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景观工程中再生混凝土应用

2019-01-11 15:00 来源:工业工程论文 有人参与在线咨询

摘要:随着以海绵城市建设思想引领的现代城市建设的迅速发展,以及建筑材料的一次又一次革新,再生混凝土作为一种低碳、经济、环保的新兴建筑材料应运而生,被广泛应用到园林景观工程当中。与此同时,对透水混凝土的相关研究也逐年增加。主要从再生混凝土的性能和应用形式两个方面综合研究分析近十年间国内外相关的研究概况,并对未来再生混凝土的研究方向及其在园林景观中的应用前景进行了分析展望。

关键词:再生混凝土;景观工程;力学性能;建筑材料

1概述

混凝土早在19世纪初就开始生产和使用,目前混凝土是世界上使用量最多、使用范围最广的建筑材料之一,并且相对于钢材、木材等材料具有性价比高的优势。随着经济发展与城镇化进程的不断加快,混凝土材料的消耗量与日俱增,对骨料砂石的需求也不断增加。与此同时,长时间对自然资源的开采和消耗将造成资源枯竭、天然骨料短缺等问题;另一方面,大量建筑物的拆除会导致大量废弃混凝土的产生。根据1996年在英国召开的混凝土会议资料,全世界从1991年到2000年的十年间,废弃的混凝土(包括钢筋混凝土工厂不合格的产品)总量将超过10亿t。我国的建筑废弃混凝土以每年8%增长率上升,预计到2020年,其总量可接近6.4亿t[1]。再生混凝土的研制并且成为一种现实的生产力,将会产生良好的经济效益、环境效益和社会效益,不仅能够解决废弃混凝土的处理问题,又可以降低因资源过度开采而引起的生态环境的破坏,因而再生混凝土的应用具有广阔的发展前景。本文就国内外再生混凝土的性能和应用形式做了一些研究,为再生混凝土进一步的应用与发展提供依据。

2再生混凝土性能研究

2.1配合比相关研究

混凝土配比作为混凝土研究的一项重要指标,其科学性直接影响到相应混凝土的强度和结构的稳定性。因此也是混凝土研究领域的热门方向。作为混凝土的一种新形式的再生混凝土的配比研究同样具有重要意义。区豪达[2]试验研究发现,使用再生骨料代替天然骨料拌制再生混凝土,当水胶比为0.45,再生骨料取代量为30%,聚羧酸盐高效减水剂掺量为2.5%,粉煤灰掺量为20%时,组成再生混凝土的最优配合比。在最优配合比下,再生骨料的原始混凝土强度影响着再生混凝土强度,原始混凝土强度越高,配制的再生混凝土强度越高;蒋业浩、周霞、叶晓飞等[3]的研究发现砂率在0.35~0.40之间,对新拌混凝土和易性最为有利;白国良、张峰剑、安昱峰等[4]通过用正交试验进行再生混凝土砌块抗压强度试验得出骨料替代率是影响再生混凝土强度的主要因素,且得到了再生混凝土砌块的最优配合比,即用水量150kg/m3,水灰比0.4,粗、细骨料取代率取40%,砂率50%。

2.2力学性能相关研究

2.2.1抗压强度

在混凝土抗压强度方面的研究主要集中在不同强度区间下混凝土抗压强度变化规律和不同外加剂作用下的混凝土抗压强度对比。石磊[5]通过制作5组不同配合比的全再生骨料混凝土试块,研究其在不同龄期下立方体的抗压强度、碳化深度、棱柱体收缩以及28d轴心抗压强度和弹性模量。王军强[6]在试验中发现再生骨料透水混凝土的强度受凝胶材料以及矿物掺和料比例的影响,试验中矿物掺合料比例为20%的强度最高。KouSC等[7]采用强度为80MPa与30MPa的原生混凝土骨料分别配制相同强度的再生混凝土时,发现前者的抗压强度要比后者高40%。

2.2.2抗折强度

很多学者发现再生混凝土的抗折强度相对于普通混凝土有所降低,直接影响混凝土作为一些称重结构的稳定,不利于再生混凝土的推广应用。雷斌等[8]得出建筑垃圾再生混凝土抗折强度随水灰比的增大而降低,随附加水用量的增大而降低,建议附加水用量按照废砖粗骨料吸水率的75%进行计算;并且得出颗粒的级配对再生混凝土抗折强度影响不大,由于废砖骨料较轻,震动时容易上浮,最好使用粒径较大的废砖骨料;陈宗平等[9]发现服役期(使用50年后)C30废弃混凝土粗骨料的再生混凝土抗折强度值在5.1MPa~6.0MPa之间波动,立方体抗压强度能达到45MPa,随着再生粗骨料替代率的增加,再生混凝土的抗折强度呈现先增加后减少的趋势,而立方体抗压强度变化不大,不同粗骨料替代率再生混凝土抗折强度与立方体抗压强度的比值为0.12。

