再生混凝土收缩与徐变性能研究.pdf
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1、文章编号:1 0 0 7 - 0 4 6 X ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 2 4 0 4 , 凰 废种用; 再生混凝土收缩与徐变性能研究 A d v a n c e i n S t u d y o f S h r i n k a g e a n d C r e e p P r o p e r t i e s o f R e c y c l e d C o n c r e t e 戴劲,唐亮 ,宋卫民 ( 中南大学土木建筑学院,湖南长沙4 1 0 0 7 5 ) 摘 要:介绍 了混凝土收缩和徐变的机理。从集料掺量和品质、水灰比、掺合料 、研究方法等方面总结分析了国 内外在再生混凝土收
2、缩徐 变研究方面取得的进展。已有的研究结果表明:再生混凝土的收缩和徐变性能 与再生集料掺量、水灰比、掺合料、集料破碎 工艺以及研究方法有关。最后结合环境保护和可持续发展 战略 ,提 出了再生混凝土技术开发需要进一步研究的问题,对今后的发展方向提 出了展望。 关键词 :再生混凝土;收缩;徐变;机理;综述 中图分类号 :X7 9 9 1 文献标志码 :A Ab s t r a c t :A b r i e f i n t r o d u c t i o n o f me c h a n i s m o f s h r i n k a g e a n d c r e e p o f c o n c
3、r e t e wa s ma d e T h e a d v a n c e i n f o r e i g n a n d d o me s t i c s t u d y o f s h r i n k a g e a n d c r e e p o f r e c y c l e d c o n c r e t e wa s s u mma r i z e d a n d a n a l y z e d f r o m a s p e c t s o f a mo u n t a n d q u a l i t y o f a g g r e g a t e s , t h e r a
4、 t i o W C c h e mi c a l a n d mi n e r a l a d mi x t u r e s a n d r e s e a r c h me t h o d s Re s e a r c h r e s u l t s s h o we d t h a t s h r i n k a g e a n d c r e e p p r o p e r t i e s o f r e c y c l e d c o n c r e t e r e l a t e d t o t h e v o l u me a n d q u a l i t y o f a g
5、g r e g a t e s t h e r a t i o W C , c h e mi c a l a n d mi n e r a l a d mi x t u r e s a n d r e s e a r c h me t h o d s At l a s t , s o me s u g g e s t i o n s o n f u r t h e r s t u d i e s o f 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 a r e r e c o mme n d e d b a s e d o n t h e
6、i d e o l o g y o f e n v i r o n me n t p r o t e c t i o n a n d t h e p o l i c y o f s u s t a i n a b l e d e v e l o p me n t i n c o n s t r u c t i o n i n d u s t r y F u t u r e d e v e l o p me n t t e n d e n c y p r o s p e c t e d Ke y wo r d s : r e c y c l e d c o n c r e t e , s h r
7、 i n k a g e , c r e e p , s u mma r y , p r o s p e c t 0 前 言 自 从 2 O 世纪 8 O年代以来我国基础建设取得了巨大的 成绩,大中型城市不断地扩建,拆毁旧建筑建造新的现代 化建筑,同时城市中建筑垃圾的产生和排出数量也在快速 的增长。据专家统计,我国每年新建房屋约 6 5 亿 m z ,每 万 m 2 排出垃圾 5 0 0 6 0 0 t ,全年仅施工建设和排出的建 筑垃圾近 4 0 0 0 万 t 。除此之外,旧建筑的拆除垃圾也不容 忽视,每平方米旧建筑拆除垃圾为 O 5 0 7 t ,旧房屋拆 除面积按新建面积的 1 0 计
