。从照片上看，可循环集料混凝土的集料结构相对密密，新水泥砂浆与可循环集料粘结较好，肉眼很难分辨可循环集料与水泥砂浆的界面，且水泥砂浆孔隙明显减少。另外卜，普通集料混凝土的断裂面主要在集料周围或水泥砂浆处，而可循环集料混凝土的断裂面在可循环集料内部的也屡见不鲜。这主要是因为可循环集料表面粗糙且粘附大量水泥砂浆，新老水泥砂浆因物性相近，其界面结合要比水泥砂浆与集料界面结合容易和密实的多，而许多可循环集料内部因集料破碎产生一定缺陷致使混凝土受压时沿可循环集料破裂。3.3.2可循环集料混凝土集料界面显微结构分析为了对可循环集料混凝土集料界面进行更准确的分析评价，本研究对可循环集料混凝土进行电镜分析，电镜照片如图3-3由图3-3a）、b）所示，可循环粗集料混凝土集料界面中水泥水化比较充分，集料表面存在的水化硅酸钙凝胶比较多，形成一层薄膜覆盖在集料周围，且集料界面处孔隙较少，结构相对紧密。但是可循环细集料混凝土细集料周围存在一定量的板状颗粒，颗粒表面覆盖了少许絮状C-S-H。则主要是由于可循环细集料表面含有大量细粉，使得它与水泥浆的结合不是很紧密，这可能是可循环细集料混凝土强度较普通集料混凝土降低的主要原因。3.4小结影响可循环集料混凝土强度的主要因素除了W/C以外，集料的强化方式对其强度也存在较大影响。考虑到混凝土的经济性及工作性，提高可循环集料混凝土强度必须加大可循环集料的强化力度。对可循环集料混凝土破坏时的集料界面进行宏观及显微结构分析，这更利于对可循环集料混凝土强度的降低做出解释。4可循环集料混凝土工作性以废弃混凝土块作可循环混凝土集料，按照集料的结合形式，可循环混凝土可以有以下几种(1)粗、细集料全部为可循环集料；(2)粗集料为可循环集料，细集料仍然采用天然砂;(3)粗集料采用天然卵石或碎石，细集料用可循环集料；(4)用可循环粗集料代替部分天然粗集料或用可循环细集料代替部分天然细集料，或用可循环集料同时代替部分天然粗、细集料。4.1可循环集料混凝土拌合物的和易性可循环集料混凝土拌合物的和易性受再生集料的影响很大。由于可循环集料具有较大的吸水率和吸水速率，以及集料表面粗糙的粒形效应、棱角效应，会增大混凝土拌合物的摩擦阻力，导致在配合比相同的条件下，可循环集料混凝土的流动性比普通混凝土差，坍落度降低较大，坍落度损失较快，但粘聚性和保水性较好。由于可循环集料的存在，降低了新拌混凝土的坍落度。即在保持相同用水量的情况下，可循环集料混凝土的坍落度伴随可循环集料的比例增加逐渐下降。用可循环集料代替天然粗集料、天然砂作为细集料拌制的可循环混凝土，在同一条件下，如要达到与天然集料相同的坍落度，其单位立方米用水量要比天然集料混3凝土增加10kg/m，增加百分数为5%;如果可循环集料混凝土的粗、细集料全部3采用可循环集料，则这一增加量高达25kg/m,增加百分数为15%。具体可循环集料混凝土集料置换率与单方混凝土用水量关系见图4-1。由上图可以看出，当用不同比例的粗细集料取代天然砂石时，混凝土的单方用水量呈现显著的增长趋势。当全部采用可循环粗集料代替天然碎石，细集料采用天然砂时，混凝土单方用水量增加5%;当全部采用可循环细集料代替天然砂，粗集料采用天然碎石时，混凝土单方用水量增加10.6%;当全部采用可循环集料配制混凝土时，混凝土单方用水量增长15.5%。虽然混凝土单方用水量存在大比例增长，但是可循环集料表面粗糙，增大了拌合物浇注时的阻力，且比表面积较大，吸水速率较快，因此可循环集料混凝土的保水性和粘聚性比天然集料混凝土好。4.2可循环集料混凝土需水量多少年来学术界付出很大的努力，试图列出比较切合实际的需水量公式。但由于问题过于复杂始终没能圆满解决。首先变数确实太多了，公式如过于简化，即使最显著的因素也未必能包括进去。