2.3透水性能相关研究

随着透水性铺装材料在海绵城市建设中的广泛应用,使用再生骨料制作的再生透水混凝土的研究也成为园林景观工程研究的一个主要方向。李秋实等[10]在天然与再生透水混凝土的对比试验中发现:再生集料透水混凝土比天然集料透水混凝土具有较高的孔隙率;无论集料的种类如何,当添加聚合物改性剂后会导致总孔隙率降低,但得到再生集料透水混凝土孔隙率可以控制在接受范围之内;朱金春等[11,12]控制碎石级配、设计孔隙率和水灰比这三个因素,以及考察抗压强度、有效孔隙率和透水系数这三个评价指标,比较不同再生骨料掺量下各评价指标的变化规律,试验结果得到再生集料透水混凝土中再生骨料的合理掺量为30%。

2.4耐久性相关研究

作为室外景观应用的主要材料之一,再生混凝土的耐久性研究主要集中在:氯离子侵蚀、再生骨料的替代率、水灰比以及外加剂矿物掺合料等影响因子对再生混凝土持久性的影响。夏阳[14]发现在实际应用建筑垃圾再生混凝土过程中,将粗、细骨料分开,可以控制优化混凝土质量,避免全级配骨料的砂率离散影响再生混凝土的品质,从而能够提升再生混凝土在实际运用中的耐久性;张浩博等[15]发现粉煤灰在一定程度上对再生混凝土力学性能和耐久性能有明显的提高,对废弃混凝土再利用有着重要的意义。普遍来说,再生骨料混凝土的耐久性能会比普通混凝土的耐久性能低,但是只要采取合理的措施,便可以获得耐久性能良好的再生混凝土。

3再生混凝土应用形式研究

再生混凝土在园林景观中的应用形式主要集中于基层和面层两种。

3.1基层

作为园路基层的应用,其力学特性至关重要,能否达到相关规范要求的力学性能要求,是决定其能否很好应用到园林工程中的关键因素。黄文奎[16]发现水泥混凝土路面再生粗、细集料均可以用于级配碎石垫层,再生集料级配碎石的最佳含水量高于天然级配碎石,而最大干密度则低于天然级配碎石,再生集料级配碎石的回弹性模量小于天然级配碎石,参照JTGD50—2006公路沥青路面设计规范和JTGD40—2002公路水泥混凝土路面设计规范的相关规范,再生集料级配碎石的回弹性模量设计推荐值为150MPa~200MPa。

3.2面层

再生混凝土作为面层的应用形式较为多样,主要形式有:植草砖、透气性护坡混凝土、透水砖面层、彩色再生混凝土面层等。传统的护坡大多采用石料和预制混凝土块等硬质护坡体,这种护坡仅仅起到了加固的作用,忽视了河道生态环境效应。赵佳等[17]学者用再生砖骨料制作多孔再生混凝土,这种再生混凝土作为一种新型生态混凝土,既可以加固护坡,又能保持绿色自然景观,其中多孔的结构又为微生物和小动物提供了栖息的空间,既可以保持生物多样性,又可以对湖泊、河流的水质间接进行净化,起到了保护环境的效果;罗旭等[18]的试验结果表明基层的目标孔隙率为15%,水灰比为0.28,再生骨料选取粒径为4.75mm~9.50mm,面层目标孔隙率为10%,水灰比为0.28,再生骨料选取的粒径为2.36mm~4.75mm,将新拌好的基层与面层的材料装入模具进行震动成型,在这种配合比条件下得到的透水砖既可以满足强度标准,又可以保证透水性能。

4再生混凝土研究意义及展望

再生混凝土材料因其节能、环保、低碳、改善环境和提高建筑功能等突出特点正在被各相关行业认可。但其相关研究还有很大空间,目前的相关研究主要集中于再生混凝土的配比、力学性能、透水性能、耐久性能等方面的研究。就其应用发展方面,应当大力推广其在园林景观工程中的非承载或承载较小的工程结构中的应用,同时可以结合不同的应用形式,既能满足相关结构规范要求,又能满足景观的形式需要。

作者:许凤博 胡士娟 赵滢 段晶 王磊 单位:河南科技大学 河南金卉园林绿化工程有限公司

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