8、算,则房屋拆除垃圾在 4 0 0 0 万 t 左右,以上两项合计,我国建筑垃圾每年产生量约 8 0 0 0万 t q 。 从一般意义上讲,再生集料混凝_- = ( 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 ) 是指利用废弃混凝土破碎加工而成的再生 集料,部分或全部代替天然集料,再加入水泥、水或部分 天然集料配制而成的新混凝土,简称再生混凝( R e c y c l e d C o n c r e t e ,a c ) 。把废弃混凝土经过破碎加工后所得粒径在 4 0 m m以下的集料称为再生集 I- ( R e e y e
9、l e d A g g r e g a t e ,R A ) 。 2 4 COALASH 3 2 01 3 其中,粒径在O 5 5 0 m m的集料为再生细集料( R e c y c l e d F i n e A g g r e g a t e ,R F A ) ,粒径在 5 4 0 m m的集料为再生粗集料 f R e c y c l e d C o a r s e A g g r e g a t e ,R C A ) t 】 。再生混凝土是建筑 材料循环利用,与生态环境的发展相协调的重要部分,也 符合国家的可持续发展的战略。废弃混凝土主要来源于旧 建筑的拆除,以及在建筑施工过程中产生的废
10、弃物。 目前国内外对开展再生混凝土方面的试验研究主要 集中在再生混凝土的物理性能和力学性能上l 3 _ ,针对再 生集料的收缩和徐变性能的研究较少。 l 混凝土收缩与徐变性能机理 混凝土的收缩是指混凝土在新拌状态的凝结硬化和使 用过程中混凝土表面早期失水及内部水分变化、化学反应 和温度变化等引起的体积减小。收缩是非荷载作用下引起 混凝土裂缝最常见的因素。大量研究表明:8 0 非荷载裂 缝是由收缩造成的。可见收缩变形是促使混凝土开裂的最 主要因素,收缩变形能力是反映混凝土性能的一项重要 指标, 尤其是对混凝土在使用过程中的寿命影响及其服役 年限的影响更为重要。因此有必要对再生混凝土的收缩进 行研
11、究分析。混凝土的收缩包括 6 大类,分别为塑性收缩、 自收缩【8 】 、干燥收缩、温度收缩、碳化收缩和化学减缩。 混凝土的徐变是指在持续荷载作用下,混凝土产生的 随时间而增加的变形。徐变产生的原因,一般认为是在长 期荷载作用下,水泥石中胶凝体产生黏性流动或滑移,同 时吸附在凝胶粒子上的吸附水向毛细管渗出所致。 2 再生混凝土收缩和徐变性能国内外研究现状 2 1 收 缩 再生混凝土的收缩机理同普通混凝土基本一样。在普 通混凝土中,产生的收缩变形,主要是水泥砂浆、粗集料对 水泥砂浆的收缩变形起着抑制作用。但是由于再生集料在 破碎时会使集料表面和内部产生微裂纹,从而使再生混凝 土吸水性能提高;再生集
12、料表面黏结有一定量的水泥浆, 故而再生集料表面比较粗糙并且具有较大的空隙率;另一 个原因就是再生集料的压碎指标小,抵抗变形的能力差。 为改善再生混凝土的工作性能,通常采用预湿再生集料或 者增加拌和水等方法,但均将增大再生混凝土的干缩变形。 已有的很多研究表明,再生混凝土的收缩性能随着再生集 料掺量的增加而增大 9 - 1 2 1 。 D o m i n g o C a b o l l 3 1 等 人发现再生混凝土的收缩在 2 8 d 之后增长趋势明显。掺量为2 0 再生集料的混凝土在早期 与普通混凝土表现出相似的收缩情形;但是在 6个月龄期 时再生混凝土的收缩变形值比普通混凝土高出约 4 。
13、掺量为5 0 再生集料的混凝土在 6 个月的龄期时,其收缩 变形值比普通混凝土高出 1 2 。掺量为 1 0 0 再生集料的 混凝土在 6 个月的龄期时,其收缩变形值比普通混凝土高 出达7 0 。当再生集料的掺量 掺加硅粉的混凝土 不掺加矿物掺合料的混凝土 掺加粒化高炉矿渣的混凝 土 掺加粉煤灰的混凝土。这可能是因为硅粉和偏高岭土 与 C a ( O H ) , 反应生成了更多的C S H凝胶,然而添加了粉 煤灰和粒化高炉矿渣的混凝土由于粉煤灰和粒化高炉矿渣 的水化率比较低,而且未水化的矿物颗粒对浆体具有一定 的抑制作用,使得干缩值较小。 叶禾【 l 8 】 的研究发现普通再生集料混凝土的各龄
14、期收缩 率较普通混凝土大为增大,增加程度约 4 0 ,与国内外 的研究比较一致 1 9 - 2 0 1 。收缩增大的原因主要是由于普通再 生集料空隙较大,吸水率大,失水时干缩也大。但是对于 高品质的再生集料混凝土,由于高品质再生集料孔隙率降 低,吸水率减小,因此收缩率较普通再生集料的情况有所 降低,但是仍高出普通混凝土 1 0 左右, 说明其收缩性能 仍较普通混凝土差。 3 2 0 1 3 粉煤灰 2 5 T o r b e n C H a n s e n 等_ 2 1 】 试验发现再生混凝土的干缩量要 比普通混凝土的大 4 0 一 6 0 ,特别是用性能很差的再生 集料配制高强混凝土,其干缩
15、量要比普通混凝土的高几倍。 K K S a o e C r e n t s i l I 1 等认为再生混凝土在前 9 l d 干缩量比较 大,以后趋于稳定,但要比普通混凝土的大得多,分析认 为可能是再生集料比天然玄武岩集料约束能力低引起的。 V a l e r i a C o r i n a l d e s i t 1 研究了湿度为5 0 、温度为 2 0 c c 时两种粒径的再生粗集料混凝土的干缩性能。研究结果表 明在 1 8 0 d 达到同一强度等级时,掺 3 0 的小粒径再生集 料的混凝土与掺 3 0 的大粒径再生集料的混凝土的干缩值 较普通混凝土分别降低 2 3 和 1 4 ,同时发现
