毕业论文废弃混凝土再利用研究Word文件下载.docx
《毕业论文废弃混凝土再利用研究Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业论文废弃混凝土再利用研究Word文件下载.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
本文主要研究将废弃混凝土分解得出骨料并将骨料经过物理强化得出的骨料进行性能对比。
并且将强化过的再生骨料制备再生混凝土研究其性能及其与天然骨料的对比。
第2章废弃混凝土的再利用研究
2.1废弃混凝土的分类
从回收利用的经济性和再生骨料的相关性能需求对废弃混凝土，可以将其分为可回收是废弃混凝土和有害的、无害的没有利用价值的不可回收的废弃混凝土两类。
可以影响再生混凝土使用性的因素很多其中性能差、有害杂质含量高，是其中影响新拌再生混凝土使用性的两大因素，它们是不可回收混凝土。
废混凝土可根据来源、使用环境、暴露条件等加以确定是否可以回收，建议下列废混凝土不宜回收
（1）混凝土经过特殊使用要求的（如核电站、医院放射间等受到辐射的混凝土）
（2）已被重金属或有机物污染的废混凝土
（3）废混凝土存在碱一骨料反应的。
（4）废混凝土含有大量不易分离的木屑、污泥、沥青等的。
2.2混凝土再利用的研究的必要性和可行性
在人类的文明社会建设过程中混凝土的相关材料在其中扮演着相当重要的角色，随着人类一步一步发展，混凝土的用量越来越多，与此同时带来的问题越来越显著。
据统计，全世界水泥的产量已经达到了上十亿吨，混凝土的产量比之更是有过之而不及。
可以这样说，混凝土是使用最为广泛的建筑材料。
而且我们国家的混凝土产量大约占了全世界混凝土产量的一半，因为这样，我国开采大量的黏土，等相关的骨料制造混凝土，消耗了很多的自然资源。
很长一段时间以来，因为天然骨料的廉价及无穷无尽的储量没有受到重视，任意开采。
结果造成了很多人类造成的自然灾害。
而且随着人类社会的发展对混凝土的需求不断上升。
这样的结果最终终将会导致资源的枯竭。
发展到现在，现在的问题已经不仅仅是资源的问题，随着社会的发展不仅仅是新建筑的飞速新建，还有大量的旧建筑物的拆除，这会导致产生大量的建筑垃圾。
这些垃圾非常不好处理，它们不仅会造成环境污染如果处理不当还会造成二次污染。
为了解决上面发现的问题，原本是建筑垃圾的废弃混凝土的使用越发热门。
这已经是很多国家环境保护和可持续发展的研究内容之一。
其中经过研究发现建筑垃圾中进行回收处理的废弃混凝土，作为循环再生骨料，既可以解决废弃混凝土造成的环境问题，而且还可以节约天然骨料的使用量，所以可以既治标又治本的解决造成的相关问题。
所以，研究混凝土再生骨料是一项很重要的研究。
但是由于再生骨料与天然骨料相比性能较差（内部存在大量的微裂纹，压碎指标值高，吸水率高），用它制造的在生混凝土还难以满足工程建设的相关要求。
要让在生混凝土广泛使用起来还要对其进行相关的一系列强化。
比如，日本使用加热研磨法处理的再生骨料各项性能已经接近天然骨料，但使用这种方法耗能较大，生产的再生骨料成本较高不利于推广利用，研究表明，利用颗粒整形技术强化得到的高品质再生骨料配制的混凝土的力学性能、耐久性能等已经接近天然骨料混凝土，从根本上解决了再生骨料的各种缺陷，完全可以取代天然骨料使用在结构混凝土中。
此外，日本已经对再生混凝土的一系列相关性能做了系统的研究。
德国再生混凝土的研究开发应用稳步发展取得了一系列成果。
荷兰禁止对建筑废弃物进行掩埋处理，建筑废弃物的利用率几乎达到了100%。
2.3废弃混凝土再生骨料生产工艺
2.3.1废弃混凝土再生骨料制备
（1）再生混凝土的简单破碎工艺
