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建筑垃圾回收利用骨料混凝土在持续承压中的表现研究

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  关于建筑垃圾回收利用

 

  迄今为止,为了降低使用混凝土对环境的影响,许多研究都集中在以工业副产品如粉煤灰,矿渣和硅粉来部分替代水泥上。

 

  相比较而言,虽然骨料在混凝土中占有一半以上的成分,但现在美国很大程度上忽视了对天然骨料的保护利用。目前,用回收的旧混凝土制成的骨料,大部分用在非结构性的工程里,如人行道,作为填料,水土控制工程和路基等,即使这些再生骨料质量要明显高于这些工程的要求。

 

  不可否认的是,如果建筑质量要求高,在结构性建筑中使用回收的混凝土做骨料是有附加成本的,但天然骨料需要开采、制作、运输,再生骨料在成本控制和持续性上要好很多。而现在我国(美国---编者注)基础设施的老化速度正在加快,新混凝土的需求以及旧混凝土的供应都会有显著增长。

 

  尽管使用回收的混凝土骨料建造新建筑有显著的经济和环境效益,但目前美国只有少量的再生骨料被用于结构性建筑。

 

  阻碍再生骨料用量上涨的主要因素包括:不同来源的再生骨料具有不同性能与质量;对再生骨料应用的力学研究很有限;对使用再生骨料后的建筑结构的长期表现的研究也很缺乏;而且在使用大量不同质量级别的再生骨料建造钢筋混凝土结构建筑时,缺乏工艺和指导标准。

 

旨在解决这些问题,位于印第安纳州的诺特丹大学(圣母大学)土木环境工程与地球科学系进行了研究,利用实验与数据分析说明了再生混凝土骨料替代天然骨料,并应用于钢筋混凝土建筑中是可行的。

 

  为了获得使用再生骨料的混凝土的基本表现,研究人员主要研究了再生骨料性质的整体变化特性,再生骨料替代天然骨料的方法,以及使用再生骨料对硬化混凝土性能的影响。

 

  据观察,再生混凝土骨料具有的较强的吸水性,并含有大量遗留下来的有害物质如砖块、木头、沥青、玻璃等。对使用了特定再生骨料的混凝土,这些特性可以作为预测其强度和刚度的指标。一般情况下,因具有较强的吸水性及内部有其他有害成分,再生骨料混凝土的强度和刚度会减小,但刚度的减小更为明显。

 

  如果再生骨料在吸水性和有害物含量上符合指定的标准,那么美国的特定回收站就能提供***可替代天然骨料的回收材料,以制造用于结构建筑的新混凝土。

 

  “再生骨料对混凝土刚度有较大影响,但在强度上,再生骨料混凝土能达到与天然骨料混凝土相近的程度。所以,影响再生骨料用量增加的限制因素是其对抗形变的能力---刚度。也就是再生骨料混凝土用在建筑结构中时,在使用寿命之内长时间承受负载的刚度表现。”设计师Adam Knaack与俄亥俄州辛辛那提的项目研究员Schaefer如是说。

 

  为了研究再生骨料混凝土在长时间承压中的刚度表现, 研究人员向18根钢筋混凝土梁施加持续至少4个月的压力。这18根钢筋混凝土梁在压力水平和钢筋用量上完全一样,**的不同是再生骨料在钢筋混凝土梁中的用量。

 

  “与我们猜想的一样,增加再生骨料用量会显著提高钢筋混凝土的即时和长期形变量。”Knaack表示,“但我们能够提出一种模型,它可以对这种短期和长期承压的形变做出合理估算。”接下来,负载慢慢增加,这18根钢筋混凝土梁在极限承压中折断。测试结果表明,现阶段用于普通钢筋混凝土的设计和分析方法同样适用于再生骨料钢筋混凝土。

 

  这项研究的结果能够帮助量化再生骨料混凝土在正常负载和承压极限状态下的机械和结构特性。该研究的主要负责人,圣母大学土木工程专业教授Yahya Kurama表示:“这些结果可以让工程师根据不同的再生骨料用量,设计再生骨料混凝土建筑,这样能减少使用天然骨料,降低对环境造成的影响。”此项研究由美国国家科学基金会资助。