再则某些特征根本无法度量、表征，无法利用数值指标进行度量化。各种因素的影响也很难考虑进去。至今为止，混凝土的需水量仍旧是无法真正用一个统一的公式加以解决的。对于可循环集料混凝土，由于集料外形粗糙、棱角分明，表面容易粘附大量细小颗粒，吸水率较大，并且不同粒径的集料的吸水率和吸水速率相差较大，集料对混凝土性能的影响显著增大，因此其需水量更很难用一个公式加以解决。4.3小结可循环集料混凝土由于集料吸水率大，而致使混凝土的单方用水量显著增大，混凝土流动性较差。因而可循环集料不适合拌制大流动性混凝土，而适合生产低流动性混凝土如混凝土预制构件等。5可循环集料砂浆的性能砂浆由胶凝材料、细集料和水等材料按照适当比例配制而成。由于砂浆中没有集料，可以认为砂浆是一种细集料混凝土。尤其在民用建筑工程中，砂浆是一种用量大、用途广的材料，常用于砌筑、抹面、装饰或保护墙体。砂浆的使用特点是:铺设层薄;多与多孔吸水的基面材料相接触;强度一般要求不太高。本章主要通过试验对可循环集料水泥砂浆的和易性及强度进行试验研究与分析。5.1试验原材料5.1.1水泥试验选取本溪工源水泥厂生产的32.5级普通硅酸盐水泥，有关技术指标详见表5-1。表5-1水泥物理力学性能指标需水量凝结时间强度/MPa安定性%min抗压强度抗折强度初凝终凝3d28d3d28d26.8合格15019518.345.73.47.65.1.2集料试验选择天然集料和可循环集料两种。3天然集料:沈阳市洪河河沙，级配良好，表观密度为2.7g/cm，紧密堆积密3度1.9g/cm，细度模数2.6。可循环集料:考虑到可循环集料的综合性能（包括表观密度、空隙率及吸水率等指标），选用拆迁工地废弃混凝土经逐级破碎后所得的粒径为0.16,5mm3的细颗粒作为配制可循环砂浆的集料。表观密度1.540g/cm，紧密堆积密度31.420g/cm，细度模数2.78。集料级配详见图5-1。由图5-1可见，试验选择的天然集料及可循环集料的颗粒级配连续，比较良好的分布在砂标准级配曲线II区之中。两种砂粗细均匀，各粒级分布合理，适合拌制水泥砂浆进行试验研究。5.2砂浆拌合物的和易性新拌砂浆的和易性是指新拌砂浆是否便于施工，并保证质量的综合性质。和易性好的砂浆可以比较容易地在砖石上铺成均匀连续的薄层，且与底面紧密粘结，保证工程质量。它主要包括流动性和保水性。流动性是指新拌砂浆在自重或外力作用下产生流动的性能。流动性的大小表明了砂浆的稠度。保水性是指新拌砂浆保持水分的能力。保水性好的砂浆在存放、运输和使用过程中能够很好的保持水分不至于很快流失，各组分不易分离，在砌筑过程中容易铺设成均匀密实的砂浆缝，能使胶凝材料正常水化，最终保证砌体质量。试验选取三个配合比（表5-2），采用机械搅拌，标准试验方法分别对天然集料砂浆及可循环细集料砂浆的稠度和分层度进行了试验测试，具体结果见表5-3。表5-2试验配比表水泥砂子水配合比配比编号333kg/mkg/mkg/mC:S:W#124013502801:5.625:1.167#226013503001:5.192:1.154#330013503101:4.500:1.033表5-3的试验结果表明，可循环集料砂浆的稠度及分层度值均大大低于天然集料砂浆。试验过程中发现，可循环集料水泥砂浆的保水性较好，较天然集料水泥砂浆粘稠，不易发生分层、离析现象。这主要是由于可循环细集料主要是破碎的水泥砂浆，表面棱角较多，且粘附一定量的水泥石微粉，导致其吸水率较大，吸水速率较快，使得可循环集料砂浆粘聚性和保水性较好，便于施工。但是，由于集料棱角较多，不宜于拌制面层砂浆。表5-3砂浆和易性能试验表试验指标流动性保水性砂浆稠度/mm砂浆分层度/mm配比编号/集料来源天然可循环天然可循环#174422312#26838219#361302075.3可循环集