目前，全世界范围内的再生骨料的简单破碎工艺大同小异，主要是将不同的设备有机的组合到一起，一起完成相关工序如：
破碎、筛选及去除杂质等。
图7
A.俄罗斯
在建筑垃圾废混凝土中因为往往混有一些其他杂质比如：
金属、玻璃、木材等，所以俄罗斯特别设置了磁铁分离和分离台装置。
B.德国
其再生骨料破碎工艺。
通过颚式破碎机的加工，其加工出的再生骨料分为0-4㎜、4-16㎜、16-45㎜及45㎜以上。
图8
C.日本
日本的再生骨料破碎生产工艺流程大致上可分为以下三个阶段
预处理破碎阶段将混凝块破碎成约40mm粒径的颗粒。
二次处理破碎阶段预处理破碎后的混凝土块，进行二次处理。
筛分阶段。
图9
D.国内
国内起步较晚，史魏等设计了带有风力分级的再生骨料生产工艺。
图10
（3）简单破碎再生骨料的特性
再生骨料的颗粒形状。
颗粒形状和卵石，砾石骨料有很大的不同，但用三轴形状系数的计算方法，传统试验结果的系数差异不大。
大量的研究表明，再生骨料的颗粒形状与天然骨料相似或稍好。
再生骨料的表面结构。
由于附着在再生骨料表面的砂浆的存在，相对表面粗糙度比普通碎石高10％-15％。
因此，当再生骨料混凝土拌制时，砂率应该高于碎石混合的砂率。
再生骨料的分级。
再生的细骨料粒度一般为0.16〜5mm，主要包括在粉碎后附着的砂浆水泥浆形成的砂，砂，石粉等。
此外，经常与一些粘土，淤泥，淤泥和其他有害杂质混合，它们粘附在骨料表面，会阻碍水泥和再循环的细骨料粘结，降低混凝土的强度。
再生骨料的表观密度，堆积密度和孔隙率。
硬化水泥浆体密度低，表面粗糙，孔隙率大，在破碎工程内部产生大量的微裂纹，使得再生骨料的体积密度和表观密度低于天然骨料，空隙率不会太高。
对于工程应用中普通鹅卵石和砾石，再循环粗骨料的空隙不会增加太多。
再生骨料的吸水特性。
天然岩由于孔隙体积含量低，一般小于3％，很少大于10％，因此常用的天然骨料吸水率和吸水率小。
但是对于再生骨料，表面粗糙度，颗粒角度，成分含有相当多的硬化水泥浆，砂浆的水泥石本身孔隙本身比较大，在粉碎过程中，其内部倾向于产生大量微裂缝。
因此，再生骨料的吸水率和吸水率比天然骨料大得多;
再生骨料不仅吸水率高，而且吸水率相当快。
再生骨料的强度。
再生骨料的强度是指再循环粗骨料的强度。
来自废混凝土块的再循环粗骨料和破碎和加工回收的粗骨料组合物是非常复杂的，不仅包含具有不同高度的混凝土设计强度等级的组成，并且包含许多低密度材料。
废混凝土的表面结构已经被自然碳化或者在被其它腐蚀性气体侵蚀之后变得松散。
一般来说，粉碎再生骨料的抗压性能指标较弱;
再生骨料的高孔隙率容易吸水，饱和后，抗压强度明显下降;
再生骨料具有非常高的剪切强度和摩擦角，并且包括弱剪切强度的骨材料颗粒的再生降低，抗再循环骨料的最大粒径和均匀系数，骨料尺寸和剪切盒剪切强度的再生;
再生骨料本身质量不均匀，孔隙率大，破碎过程中仍有一些微裂纹，因此弹性模量明显低于天然骨料;
再生骨料比天然骨料表面的一层硬化水泥浆，硬化水泥砂浆的强度低，因此在压实时，在研磨的影响下更容易分散，导致再生骨料的耐磨性更差。
（4）简单破碎再生混凝土的性能及再生骨料的必要性
加强再生骨料。
再生骨料的主要缺点是再生骨料的颗粒软，破碎指数值高，强度低。
随着现代混凝土技术的发展，研究人员发现，在加固骨料后，可以提高再生混凝土骨料的强度。
目前，提高再生骨料的强度和质量的方法包括机械活化，酸活化，聚合物乳液处理，化学淤浆处理和水玻璃溶液处理。
因为化学强化的方法效果不好，并且代价过大，没有应用价值。
所以本文只研究物理强化［4］。
（5）颗粒整形强化
