再生混凝土.docx
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再生混凝土
再生混凝土
北京建筑工程学院实验6号楼工程试验阶段和施工过程中使用的都是全再生骨料混凝土，只是在原材料材性试验时才筛分成再生粗、细骨料进行相应的检测。
再生骨料由北京元泰达环保建材科技有限公司生产，骨料生产原料主要为废混凝土基础；再生混凝土由新奥混凝土搅拌公司生产。
一、试验配合比研究
1、原则、目的与技术路线
配合比研究的原则：
（1）所用的配合比是以新奥混凝土搅拌站长期使用的成熟配合比为基础而改进的；
（2）所用原材料除骨料以外与搅拌站长期使用的完全一致。
配合比研究的目的：
为了适应大多数搅拌站的技术水平和原材料供应状况，为今后全面推广建筑垃圾再生混凝土打下坚实基础。
试配过程中首先要解决的是建筑垃圾再生混凝土的工作性能，即要求初始坍落度200mm以上，2h后能保持在160mm左右；然后是强度，试配强度需满足，还要综合考虑再生混凝土的耐久性和经济性，并以确保强度和工作性能为最终决定指标。
再生混凝土配合比的研究主要是通过调整用水量、砂率、水灰比（水胶比）、水泥与掺和料用量、掺和料品种等因素来实现的，试验过程中总共进行了52个配合比试配，合计182组试验，最终选出满足工程需要的施工配合比。
2、配合比试验
再生骨料的材性、砂率、水胶比、胶凝材料用量、矿物掺合料的种类和掺量等都对混凝土的性能有明显影响。
但由于我们的试配是建立在搅拌站原有配合比和原材料的基础上的，因此，主要针对建筑垃圾再生骨料的特性进行了需水量和砂率影响的试验研究。
试验结果表明：
（1）再生骨料比天然骨料需水量大，但采取适当措施，可配制出工作性和强度均满足工程需要的再生混凝土，坍落度大于200mm，无离析和泌水，1h坍落度损失为零；
（2）再生细骨料的加入，明显改善了混凝土的和易性，特别对黏聚性和保水性有利，但由于其对需水量影响较大，因此，要尽量采用低再生细骨料比率。
从本批再生骨料试验结果分析，砂率以40%为宜；
（3）为减少混凝土需水量和坍落度损失，宜掺用一定比例的天然骨料，本试验的天然粗骨料为50%左右，天然细骨料为30%左右。
三、再生混凝土的应用效果
1、搅拌站出罐留样
在实验楼的浇筑过程中，在搅拌站就对混凝土进行了出罐留样，并检验了混凝土的坍落度和强度，见表23。
表23搅拌站出罐留样混凝土坍落度和强度
编号
设计强度
（MPa）
7天强度
（MPa）
28天强度
（MPa）
坍落度
（mm）
结构部位
3208
30
33.3
51.2
220
基础柱、梁、墙
3758
30
33.5
41.9
210
首层柱、剪力墙
3953
30
29.8
42.5
210
首层顶梁、板
4117
30
26.0
36.0
230
二层柱、剪力墙
从表23可以看出，搅拌站出罐留样再生混凝土的强度都达到了设计要求，坍落度也满足现场施工要求。
2、现场施工性能
对于现场混凝土的施工来说，最重要的是大流动性及良好粘聚性、保水性和保坍性。
由于实验楼施工现场作业面狭窄、钢筋密度大（见图9），现场混凝土浇筑只能用小泵进行，这样不仅对混凝土的流动性有很高的要求，同时对混凝土的保坍性也有很高的要求。
在施工过程中，就曾出现过由于堵车、坏泵等原因而使得施工时间延到3小时以后的情况。
现场施工证明，再生混凝土满足了本工程施工所要求的工作性能（见表24）。
图9施工现场作业面窄、钢筋密度大
表24施工现场坍落度检测情况表
编号
结构部位
实测坍落度（mm）
粘聚性、保水性、流动性
0913
柱底板
200
粘聚性好、保水性好，流动性好
0929-1
柱
220
粘聚性好、保水性好，流动性好
0929-2
底梁
165
粘聚性好、保水性好，流动性良
0929-3
底梁
230
粘聚性好、保水性好，流动性好
0929-4
柱
170
粘聚性好、保水性好，流动性良
1010-1
剪力墙
240
粘聚性好、保水性好，流动性好
1010-2
地梁
160
粘聚性好、保水性好，流动性好
1013-1
剪力墙
250
粘聚性好、保水性好，流动性好
1013-3
梁
170
粘聚性好、保水性好，流动性良
1013-4
梁
230
粘聚性好、保水性好，流动性好
1101-6
柱
200
粘聚性好、保水性好，流动性良
1101-7
柱
215
粘聚性好、保水性好，流动性好
1101-8
板
200
粘聚性好、保水性好，流动性良
1101-9
板
200
粘聚性好、保水性好，流动性良
1101-10
梁
170
