再生混凝土與鋼管再生混凝土的性能與應用

李澤良

【摘 要】再生混凝土與鋼管再生混凝土的開發與應用是處理廢棄混凝土、緩解資源緊張、保護生態環境和走可持續發展道路的重要舉措。本文介紹了再生混凝土與鋼管再生混凝土的基本性能、工程應用范圍和發展趨勢，以期為兩者更廣泛的工程應用提供參考。

【關鍵詞】再生骨料；再生混凝土；鋼管再生混凝土

0 前言

隨著我國建筑行業的蓬勃發展，建筑垃圾問題日益嚴重，建材資源隨意開采，給自然環境帶來了沉重負擔和嚴重破壞。因此將廢棄混凝土再生利用，對綠色環保的生態環境建設具有十分重要的意義。

再生混凝土是將廢棄的混凝土經清洗、破碎、篩分按一定比例提取，以獲得再生骨料，并將再生骨料作為原材料重新拌制成的混凝土。目前國內外對再生粗骨料和再生混凝土均已進行廣泛的研究和技術儲備。我國在2010年已經頒布了《混凝土用再生粗骨料》（GB/25177-2010）和《混凝土和砂漿用再生骨料》（GB/25176-2010）的行業標準。

1 再生粗骨料的制造

再生粗骨料是將廢棄混凝土經清洗、破碎、篩分、加工而成的5～31.5mm顆粒。再生粗骨料主要是天然骨料和表面附著水泥砂漿的組合物，表面粗糙，且砂漿裂縫較多。具體操作為，首先將廢棄混凝土人工破碎為約100mm×100mm的碎塊，然后用破碎機對碎塊進行二次破碎，破碎后的最大直徑約30mm，接著清洗過篩以除去粉塵雜質，最后按照《普通混凝土用砂用石質量及測試方法標準》（JGJ52-2006）要求篩分再生骨料，提取有用成分。

2 再生混凝土的應用和發展

西方發達國家早在70年代末就開始全面發展和應用再生混凝土技術，現已取得了一系列成果。在日本，建筑垃圾被視為“建筑副產品”，日本不但制定了《再生骨料和再生混凝土使用規范》，而且在全國建立了混凝土回收處理廠，并制定法規，確保再生混凝土的發展。自本世紀以來，日本每年廢棄混凝土的再利用率達到90%。20世紀80年代，澳大利亞就開始在建筑結構工程應用再生混凝土。德國高度重視回收利用廢棄混凝土，德國鋼筋混凝土委員會于1998年8月提出了《使用再生骨料混凝土標準導則》。本世紀德國廢棄混凝土回收利用率達70%，其循環利用了5000萬噸再生骨料制備混凝土。

我國對再生混凝土的研究雖然起步較晚，但是也積累了一定得技術儲備。但我國對再生混凝土的綜合利用率不足10%。2007年，科技部將“建筑垃圾再生產品的研究開發”列入國家科技支撐計劃。我國已頒布了《混凝土用再生骨料》（GB/25177-2010）和《混凝土砂漿用再生骨料》（GB/25176-2010）行業標準，并于2011年8月1日開始實施。目前我國已有多個工程實例采用全再生混凝土材料。

3 再生混凝土的缺點

粗骨料是混凝土的重要組成部分，混凝土的力學性能和耐久性一定程度上取決于粗骨料。再生粗骨料顆粒級配差、孔隙率高、吸水率大，與天然骨料在性質上有很大差異，易導致再生混凝土在實際工程應用中出現以下問題：

3.1 強度低

再生骨料通常被破碎后，骨料內部出現微小裂紋，或經過風化腐蝕，結構變得酥松，從而導致再生骨料強度下降，而且內部應力情況復雜。目前，再生粗骨料主要用于制備低強度的混凝土，若要提高再生混凝土的強度等級，必須對骨料進行強化處理。實驗結果表明，再生混凝土的強度隨著骨料的參量增加而降低。因此配制再生混凝土時，應確定骨料的最佳參量。

3.2 收縮大

再生骨料顆粒表面粗糙，棱角較多，孔隙率較大，破碎時在骨料內部容易產生小裂縫。再生骨料與天然骨料相比，吸水率和吸水速度較大，從而導致再生混凝土干縮增大，徐變增大。因此配置再生混凝土時應綜合考慮骨料級配、水泥品種、水灰比等因素，控制再生混凝土的收縮。

