再生混凝土与钢管再生混凝土的性能与应用

李泽良

【摘 要】再生混凝土与钢管再生混凝土的开发与应用是处理废弃混凝土、缓解资源紧张、保护生态环境和走可持续发展道路的重要举措。本文介绍了再生混凝土与钢管再生混凝土的基本性能、工程应用范围和发展趋势，以期为两者更广泛的工程应用提供参考。

【关键词】再生骨料；再生混凝土；钢管再生混凝土

0 前言

随着我国建筑行业的蓬勃发展，建筑垃圾问题日益严重，建材资源随意开采，给自然环境带来了沉重负担和严重破坏。因此将废弃混凝土再生利用，对绿色环保的生态环境建设具有十分重要的意义。

再生混凝土是将废弃的混凝土经清洗、破碎、筛分按一定比例提取，以获得再生骨料，并将再生骨料作为原材料重新拌制成的混凝土。目前国内外对再生粗骨料和再生混凝土均已进行广泛的研究和技术储备。我国在2010年已经颁布了《混凝土用再生粗骨料》（GB/25177-2010）和《混凝土和砂浆用再生骨料》（GB/25176-2010）的行业标准。

1 再生粗骨料的制造

再生粗骨料是将废弃混凝土经清洗、破碎、筛分、加工而成的5～31.5mm颗粒。再生粗骨料主要是天然骨料和表面附着水泥砂浆的组合物，表面粗糙，且砂浆裂缝较多。具体操作为，首先将废弃混凝土人工破碎为约100mm×100mm的碎块，然后用破碎机对碎块进行二次破碎，破碎后的最大直径约30mm，接着清洗过筛以除去粉尘杂质，最后按照《普通混凝土用砂用石质量及测试方法标准》（JGJ52-2006）要求筛分再生骨料，提取有用成分。

2 再生混凝土的应用和发展

西方发达国家早在70年代末就开始全面发展和应用再生混凝土技术，现已取得了一系列成果。在日本，建筑垃圾被视为“建筑副产品”，日本不但制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》，而且在全国建立了混凝土回收处理厂，并制定法规，确保再生混凝土的发展。自本世纪以来，日本每年废弃混凝土的再利用率达到90%。20世纪80年代，澳大利亚就开始在建筑结构工程应用再生混凝土。德国高度重视回收利用废弃混凝土，德国钢筋混凝土委员会于1998年8月提出了《使用再生骨料混凝土标准导则》。本世纪德国废弃混凝土回收利用率达70%，其循环利用了5000万吨再生骨料制备混凝土。

我国对再生混凝土的研究虽然起步较晚，但是也积累了一定得技术储备。但我国对再生混凝土的综合利用率不足10%。2007年，科技部将“建筑垃圾再生产品的研究开发”列入国家科技支撑计划。我国已颁布了《混凝土用再生骨料》（GB/25177-2010）和《混凝土砂浆用再生骨料》（GB/25176-2010）行业标准，并于2011年8月1日开始实施。目前我国已有多个工程实例采用全再生混凝土材料。

3 再生混凝土的缺点

粗骨料是混凝土的重要组成部分，混凝土的力学性能和耐久性一定程度上取决于粗骨料。再生粗骨料颗粒级配差、孔隙率高、吸水率大，与天然骨料在性质上有很大差异，易导致再生混凝土在实际工程应用中出现以下问题：

3.1 强度低

再生骨料通常被破碎后，骨料内部出现微小裂纹，或经过风化腐蚀，结构变得酥松，从而导致再生骨料强度下降，而且内部应力情况复杂。目前，再生粗骨料主要用于制备低强度的混凝土，若要提高再生混凝土的强度等级，必须对骨料进行强化处理。实验结果表明，再生混凝土的强度随着骨料的参量增加而降低。因此配制再生混凝土时，应确定骨料的最佳参量。

3.2 收缩大

再生骨料颗粒表面粗糙，棱角较多，孔隙率较大，破碎时在骨料内部容易产生小裂缝。再生骨料与天然骨料相比，吸水率和吸水速度较大，从而导致再生混凝土干缩增大，徐变增大。因此配置再生混凝土时应综合考虑骨料级配、水泥品种、水灰比等因素，控制再生混凝土的收缩。