粘聚性好、保水性好，流动性好
3、施工现场留样
施工过程中，对现场混凝土进行了试块留样（见图10、图11、表25和表26），实验楼所使用的混凝土设计强度均为C30（基础垫层为C15），现场留样试验的试块尺寸为100mm×100mm×100mm，表25中所列强度是换算成标准试块后的强度值。
表25施工现场留样强度情况表
试件编号
28天抗压强度（MPa）
与设计强度比值（%）
养护方式
结构部位
LJ02－1
43.3
144
标准
柱基础
LJ02－2
40.6
135
标准
柱基础
LJ02－3
44.7
149
标准
柱基础
LJ02－4
41.8
139
标准
柱基础
LJ03－1
35.9
120
标准
基础梁、剪力墙
LJ04－1
39.6
132
标准
基础梁
LJ04－2
35.4
118
标准
基础梁
LJ04－3
35.8
119
标准
基础梁
LJ04－4
40.4
135
标准
基础梁
LJ05－1
35.6
119
标准
一层结构柱
LJ05－1
37.9
126
同条件
一层结构柱
L05－2
36.0
120
标准
一层结构柱
LJ05－2
35.2
117
同条件
一层结构柱
LJ06－1
33.0
110
标准
一层顶板、梁
LJ06－1
41.9
140
同条件
一层顶板、梁
LJ07－2
36.3
121
同条件
二层结构柱
LJ07－2
41.3
138
同条件
二层结构柱
图10浇筑现场混凝土留样
表26混凝土现场留样试块强度统计分析
最大值
最小值
平均值
标准差
达到设计强度百分比（%）
（MPa）
44.7
33.0
38.5
3.3
128
图11现场留样试场强度检测值
从表26中可以看出，现场所留17组混凝土试块28天强度均大于设计强度等级的要求,平均达38.5MPa，为设计强度的128%；标准差为3.3MPa。
根据GB50164－92的技术指标，现场再生混凝土的质量控制达到优良水平。
4、再生混凝土耐久性能
（1） 抗氯离子扩散
抗氯离子扩散性能是混凝土耐久性能的重要指标，再生混凝土氯离子扩散系数检测结果及评价见表27。
表27再生混凝土抗氯离子扩散系数
组号
扩散系数（cm2/s）
评价
组号
扩散系数（cm2/s）
评价
Z8A
7.281E-9
低
Z13
9.901E-9
低
Z8B
6.821E-9
低
Z14
1.608E-8
中
Z9
9.048E-9
低
Z15
1.156E-8
中
Z10
1.656E-8
中
Z16
1.257E-8
中
Z11
8.338E-9
低
Z17
7.121E-9
低
Z12
1.325E-8
中
Z18
5.059E-9
低
根据NEL法评价指标，再生混凝土的抗氯离子扩散系数处于中等或低等水平，抗氯离子扩散性能良好，说明再生混凝土中孔隙数量适宜、孔隙结构良好，能够满足混凝土耐久性要求。
（2） 抗冻融性能
抗冻融性能是混凝土耐久性能的重要指标，本试验中再生混凝土抗冻融性能的检测情况见图12，检测结果见表28和表29。
图12混凝土抗冻融试验
表28全级配无天然骨料再生混凝土抗冻融性能（实验室）
编号
强度（MPa）
强度损失（%）
质量损失（%）
同龄期对照组
50次冻融循环后
H-5
37.2
39.7
-7
0.4
H-6
43.0
37.7
12
0.4
表29现场留样再生混凝土抗冻融性能
编号
强度损失（%）
质量损失（%）
备注
1
6.1
-0.1
（1）龄期：
120天；
（2）循环次数：
100；（3）冻结温度：
-10℃,融化温度：
20℃。
2
2.7
-0.1
从试验结果可以看出，在实验室进行的全级配无天然骨料再生混凝土试件经过50次慢速冻融循环后强度损失分别为－7%和12%，质量损失仅为0.4%，建筑垃圾再生混凝土现场留样试块经过100次慢速冻融循环后强度损失分别为6.1%和2.7%，质量损失都为－0.1%。
说明再生混凝土的抗冻性能良好，满足混凝土抗冻融性能的设计要求。
（3） 干缩性能
混凝土的干缩性能是混凝土结构设计的重要指标，关系到混凝土结构的变形和应力重分布。
混凝土的干缩过大，对结构承载力和抗震性能等都不利。
在本项目中，分别研究了全级配再生骨料混凝土（骨料全为再生骨料，无天然骨料）180d内的干缩情况，以及不同来源的骨料、不同水泥用量、不同水灰比、不同粗细再生骨料掺加比例时再生混凝土45d内的干缩性能，同时还与全天然骨料进行了平行对比试验。
试验结果见表30、31和图13、14。
表30全级配再生骨料混凝土干缩试验结果（单位：
mm/m）
组号
1d