3.3 耐久性差

由于再生骨料孔隙率高，吸水率大，再生混凝土抗滲性相較配合比相同的普通混凝土高很多。試驗表明隨著再生骨料增加，再生混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力與抗碳化性能均相應的降低。通過降低水灰比，可以提高再生混凝土的耐久性，也可以在再生混凝土中摻入硅粉，粉煤灰等，提高抗慘性、降低硫酸鹽侵蝕。

4 鋼管再生混凝土的特點與應用

再生混凝土的強度和耐久性比普通混凝土低，極大地限制了再生混凝土的應用。為了改進再生混凝土的性質，工程實際采取了鋼管再生混凝土技術。

鋼管再生混凝土是將再生混凝土填充在薄壁的圓形或方形鋼管內，利用鋼管對再生混凝土的約束作用，使再生混凝土處于三軸應力狀態下，以此提高混凝土的強度，并且使鋼構件的塑性得到改善。混凝土和鋼管的配合使用，可以互補各自材料的弱點，發揮出各自材料性能的優點。鋼管再生混凝土相對于鋼管和再生混凝土結構，具有以下優點：

4.1 承載力高

鋼管再生混凝土柱在軸壓荷載作用下，由于再生混凝土處于三向受壓狀態，可以延緩受壓時的縱向開裂，同時延遲或避免鋼管的局部壓曲。試驗表明：鋼管再生混凝土的抗壓能力比鋼管和再生混凝土單獨抗壓承載力之和略高。鋼管再生混凝土的截面小，擴大了建筑的空間和使用面積。

4.2 良好的塑性和韌性

再生混凝土材料脆性較大，當再生混凝土在鋼管的約束下，其塑性性能得到優化，在使用時彈塑性能顯著增加，即便在破壞時仍具有較大的塑性變形。由此可以看出，鋼管再生混凝土組合可以很好的抗擊沖擊荷載，具有良好的抗震性能。此外，鋼管再生混凝土橫截面面積和自重小，也有利于抗震。

4.3 施工方便

鋼管內壁堅實可靠，可以用來代替模板。澆筑混凝土時可節省支模、拆模，并能適應先進的泵灌混凝土工藝。相比于普通混凝土柱，鋼管兼有縱向鋼筋（拉伸和壓縮）和橫向鋼筋的作用，所以不必扎筋。省去了人工扎筋成本和材料本身成本，而且方便澆筑。鋼管混凝土本身的施工特點符合裝配式產業化施工技術要求，可以節約建筑材料與人力成本，降低工程造價。

4.4 良好的耐火性

混凝土的吸熱能力強于鋼筋。在鋼管再生混凝土中，內部再生混凝土可以吸收大量的熱能，耐火性能比鋼結構高。在高層結構中，鋼管再生混凝土的安全性和維護成本均好于混凝土結構和鋼結構。此外，試驗表明，火災后溫度降低，鋼管再生混凝土強度可以得到不同程度的恢復，這為加固補強提供了一種較為安全的工作環境，減少補強工作量，降低維修成本。

4.5 良好的經濟效益

大量試驗研究表明，密閉鋼管混凝土柱比普通鋼筋混凝土受壓構件的混凝土使用量節約45%，結構自重減少40%，鋼材消費量略高或相等。與鋼結構相比，可節約鋼材40%。由實際工程結果比較可知：隨著建筑層數增加，鋼管再生混凝土的造價基本持平鋼筋混凝土。

鋼管再生混凝土技術使再生混凝土強度得以增加，塑性、韌性得以改善，使用和研究在我國逐步深入和完善，能夠適應對高層和大跨度等惡劣條件下現代工程結構的需要，滿足現代施工技術產業化的要求，已經廣泛應用于工業建筑，高層和超高層建筑，是結構工程科學的一個重要發展方向。相信隨著研究的深入和新型材料的不斷出現，鋼管再生混凝土作為一種新的結構形式在我國將有更加廣闊的發展前景。

【參考文獻】

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[責任編輯：田吉捷]