颗粒整形强化法，就是通过机器，去掉骨料表面附着的砂浆和石头，并去掉骨料颗粒上比较突出的棱，这不仅美化了骨料的外观而且通过这样从而实现骨料的强化。
该系统由主机，除尘，电控、润滑和压力密封系统组成。
再生产中先将废混凝土利用机器破碎，然后在进行筛分，筛分后将需要重行进行破碎的进行破碎，无需破碎是颗粒在进行强化。
然后再进行分类将其分为细骨料和粗骨料，然后再将分类后的骨料进行除尘，最后再进行堆放。
过程如下图。
图11
2.4废弃混凝土再生骨料的性能研究
2.4.1简单破碎骨料与天然骨料性能
可以从图中看出，再生粗骨料的表观密度比天然粗骨料的表观密度大约150kg/m³
再生细骨料的表观密度比再生细骨料的表观密度小150kg/m³
.再生骨料的表观密度影响因素有很多其中与粒径、以及原来混凝土的密度有很大关系，因为再生骨料的表面有密度较小的砂浆在表面。
所以再生骨料的表观密度比天然骨料的密度小。
图12
反映骨料在堆积状态下单位体积的质量叫骨料的堆积密度。
因为再生骨料比较粗糙没有天然骨料圆润，而且还有比较多的棱角，所以再生骨料的堆积密度理所当然的比天然骨料小。
图13
反映了散粒骨料的颗粒互相填充的致密程度的数据叫空隙率，其大小可以作为依据是控制骨料级配的。
可以从图中看出，再生粗骨料的孔隙率比天然骨料的孔隙率大大约4%,再生细骨料的孔隙率比再生粗骨料的孔隙率小大约7%。
这与上面的原因相同因为再生骨料比较粗糙没有天然骨料圆润，而且还有比较多的棱角，所以再生骨料的堆积密度大，所以再生骨料的孔隙率小。
图14
从下图可以看出，天然粗骨料的吸水率比天然粗骨料的吸水率大大约2%，再生细骨料的吸水率比天然砂的吸水率大大约14%，造成这种情况的原因是：
天然骨料的孔隙率小，而再生骨料比较粗糙没有天然骨料圆润，而且还有比较多的棱角，内部也会有大量的裂纹，种种情况就造成了再生骨料的吸水率比天然骨料的吸水率小。
图15
从下图中可以看出，再生粗骨料的在序号为1的试验中压碎指标比天然骨料小8%，序号为2的试验中再生粗骨料的压碎指标比天然粗骨料小8.2%，序号为3的试验中再生粗骨料的压碎指标比天然粗骨料小8%，序号为4的试验中再生粗骨料的压碎指标比天然粗骨料小8.4%，序号为5的试验中再生粗骨料的压碎指标比天然粗骨料小8.1%，序号为6的试验中再生粗骨料的压碎指标比天然粗骨料小9.7%，序号为7的试验中再生粗骨料的压碎指标比天然粗骨料小5.6%，序号为8的试验中再生粗骨料的压碎指标比天然粗骨料小8.2%，平均值再生粗骨料比天然粗骨料小7.9%。
产生这样的结果与原混凝土及包裹着的水泥砂浆，还有加工过程都有关系。
表1
2.4.2简单破碎再生骨料与颗粒整形再生骨料的性能对比
通过使用用不同的粒级来进行这次的试验，实验过程中测试了简单破碎再生粗骨料和颗粒整形再生粗骨料以及简单破碎再生细骨料和颗粒整形再生细骨料的堆积密度。
表2再生粗骨料堆积密度
粒径（㎜）
简单破碎粗骨料kg/m³
颗粒整形粗骨料kg/m³
5-10
1057
1210
10-16
1132
1270
16-12
1197
1244
20-25
1182
1291
25-31.5
1170
1248
表3再生细骨料堆积密度
简单破碎细骨料kg/m³
颗粒整形细骨料kg/m³
2.5-5.0
1102
1190
1.25-2.5
1077
1161
0.63-1.25
1078
1169
0.315-0.63
1040
1152
0.16-0.315
953
1110
平均
1050
1150
从上表中的结果可以看出，经过颗粒整形的再生粗骨料的堆积密度比之提高了4%-14.5%。
使再生细骨料的堆积密度提高7.8%-16.5%。
这说明颗粒整形的效果非常明显。
表4再生粗骨料孔隙率%