3d
7d
14d
28d
45d
60d
90d
180d
DL-1
0.015
0.122
0.315
0.502
0.609
0.745
0.789
0.803
0.832
DL-2
0.043
0.208
0.423
0.638
0.738
0.853
0.875
0.889
0.889
表31部分再生骨料混凝土干缩试验结果
编号
骨料
W/C
水泥
收缩量（mm/m）
种类
掺量
kg/m3
1d
3d
7d
28d
45d
1C00A3
天然骨料
100%
0.75
300
0.049
0.069
0.114
0.510
0.541
1C40A3
粗骨料1
40%
0.75
300
0.014
0.041
0.099
0.328
0.362
1C70A3
粗骨料1
70%
0.75
300
0.066
0.076
0.237
0.473
0.498
1C100A3
粗骨料1
100%
0.75
300
0.019
0.046
0.097
0.374
0.415
1C00A4
天然骨料
100%
0.43
400
0.029
0.071
0.133
0.295
0.311
1C40A4
粗骨料1
40%
0.43
400
0.049
0.155
0.359
0.419
0.443
1C70A4
粗骨料1
70%
0.43
400
0.032
0.084
0.154
0.323
0.353
1C100A4
粗骨料1
100%
0.43
400
0.030
0.155
0.173
0.300
0.322
1C00A5
天然骨料
100%
0.31
500
0.083
0.190
0.194
0.543
0.566
1C40A5
粗骨料1
40%
0.31
500
0.052
0.141
0.225
0.468
0.497
1C70A5
粗骨料1
70%
0.31
500
0.034
0.086
0.258
0.376
0.396
1C100A5
粗骨料1
100%
0.31
500
0.030
0.085
0.152
0.374
0.391
1X100A4
细骨料1
100%
0.43
400
0.073
0.115
0.185
0.477
0.495
2X100A4
细骨料2
100%
0.43
400
0.144
0.188
0.192
0.408
0.459
2C100A4
粗骨料2
100%
0.43
400
0.114
0.116
0.177
0.410
0.582
从表30结果分析，与普通混凝土一样，再生混凝土的干缩主要发生在成型后的前45天。
从表31的试验结果中可以看出，不同骨料再生混凝土45天的收缩量与对照组基本相当，且无明显变化规律，证明可以满足混凝土结构收缩性能的要求。
此外，由于钢筋的约束，实际工程中混凝土的收缩值比试验值小，本工程经一年的实践，从外观检查，亦证明了这一点。
图中：
A3－水泥用量300kg/m3、w/c="0.75；A4－水泥用量400kg/m3，w/c="0.43；
A5－水泥用量500kg/m3、w/c="0.31。
图131号再生粗骨料不同掺量时混凝土干缩变化图
图14同水泥用量、同水灰比时不同再生骨料混凝土干缩对比图
（4）碳化性能
再生混凝土的碳化性能检测及结果见表32和图15。
表32混凝土碳化情况
编号
水灰比
碳化深度（mm）
1C-00-A3
0.75
15
1C-40-A3
0.75
11
1C-70-A3
0.75
21
1C-100-A3
0.75
8
（a）w/c="0.75 （b）w/c="0.31 （c）w/c="0.43
图15再生混凝土抗碳化性能试验情况
本次试验过程中，除水灰比为0.75时的混凝土块有碳化现象以外，水灰比为0.43和0.31时的混凝土都没有出现任何明显的碳化（见图15、表32）。
说明在一般情况下，再生混凝土抗碳化性能都满足工程的要求。
㈣建筑实体检验
1、外观质量
再生混凝土楼板和墙体表面平整，无裂纹和蜂窝、麻面现象。
见图16、17和18。
图16再生混凝土楼面
图17再生混凝土剪力墙
图18再生混凝土楼板
2、保温性能
再生混凝土现场留样试块导热系数检测结果见表33，建筑实体传热系数检测结果见表34。
表33再生混凝土现场留样保温性能检测结果
类型
导热系数W/（m2.K）
再生混凝土剪力墙留样
0.31
粘土烧结砖
0.78（资料数据）
表34再生混凝土建筑实体保温性能检测结果
类型
传热系数W/（m.K）
再生混凝土190mm厚墙+20mm内砂浆
2.94
250mm厚普通混凝土剪力墙