16、掺加 3 0 小粒径再生集料的混凝土的7 d龄期干缩较另外两种混凝 土小。 A m n o n K a t z I2 1 对掺加了部分水化的旧混凝土的再生集 料的混凝土的干缩进行了研究,将2 8 d 抗压强度为 2 8 M P a 时的混凝土在 1 d 、3 d和 2 8 d龄期时粉碎作为再生集料 的来源,掺量为 1 0 0 ,同时考虑了水泥的品种,试验结 果见图 1 。结果表明:1 d 和 3 d 破碎的再生集料混凝土的 干缩变形基本相同,2 8 d的干缩变形值较大;用普通水泥 配制的再生混凝土普遍比用白水泥配制的再生混凝土干缩 变形大;再生混凝土的变形比普通混凝土小,且随着龄期 的增大,这
17、种差异逐渐增大。 0 H _ : 0 1 0 2 O 30 4 0 5 O 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 时间 d 图1 白 水泥( wP c ) 和普 通水泥 ( 0 P C ) 配 制的 再生混 凝土的 干缩性 能 S C K o u 等【2 5 】在对自 密实再生混凝土f R A s c c ) 研究 中发现随着再生细集料掺量的增加,R A S C C的干缩有增 大的趋势,但是可以通过降低水灰比来控制 R A S C C的 干缩。同时还研究了掺加玻璃再生自密实混凝土的性能 2 6 】 , 研究发现随着玻璃掺量的增加,再生自密实混凝土的干缩 值逐渐减小,主要归结于玻璃的吸水性
18、较差。 2 2 徐 变 对于普通混凝土而言,已有的研究表明由于集料徐变 极小,增大混凝土中集料体积,徐变会减小。但是对于再 2 6 CoAL ASH 3 2 01 3 生混凝土而言,由于集料表面黏结有部分水泥浆 ,并且 再生集料在破碎过程中会产生一定量的微裂纹,集料的压 碎指标会降低,所以一般认为再生集料对混凝土徐变的影 响是不利的。 s C K o u , 等 2 6 】 的研究表明再生混凝土的徐变随着再生 集料掺量的增加而增大。 叶禾 1 8 1 的研究表明:与由普通再生集料( 常规破碎工艺 生产的再生集料) 配制的混凝土相比,高品质再生集料混凝 土徐变变形值较低。普通再生集料孔隙较高,吸
19、水率大是 导致其徐变显著增大的主要原因。对于高品质再生集料混 凝土,由于高品质再生集料孔隙率降低,吸水率减小,因 此导致其徐变值较普通再生集料的情况有所降低,但是仍 大于普通混凝土。 由于再生集料掺量的不同,再生集料混凝土和普通混 凝土的轴心抗压强度表现出一定的差异,D o m i n g o C a b o t ” 】 等人采用徐变度来表征再生混凝土的徐变性能。研究表明 再生集料掺量为2 0 的再生混凝土的徐变度比 普通混凝土 高出2 5 ,再生集料掺量分别为 5 0 和 1 0 0 时再生混凝 土的徐变变形分别比普通混凝土高出2 9 和3 2 。另外, G o m e z S o b e
20、r o n t 的研究表明与普通混凝土相比,再生混 凝土的干燥徐变更大。 但是也有研究表明f2 8 】 ,再生粗集料的掺加可降低再生 混凝土的徐变度,但是随着再生细集料的增加,徐变度总 体表现为增加。 矿物掺合料对再生混凝土徐变性能的影响,有研究表 明矿渣可明显降低再生混凝土徐变度 2 8 1 。S C K o u , 等 1 6 】 的 研究认为粉煤灰能够降低再生混凝土的徐变, 原因分析为 掺加粉煤灰的再生混凝土的低徐变主要取决于施加徐变荷 载后混凝土强度的继续增长2 9 】 ,粉煤灰再生混凝土的后期 强度发展要高于未掺加粉煤灰的再生混凝土强度,所以对 掺粉煤灰的再生混凝土而言实际的应力一
21、强度比小于徐变试 验的应力水平, 故而掺加了粉煤灰的再生混凝土徐变较小。 对再生集料混凝土收缩和徐变的试验方法方面,除了 现有的A C I 、C E B及中国标准外,很多学者提出了一些新 的理论方法。相比于传统的混凝土试验方法,有人提出等 效浆体体积法 ( e q u i v a l e n t m o r t a r v o l u m e m e t h o d E M V) 3 0 - 3 1 , 即在再生集料混凝土配合比设计时将再生集料视为自然集 料和表面胶凝材料的综合体。利用这种方法,G h o l a m r e z a F 等3 0 】 人考察了再生混凝土与普通混凝土的徐变性能,
22、研 究了徐变度和徐变系数的相对变化,试验研究表明传统 的再生混凝土试验方法得出的徐变度和徐变系数都是最大 的,而采用E M V 方法进行试验的再生混凝土其徐变度和徐 变系数甚至小于天然集料的混凝土,对再生混凝土收缩性 能的研究也得出了近似的结论。 3 结 论 随着社会经济的高速发展,将会产生越来越多的建筑 垃圾,人们对再生混凝土的利用力度会逐渐加大。使用废 弃混凝土作为集料生产再生混凝土,是对资源的再生利 用,可以保护环境、节约资源,真正实现了建筑废弃混凝 土的资源化、无害化;同时,钢铁厂的铸造废渣以及日常 生活和工业生产中产生的大量废旧玻璃,都可以用于混凝 土中取代粗集料或者细集料,实现资源
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