3.3 耐久性差

由于再生骨料孔隙率高，吸水率大，再生混凝土抗渗性相较配合比相同的普通混凝土高很多。试验表明随着再生骨料增加，再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力与抗碳化性能均相应的降低。通过降低水灰比，可以提高再生混凝土的耐久性，也可以在再生混凝土中掺入硅粉，粉煤灰等，提高抗惨性、降低硫酸盐侵蚀。

4 钢管再生混凝土的特点与应用

再生混凝土的强度和耐久性比普通混凝土低，极大地限制了再生混凝土的应用。为了改进再生混凝土的性质，工程实际采取了钢管再生混凝土技术。

钢管再生混凝土是将再生混凝土填充在薄壁的圆形或方形钢管内，利用钢管对再生混凝土的约束作用，使再生混凝土处于三轴应力状态下，以此提高混凝土的强度，并且使钢构件的塑性得到改善。混凝土和钢管的配合使用，可以互补各自材料的弱点，发挥出各自材料性能的优点。钢管再生混凝土相对于钢管和再生混凝土结构，具有以下优点：

4.1 承载力高

钢管再生混凝土柱在轴压荷载作用下，由于再生混凝土处于三向受压状态，可以延缓受压时的纵向开裂，同时延迟或避免钢管的局部压曲。试验表明：钢管再生混凝土的抗压能力比钢管和再生混凝土单独抗压承载力之和略高。钢管再生混凝土的截面小，扩大了建筑的空间和使用面积。

4.2 良好的塑性和韧性

再生混凝土材料脆性较大，当再生混凝土在钢管的约束下，其塑性性能得到优化，在使用时弹塑性能显著增加，即便在破坏时仍具有较大的塑性变形。由此可以看出，钢管再生混凝土组合可以很好的抗击冲击荷载，具有良好的抗震性能。此外，钢管再生混凝土横截面面积和自重小，也有利于抗震。

4.3 施工方便

鋼管内壁坚实可靠，可以用来代替模板。浇筑混凝土时可节省支模、拆模，并能适应先进的泵灌混凝土工艺。相比于普通混凝土柱，钢管兼有纵向钢筋（拉伸和压缩）和横向钢筋的作用，所以不必扎筋。省去了人工扎筋成本和材料本身成本，而且方便浇筑。钢管混凝土本身的施工特点符合装配式产业化施工技术要求，可以节约建筑材料与人力成本，降低工程造价。

4.4 良好的耐火性

混凝土的吸热能力强于钢筋。在钢管再生混凝土中，内部再生混凝土可以吸收大量的热能，耐火性能比钢结构高。在高层结构中，钢管再生混凝土的安全性和维护成本均好于混凝土结构和钢结构。此外，试验表明，火灾后温度降低，钢管再生混凝土强度可以得到不同程度的恢复，这为加固补强提供了一种较为安全的工作环境，减少补强工作量，降低维修成本。

4.5 良好的经济效益

大量试验研究表明，密闭钢管混凝土柱比普通钢筋混凝土受压构件的混凝土使用量节约45%，结构自重减少40%，钢材消费量略高或相等。与钢结构相比，可节约钢材40%。由实际工程结果比较可知：随着建筑层数增加，钢管再生混凝土的造价基本持平钢筋混凝土。

钢管再生混凝土技术使再生混凝土强度得以增加，塑性、韧性得以改善，使用和研究在我国逐步深入和完善，能够适应对高层和大跨度等恶劣条件下现代工程结构的需要，满足现代施工技术产业化的要求，已经广泛应用于工业建筑，高层和超高层建筑，是结构工程科学的一个重要发展方向。相信随着研究的深入和新型材料的不断出现，钢管再生混凝土作为一种新的结构形式在我国将有更加广阔的发展前景。

【参考文献】

[1]韩继红，张颖.沪上·生态家解读[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]龙大东，张华英.再生混凝土研究现状及推广应用对策[J].佛山科学技术学院学报，2008.

[3]肖建庄.再生混凝土[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[责任编辑：田吉捷]