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再生骨料发展前景及在混凝土中的运用

时间:2015-07-14 09:17:07  来源:  作者:

 

再生骨料发展前景及在混凝土中的运用

黄清林,陈磊

(嘉兴市鼎业新型建材有限公司 浙江嘉兴 314002

【摘要】本文针对市场天然资源的匮乏,再生骨料的发展前景还是有一定的市场,通过试验,论证了再生骨料在混凝土中等量替代天然骨料的可行性。

【关键词】再生骨料,发展前景,混凝土,运用

1前言

经济和社会的快速发展,城市化进程和城市建设速度的加快,使得城市中建筑废弃物的产生和排出数量也在快速增长。据统计,工业固体废弃物中,40%是建筑业产生的建筑废弃物。其中,废弃混凝土是建筑排出量最大的废弃物之一。欧洲国家每年排出废弃混凝土为5000万吨,美国为6000万吨,日本约1200万吨。面对砂石等自然资源日益短缺、建筑废弃物日渐增加的严峻形势,各国政府和研究机构纷纷制定政策,发展新技术,以促进建筑废弃物尤其是废弃混凝土的再生利用。

改革开放以来,我国开始了大规模的经济建设,施工的建筑面积逐年递增。资料显示,1990年以来我国建筑施工面积和竣工面积每五年约增加一倍。1991年我国房屋施工面积4.10亿平方米,竣工面积2.03亿平方米;2008年房屋施工面积53.05亿平方米,竣工面积22.36亿平方米。

据估计,每1万平方米建筑施工过程会产生废弃砖和水泥块等建筑废弃物约500-600吨;每拆掉1平方米混凝土建筑,就会产生近1吨的建筑废弃物。假设每年拆除的建筑物的总面积仅占每年建筑施工面积的10%,那么2015年产生的建筑废弃物总量将超过21亿吨。1991年到2015年我国建筑废弃物实际产生量及未来五年产量预测详见图1


 

2建筑废弃物的危害及利用价值

目前,我国绝大部分建筑废弃物未经任何处理,便被施工单位运往郊外或乡村,露天堆放或填埋,占用大量土地资源,耗用大量的征用土地费、垃圾清运费等建设经费,同时,清运和堆放过程中的遗撒和粉尘、灰砂飞扬等问题又造成了严重的环境污染。

2.1建筑废弃物特点

1)数量大。每拆除一处建筑物,都会产生几百吨甚至上千吨建筑废弃物。

2)普遍性。所有城市在建设过程中都会产生建筑废弃物,普遍存在建筑废弃物问题。

3)经常性。建筑废弃物每天都在不间断地产生。

4)污染性。建筑废弃物对植被、耕地及环境造成污染,侵占土壤造成污染,使土壤长期无法生长植物。

2.2建筑废弃物的危害

建筑废弃物的危害具有广泛性和滞后性等特点。主要有以下危害:

1)占用土地,降低土壤质量,造成地表沉降。

随着城市建筑废弃物量的增加,其堆放地点也在不断增加,堆放场的面积逐渐扩大,占用了大量的土地资源。同时,露天堆放的建筑废弃物在种种外力作用下,较小的碎石块会进入附近的土壤,改变土壤的物质组成,破坏土壤的结构,降低土壤的生产力。由于建筑废弃物的填埋方法是填埋8米后加埋2米土层,从而造成填埋区域的地表产生沉降和下陷,要经过相当长的时间才能达到稳定状态。

2)影响空气质量。

建筑废弃物在堆放过程中,在温度、水份等作用下,某些有机物发生分解,产生有害气体;一些腐败的废弃物会散发异味,其中的细菌、粉尘随风飘散,造成对空气的污染;少量可燃废弃物在焚烧过程中会产生有毒的致癌物质,对空气造成二次污染。

3)对水域造成污染。

建筑废弃物在堆放和填埋过程中,由于发酵和雨水的淋溶、冲刷,以及地表水和地下水的浸泡而渗滤出的污水,会造成周围地表水和地下水的严重污染。废弃物渗滤液内不仅含有大量有机污染物,而且还含有大量金属和非金属污染物,水质成分很复杂,一旦饮用这种受污染的水,将会对人体造成很大的危害。