2.96（资料数据）
再生砖填充墙（300mm+70mm内外砂浆）
1.69
陶粒空心砌块填充墙（300mm+70mm内外砂浆）
1.39
由表33可以看出，再生混凝土的导热系数比普通烧结粘土砖要低一半以上；由表34可以看出，190mm厚再生混凝土实体传热系数比250mm厚普通混凝土的低，再生砖填充墙的传热系数比陶粒空心砌块填充墙的略高。
如果配以其它措施，再生混凝土和再生砖完全可以应用于保温性能良好的节能建筑。
3、回弹试验
结构竣工后，对该楼实体进行了全面的回弹（见图19），试验结果见表35。
图19地基的回弹试验
表35建筑实体回弹试验结果
结构部件及名称
平均值
（MPa）
标准差
（MPa）
现龄混凝土强度推定值（MPa）
达到设计强度比值（%）
回弹时混凝土龄期（天）
三层柱、梁、板
35.3
1.09
33.5
112
36
二层楼梯间
35.8
1.10
34.0
113
36
一层柱、墙
44.1
3.35
38.6
129
65
二层柱
33.9
2.13
30.4
101
54
从表35中可以看出，再生混凝土的强度完全满足设计要求。
㈤经济分析
1、直接经济效益
以剪力墙C30再生混凝土为例，将搅拌站原有配合比与本实验楼的施工配合比单方材料成本进行对比。
北京市目前价格情况为：
天然砂为45元/吨；天然石约35元/吨；再生骨料20元/吨；水泥440元/吨；减水剂（液态）2.4元/千克。
成本对比分析见表36。
表36C30再生混凝土与天然砂石混凝土成本分析表
用量
类别
水
（kg）
水泥
（kg）
砂
（kg）
石
（kg）
外加剂
（kg）
总计
搅拌站原配比
170
325
688（天然）
1031（天然）
12.30
/
实验楼配比
181
353
677（1/3天然）
564（天然）+451（再生）
13.17
/
原配比成（元）
0
143.0
31.0
36.1
29.5
239.6
新配比成（元）
0
155.3
19.2
28.8
31.6
226.4
节省（元）
0
-12.3
11.8
7.3
-2.1
4.7
从表36中可以看出，实验楼的施工配合比与搅拌站原配合比相比，每方混凝土可节省成本4.7元，约为总成本的2.0%。
如果仅从一个混凝土用量不大的工程来说，这种成本节省的经济效益也许并不明显，但是如果以北京市一年生产100万吨再生骨料计算，则可以生产110万方再生混凝土，节约成本500万元以上。
经过进一步优化配比以及使用新型高效外加剂，直接经济效益将会更加明显。
2、间接效益
在资源日趋短缺、环保意识日益强烈、国家和社会各界都致力于可持续发展战略和环境友好型社会建设的背景下，使用再生混凝土可以带来广泛的环境、资源、能源和社会效益。
以每一万吨建筑垃圾可以生产出9000吨再生骨料、每万吨建筑垃圾堆放占地1亩、每亩占地费用50万元（北京市）、北京市现有100万吨再生骨料生产能力计算，则间接效益非常明显，见表37。
表37北京市利用再生骨料的间接效益
生产能力（万吨）
消耗建筑垃圾（万吨）
减少堆放用地（亩）
减少堆放费用（万元）
100
111
111
5550
㈥小结
通过试验，得到以下结论：
1、再生细、粗骨料材性满足《建筑用砂》（GB/T14684－2001）和《建筑用碎石、卵石》（GB/T14685－2001）的各项技术要求，用再生骨料完全可以配制出工作性能、强度指标、耐久性能都满足要求的混凝土；
2、由于再生骨料中细粉含量偏高，骨料本身孔隙率大，配制再生混凝土时需水量大、坍落度损失快，为保证再生混凝土的工作性能及耐久性能，要通过科学的配比设计与试配，采用低砂率、掺加天然骨料、选择适宜的矿物掺和料与外加剂等措施来降低用水量，保证混凝土强度和耐久性；
3、再生混凝土的生产过程中除了配合比设计以外，其他与普通混凝土无异；
4、再生混凝土的施工与普通混凝土相比，更需合理调度，尽量减少泵车运输与等待时间。
同时，还要加强再生混凝土的早期养护；
5、再生混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能均符合相关标准的规定，满足实际工程的需要；
6、再生混凝土建筑的外观质量、保温性能等使用功能满足相关规定的要求；
7、本实验楼并未优化配比的C30再生混凝土与普通混凝土成本相比，每方可以节约4.7元。
除直接经济效益外，再生混凝土的使用还可以带来巨大环境、资源、能源和社会效益。
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