54.7
51.4
20.-25
53.1
50.3
16-20
53.8
52.7
56.1
51.2
58.4
52.9
5-3.15
53.3
48.5
从上表中可以看出，在粒径25-31.5的简单破碎粗骨料比颗粒整形粗骨料孔隙率大3.3kg/m³
在粒径20-25的简单破碎粗骨料比颗粒整形粗骨料孔隙率大2.8kg/m³
在粒径16-20的简单破碎粗骨料比颗粒整形粗骨料孔隙率大1.1kg/m³
在粒径10-16的简单破碎粗骨料比颗粒整形粗骨料孔隙率大4.9kg/m³
在粒径5-10的简单破碎粗骨料比颗粒整形粗骨料孔隙率大5.5kg/m³
在粒径5-3.15的简单破碎粗骨料比颗粒整形粗骨料孔隙率大4.8kg/m³
整形效果可以说非常明显。
因为颗粒整形可以将黏附在骨料表面的水泥砂浆剥离，降低了再生骨料的吸水率。
表5再生粗骨料吸水率%
2.41
1.21
2.-25
3.08
1.34
3.15
2.14
4.86
3.50
7.52
4.26
5-31.5
4.70
2.90
表6再生粗骨料吸水率%
6.7
5.3
7.7
6.2
7.1
9.1
8.1
11.1
10.1
颗粒整形使再生粗骨料吸水率小幅度下降了0.4%，再生细骨料的水泥石含量高，细骨料中的微裂缝多。
通过整形处理，可以有效的使再生细骨料的品质提升并使吸水率降低。
从下表中可以看出在序号1的试验中简单破碎粗骨料比颗粒整形粗骨料的压碎指标大6.4kg/m³
在序号2试验中简单破碎粗骨料比颗粒整形粗骨料的压碎指标大7.4kg/m³
在序号3试验中简单破碎粗骨料比颗粒整形粗骨料的压碎指标大5.6kg/m³
平均下来简单破碎粗骨料比颗粒整形粗骨料的压碎指标大5.2kg/m³
。
造成这种结果说明整形处理可以非常显著的降低再生粗骨料的压碎指标值。
表7再生粗骨料的压碎指标%
序号
1
16.2
9.8
2
16.8
9.6
3
14.4
8.8
平均值
15.8
9.4
2.4再生粗骨料混凝土的性能研究
由再循环粗骨料部分或全部代替天然粗骨料制成的混凝土称为再循环粗骨料混凝土。
再生集料在工厂经过各种处理后，各方面的性能有所提高，但仍低于天然集料。
此外，再生骨料制成的所有再生混凝土对混凝土性能的影响相对较小，如果粗骨料使用不同的替代率，则所有细骨料都使用天然砂制备混凝土。
回收粗骨料混凝土的影响因素，质量相对较小的波动，许多试验表明，影响再生粗骨料混凝土性能的主要因素如下：
再生粗骨料类型，再生粗骨料的置换率和水泥用量。
因此，本研究重点探讨了上述几种因素的影响。
2.4.1原料
水泥：
山东生产的42.5级普通硅酸盐水泥
粗骨料:
5～31.5mm连续级配的天然碎石、颗粒整形再生粗骨料，具体性能见下表。
细骨料：
符合JGJ52-2006要求的河砂，细度模数为2.8
减水剂：
水剂，掺量为水泥质量的1.2%（减水率约为32%）
水：
自来水
表8
粗骨料种类
再生粗骨料
天然碎石
颗粒级配
满足要求
针片状颗粒含量%
1.5
6.5
含泥量%
0.4
0.6
压碎指标%
8.3
8.2
坚固性%
4.2
5.2
表观密度（kg/m³
）
2590
2597
孔隙率%
48
吸水率%
2.9
2.5
2.4.2
再生粗骨料混凝土的工作性
再生骨料吸水率小，粒形有别于天然碎石，为了保证再生混凝土拌合物满足施工要求，应该研究再生粗骨料混凝土配合比对性能的影响。
混凝土的工作性经常用和易性表示。
它包括黏聚性、保水性、流动性三个指标，和易性是指混凝土施工时方便振捣密实，不产生一些影响质量的现象，和易性是一项综合性能，新拌混凝土的流动性，作为和易性的一个评价指标，观察保水性和黏聚性。