4)破坏市容,恶化城市环境卫生。

城市建筑废弃物占用空间大,堆放杂乱无章,与城市整体形象极不协调。工程建设过程中未能及时转移的建筑废弃物往往成为城市的卫生死角。混有生活垃圾的建筑废弃物如不能进行适当的处理,一旦遇雨天,脏水污物四溢、恶臭难闻,成为细菌的滋生地,严重恶化城市环境卫生。

5)产生安全隐患。

大多数城市的建筑废弃物堆放场地选址在很大程度上具有随意性,留下了不少安全隐患。施工场地附近多成为建筑废弃物的临时堆放场所,缺少应有的防护措施,在外界因素的影响下,建筑废弃物堆出现崩塌,阻碍道路甚至冲向其他建筑物的现象时有发生。

这些建筑废弃物会对人体健康、生命安全构成潜在的威胁,对环境造成严重的污染以及损害人体健康。而建筑废弃物经过分捡、剔除或粉碎后,大多可作为再生资源重新利用。综合利用建筑废弃物是节约资源、保护生态的有效途径。大力开展建筑废弃物的回收再利用技术研究,不仅是实现是可持续发展战略的重要组成部分,也是发展循环经济的重要举措。为了使建筑废弃物的回收再利用取得良好的效果,必须结合我国国情,在国策、法律、制度、技术和管理等方面进行深入细致的研究,开发建筑废弃物处理和综合利用的新领域。

2.3建筑废弃物的利用价值

建筑废弃物的主要成分有:土、渣土、废钢筋、废铁丝和各种废钢配件、金属管线废料、废竹木、木屑、刨花、各种装饰材料的包装箱、包装袋、散落的砂浆和混凝土、碎砖和碎混凝土块、搬运过程中散落的黄砂、石子和块石等,这些材料约占建筑施工垃圾总量的80%。不同结构形式的建筑工地,建筑废弃物组成比例略有不同;施工管理水平不同,建筑废弃物数量差异也很大。建筑废弃物中的许多废弃物经过分捡、剔除或粉碎后,大多可作为再生资源重新利用,如废钢筋、废铁丝、废电线和各种废钢配件等金属,经分拣、集中、重新回炉后,可以再加工制造成各种规格的钢材;废竹木材则可以用于制造人造木材;砖、石、混凝土等废料经破碎后,可以代砂,用于砌筑砂浆、抹灰砂浆、打混凝土垫层等,还可以用于制作砌块、铺道砖、花格砖等建材制品;砖、瓦经清理可以重复使用;废砖、瓦、混凝土经破碎、筛分分级、清洗后,可以作为再生骨料配制低强度等级再生骨料混凝土,用于地基加固、道路工程垫层、室内地坪及地坪垫层、非承重混凝土空心砌块、混凝土空心隔墙板或蒸压粉煤灰砖等。所以建筑废弃物是一种重要的可利用资源。

在我国,再生骨料主要用于取代天然骨料来配制普通混凝土或普通砂浆,或者作为原材料用于生产烧结砌块或非烧结砖。用于混凝土中的再生骨料主要是废混凝土加工而成的,它主要来源于混凝土建筑物使用年限期满或者老化被拆除产生的废混凝土;市政工程的动迁以及重大基础设施的新建或改造产生的废混凝土;商品混凝土厂和预制构件厂的不合格产品或其他原因产生的不能加以使用的混凝土;新建建筑物施工和装修过程中散落混凝土,数量比较大;施工单位试验室和科研机构测试完毕的混凝土试件或者构件;地震、风灾和火灾等自然灾害造成建筑物倒塌而产生的废混凝土。再生骨料的性能有别于天然骨料,其应用也有一定的特殊性。为了保证再生骨料应用的效果和质量,推动再生骨料在建筑工程中的应用,我国制定了 GB/T 25177—2010《混凝土用再生骨料》、GB/T 25176—2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》两部国家标准于201181日开始实施。JGJ/T2402011 《再生骨料应用技术规程》,于2011121日开始实施。

2.3.1再生骨料的破碎工艺

再生骨料的破碎工艺主要是由破碎和筛分两部分组成,具体见图2

3再生粗骨料混凝土的试验

再生粗骨料混凝土是指再生粗骨料部分或全部取代天然粗骨料的混凝土,再生骨料经过处理,各方面性能均有提高,但仍然低于天然骨料。另外全部采用再生骨料会对混凝土性能有较大影响,一般对于粗骨料采用不同的取代率,细骨料则全部采用天然砂来配制混凝土。再生骨料混凝土的影响因素多,质量波动大。大量试验表明,影响再生粗骨料混凝土性能的主要因素为:再生粗骨料种类、再生粗骨料取代率、水泥用量、外加剂掺量。


 

图2:再生骨料的破碎工艺

 

3.1试验原材料

水泥:浙江刚石水泥厂生产的42.5级普通硅酸盐水泥;

矿粉:沙钢S95级矿粉;

粉煤灰:嘉兴热电厂Ⅱ级粉煤灰;

粗骨料:包括531.5mm连续级配的天然碎石、再生粗骨料,具体性能见表1

细骨料:符合JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》要求的赣江砂,细度模数为2.4

减水剂:江苏苏博特脂肪族高效减水剂,掺量为胶凝材料的1.5%,减水率为25%

水:自来水。

1 再生骨料与天然砂石性能表

粗骨料种类

颗粒级配

针片状颗粒含量%

含泥量%

泥块含量%

压碎指标%

坚固性%

有害物质%

表观密度kg/ m3

空隙率%

吸水率%

再生骨料

满足要求

5.2

0.4

0.2

12.4

7.8

满足要求

2510

50

4.0

天然碎石

满足要求

6.5

0.2

0.4

8.2

5.6

满足要求

2590

48

2.5

3.2试验方案

试验设计主要考虑三个条件:

1)粗骨料为天然碎石与再生骨料;

2)再生粗骨料取代率分别为0%50%70%100%

3)混凝土砂率为39%,减水剂掺量为1.5%,通过调整用水量控制坍落度在160180mm。混凝土配合比及性能结果见表 2

通过表2的坍落度损失,我们看到,再生粗骨料吸水率大,取代率越高,坍损越大,当取代率为100%的时候,1小时混凝土坍落度损失75mm所以当我们要提高取代率,还需通过技术手段调整配合比,以满足运输与施工需求。

通过表 2我们看出,再生粗骨料混凝土的强度与天然石料相比,相对要低,随着取代率的增高,强度有所下降,从试验中看出,对7天、28天、60天的强度来看,总体还是天然碎石的强度要高。

从表 2 可以看出,再生粗骨料在任何取代率的情况下,碳化深度都要高于天然碎石混凝土,而且随着取代率的增加,其碳化深度不断增加,碳化速度也反映出同样的结果。但通过多次试验证明,相同的取代率,随着单位水泥用量的增加,其碳化深度减少。

2 再生混凝土配合比及性能结果

编号

胶凝材料(kg)

细骨料

粗骨料

取代率(%)

减水剂

用水量

和易性

坍落度

抗压强度(MPa)

碳化深度(mm)

               

0min

30min

60min

7d

28d

60d

7d

14d

28d

A0

350

714

1116

0

5.25

162

良好

180

165

145

24.8

41.6

48.5

3.2

4.6

5.5

A1

350

714

1116

50

5.25

178

良好

175

150

130

22.5

40.8

46.1

3.5

5.0

5.8

A2

350

714

1116

70

5.25

186

良好

170

140

105

20.7

38.3

43.5

3.9

5.6

6.5

A3

350

714

1116

100

5.25

195

良好

170

130

95

20.2

37.5

42.9

45

6.4

7.8

4再生细骨料混凝土

再生细骨料混凝土是指以再生细骨料部分或全部取代天然细骨料的混凝土。再生骨料经过处理,各方面性能均有提高,但仍低于天然骨料。另外全部采用再生骨料对混凝土的性能有较大的影响,细骨料采用不同的取代率,粗骨料全部采用天然碎石来配制混凝土。影响再生细骨料混凝土性能的主要因素为:再生粗骨料取代率、水泥用量、外加剂掺量。

4.1试验原材料

水泥:浙江刚石水泥厂生产的42.5级普通硅酸盐水泥;

矿粉:沙钢S95级矿粉;

粉煤灰:嘉兴热电厂Ⅱ级粉煤灰;

粗骨料: 531.5mm连续级配的天然碎石;

细骨料:包括符合JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》要求的赣江中砂,细度模数为2.4,与再生细骨料,具体性能见表 3