试验通过调整用水量控制坍落度在160～200mm范围内的混凝土，研究再生粗骨料取代率对再生骨料混凝土用水量的影响。
试验结果见表。
表9再生混凝土的用水量
编号
水泥
用水量
Kg/m³
取代率%
A0
300
158.5
A1
40
157.0
A2
70
165.5
A3
100
180.0
B0
400
162.5
B1
167.0
B2
170.0
B3
175.0
C0
500
163.0
C1
164.5
C2
168.5
C3
169.5
研究表明，粗骨料料越接近球形，其棱角越少，颗粒之间的空隙越小，达到同样的坍落度时用水量就越小。
颗粒整形可以十分显著的提高回收的粗骨料具有各种性能，并提高堆积密度以降低破碎指数，使再生粗骨料的破碎指数接近天然粗骨料，提高回收的混凝土水耗量贡献较小。
由表可知，再生粗骨料取代率为40%时，用水量已经接近普通混凝土再生粗骨料取代率为70%时的用水量比普通混凝土增加约5%，再生粗骨料取代率为100%时的混凝土用水量比相应的天然骨料混凝土用水量仍多了近10%，但是其其他性能如：
坍落度、保水性、黏聚性等与普通混凝土相差无几。
2.4.3再生粗骨料混凝土的力学性能
强度是混凝土的重要指标，为了满足回收混凝土的结构设计要求，混凝土的相强度。
要研究混凝土的抗压强度。
表10再生混凝土的抗压强度
龄期
3d
28d
56d
24.4
41.5
50.4
26.5
45.7
52.2
24.9
47.0
52.0
23.7
43.2
35.2
59.1
64.8
36.1
60.9
63.6
33.9
59.0
64.2
37.6
61.0
61.8
38.4
66.6
65.4
42.4
65.0
76.7
43.4
67.1
76.4
44.7
63.8
71.2
可知，再生粗骨料混凝土的强度与天然骨料混凝土相差不小。
当水泥用量为400kg/m³
，当再生粗骨料取代率为40%、70%和100%时再生混凝土的3d抗压强度分别比天然骨料混凝土增加2.5%、降低3.6%和增加6.8%左右，28d抗压强度分别较天然骨料混凝土增力3.1%。
降低0.1%和增加3.2%左右56d抗压强度分别较天然骨料混凝土降低了1.7%、降低0.9%和降低4.6%左右。
表11再生混凝土的劈裂抗拉强度MPa
劈裂抗拉强度
3.20
5.11
3.01
5.03
2.93
4.93
2.82
4.85
4.47
5.69
3.95
5.48
3.65
5.35
3.40
5.20
4.54
6.77
4.37
6.35
4.28
6.19
4.24
5.94
可知，随着实验的进行水泥含量从300加到500再生粗骨料的取代率也从0加到100%再生粗骨料混凝土的抗拉强度相比之下有一定的降低并且下降的幅度越来越大。
2.4.4
再生粗骨料混凝土的收缩性能
混凝土停止正常标准养护之后发生的不可逆收缩叫干燥收缩，简称干缩。
干缩是混凝土的一个重要的性能指标，它关系到混凝土的一系列相关性能比如：
强度、体积稳定性、耐久性等。
收缩性能试验按之普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法（GB/T50082-2009）［5］进行，测定其初始长度，并依次测定ld.3d.7d.14d.28d.45d.60d的收缩变化量。
试验通过调整用水量控制混凝土坍落度在160～200mm范围内，研究了不同取代率及不同水泥用量对生骨料混凝土收缩性能的影响已试验结果如表所示。
表12再生混凝土的收缩量*105
再生骨料
收缩龄期
7
14
28
45
60
6.47
20.27
25.00
28.67
31.67
33.33
37.60
升级会员 