减水剂:江苏苏博特脂肪族高效减水剂,掺量为胶凝材料的1.5%,减水率为25%

水:自来水。

3 再生细骨料与天然砂性能表

砂的种类

堆积密度kg/ m3

密实密度kg/ m3

表观密度kg/ m3

空隙率%

吸水率%

坚固性%

泥块含量%

泥含量%

细度模数

有机物含量

再生细骨料

1280

1320

2310

46

15.4

16.0

9.0

3.7

3.1

满足要求

天然砂

1450

1550

2580

41

0.9

8.3

1.6

0.8

2.4

满足要求

4.2试验方案

试验设计主要考虑三个条件:

1)细骨料为天然中砂与再生细骨料;

2)再生细骨料取代率分别为0%40%70%100%

3)混凝土砂率为39%,减水剂掺量为1.5%,通过调整用水量控制坍落度在160180mm。混凝土配合比及性能结果见表 4

4 再生细骨料混凝土的配合比及性能结果

编号

胶凝材料(kg)

细骨料(kg)

粗骨料(kg)

取代率(%)

减水剂(kg)

用水量(kg)

和易性

坍落度mm

抗压强度(MPa)

碳化深度(mm)

                 

30 min

60 min

7

28

60

7

14

28

A0

350

714

1116

0

5.25

163

良好

180

160

135

25.4

42.6

50.2

3.0

4.5

5.2

A1

350

714

1116

40

5.25

181

良好

175

140

115

24.3

41.0

48.5

2.8

3.6

4.0

A2

350

714

1116

70

5.25

197

良好

175

130

100

23.6

40.2

45.8

4.4

5.1

5.8

A3

350

714

1116

100

5.25

212

良好

170

115

75

21.5

35.7

40.6

48

6.0

7.4

再生细骨料吸水率大,与天然中砂不同,为了保证再生细骨料混凝土满足施工要求,必须满足流动性、黏聚性、保水性三个指标。我们通过上表配合比的试验,取代率越高,用水量越大。保证在相同的坍落度下,当取代率越高,和易性越差。

通过表 4 的坍落度损失,我们看到,取代率越高,坍损越大,当取代率为100%的时候,1小时混凝土坍落度损失为95,所以当我们要提高取代率,还需通过其他技术手段调整配合比,以满足运输与施工需求。对于运输距离比较远,取代率为100%的时候,还是存在风险,故要依据企业现场实际情况进行取代。

通过表 4 我们看出,再生细骨料混凝土的强度与天然中砂相比,相对要低,随着取代率的增高,强度有所下降,从试验中看出,对7天、28天、60天的强度来看,总体还是天然中砂的强度要比取代再生细骨料高。

再生细骨料颗粒菱角较多,表面粗糙,吸水率大,不利于混凝土密实度提高,但通过多次试验证明,颗粒细骨料级配合理,用水量有较大幅度降低,使得混凝土的密实度提高,碳化深度降低,抗碳化性能提高。

5总结

1)通过试验证明,再生粗骨料的强度接近天然碎石,这说明对于普通混凝土使用,不影响混凝土的强度;

2)再生粗骨料混凝土对于不同的取代率而言,其用水量与碳化深度有直接关系;

3)提高再生粗骨料混凝土的水泥用量,这对于混凝土的性能改善与提高是有明显作用,并对于早期与后期的强度增长大于天然碎石。

4)再生细骨料混凝土随着用水量比较大,随着取代率的增加而增加;

5)再生细骨料混凝土抗压强度比天然中砂混凝土要低;

6)对于再生细骨料完全取代天然中砂的使用要慎重,因为坍损比较大,应根据实情作好技术调整。

在试验中发现,对于再生骨料的破碎设备与再生骨料的质量影响相当大,破碎的再生骨料质量越好,对混凝土的取代率越高,而且混凝土的工作性能越好。普通破碎与破碎整形好的再生骨料差异特别大,为此,在使用过程中应该结合企业自身实际,试验论证好使用,勿套用其他企业的配比,因为再生骨料破碎质量不同,结果也不同。

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【作者简介】黄清林,男(1973--),江西吉安人,多年来一直致力于商品混凝土与混凝土制品的新技术的开发与集团化企业的运营管控。