孔琳洁

Cement and concrete production 水泥与混凝土生产

再生混凝土耐高温性能研究现状分析

孔琳洁

（浙江建设职业技术学院，浙江 杭州 311231）

本文对再生混凝土耐高温性能的研究现状进行了客观分析，认为目前对于再生混凝土构件的耐高温性能分析所采用的参数缺乏可靠的试验研究依据，基本为普通混凝土的建议公式；对再生混凝土耐高温性能进行系统性的试验研究，并在此基础上提出相应的模型用于再生混凝土结构构件耐高温性能分析是十分必要的。

再生骨料；再生混凝土；耐高温性能

近年来，随着我国城镇建设的高速发展，各类城市改造、拆迁和新建产生了大量的建筑废弃物。据统计，每拆除1平方米建筑物将产生大约1吨的建筑废弃物，每新建1立方米建筑物将产生0.6平方米的建筑废弃物，目前，我国的城市建筑废弃物数量已经占到城市垃圾总量的40%左右。倘若这些建筑废弃物无法得到有效的再循环利用，那么随着我国城市化建设的推进，建筑废弃物产量的与日增加，将对环境造成巨大压力。

以杭州市为例，根据2019年相关媒体报道，近几年杭州市因为工程建设和拆迁等所产生的建筑废弃物平均每年为5000万吨以上。建筑废弃物的主要成分为：建筑余泥、废弃混凝土、废弃砂浆、废弃砖瓦和废弃沥青等。但是，全市每年的建筑废弃物再利用量却不到100万吨，即全市每年的建筑废弃物利用率不到3%。具了解，目前城市建筑废弃物的主要处理方式为填埋和堆放，极少量被应用于地基、路基的填充或是防冻，将建筑废弃物经破碎处理后应用于再生骨料混凝土的量更是微乎及微了。

一方面，采用传统的方式处理建筑废弃物，需要占用大量的土地，对土壤、地下水和大气的污染也十分严重。另一方面，随着城市化建设的推进，建设用的混凝土需求量十分巨大，具统计我国目前每年的混凝土使用量为10亿立方米左右，每生产1立方米混凝土需要消耗2000千克左右的沙石。如此巨大的砂石需求量对生态环境造成了巨大的压力，随着天然砂石开采量的逐年下降，各个城市都出现了不同程度的资源紧张，寻找合适的沙石替代品成为迫在眉睫的事情。

建筑废弃物中，废弃混凝土、废弃砂浆和废弃砖瓦所占的比例为60%左右，将它们分拣出来，进行破碎、筛分和除杂等处理，制备成一定粒径的粗细骨料颗粒，用以部分或者全部取代天然砂石，制备的再生骨料混凝土，一方面可以改善建筑废弃物投放造成的环境污染，另一方面可以部分解决天然砂石开采造成的环境破坏。由此可见，利用建筑废弃物制备再生骨料混凝土是兼具环保价值和经济价值的重要举措。

通过破碎废弃混凝土得到的再生骨料，由于其表面黏附有残余砂浆、内部混杂着杂质以及粉碎过程可能产生一些裂缝，使再生骨料比天然骨料表观密度和强度都有所下降，吸水性和孔隙率都明显增加。因此，利用再生骨料制备的再生混凝土，其物理性能、力学性能、耐久性能等都有所下降。为此，很过发达国家，特别是在再生混凝土领域比较先进的国家都出台了相关的技术规范来规定再生骨料的最大取代率。我国也分别于2010年和2011年就再生骨料的分级和应用范围颁布了两部国家标准：《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177-2010）[1]和《再生骨料应用技术规程》（JGJ/T 240-2011）[2]。

近年来，随着再生混凝土从部分应用于多层建筑基础部分，到大量应用于高层建筑主体结构，再生混凝土在高层建筑在的应用正在逐渐增加，因此对其高温性能的研究也在逐渐重视。

1 国外学者的研究现状

阿根廷学者Zega和Di Miao[3,4]，于2006年到2009年对再生混凝土在500℃高温后的抗压强度和弹性模量进行研究，试验采用的骨料类型为花岗岩、砾石、石英岩，取75%的再生骨料取代率，水灰比分别取了0.40、0.55、0.70，高温作用的时间为1小时和4小时。试验结果表明，高温作用时间为1小时，再生混凝土的耐高温性能跟水灰比成反曲线；当高温作用时间为4小时时，再生混凝土与普通混凝土耐高温性能相近。

葡萄牙学者Vieira等[5]，于2011年对再生混凝土在标准火灾后的抗压强度、抗拉强度和弹性模量进行了研究，试验采用石灰岩骨料，取0%、20%、50%和100%的再生骨料取代率。试验结果表明，再生混凝土与普通混凝土力学损伤相近。

加拿大学者Sarhat和Sherwood[6]，于2013年对再生混凝土在温度为250℃、500℃和750℃的高温后的抗压强度、劈裂抗拉强度与弹性模量进行了试验研究，试验采用的骨料类型为砾石和石灰石，取0%、25%、50%、75%和100%的再生骨料取代率。试验结果表明，再生粗骨料取代率越高，其高温后力学性能损伤反而越小。

法国学者Laneyrie等[7]，于2016年对来源于工地和实验室的废弃混凝土所制备的再生骨料混凝土进行了高温后的抗压强度、劈裂抗拉强度以及弹性模量研究。试验结果表明，源自工地的废弃混凝土所制备的再生骨料混凝土高温后的力学性能损伤更大，其主要原因应该是由于这类废弃混凝土中的杂质更多。

悉尼科技大学学者Li等[8]，于2017年对再生混凝土圆钢管短柱高温后的残余轴向抗压强度进行了研究。试验采用非标准火灾，温度为200℃、500℃和700℃，高温后恒温3小时，以确保构件整体到达预设温度，主要考察再生骨料取代率和温度对试验构件抗压强度、弹性模量以及峰值应变的影响。研究表明，在相同高温作用下再生混凝土钢管短柱的轴向抗压强度低于普通混凝土钢管短柱。通过对试验数据的分析，作者还给出了一个抗压强度、弹性模量以及峰值应变的折减公式。

2 国内学者的研究现状

2006年，同济大学的肖建庄[9]，对不同再生粗骨料取代率的再生混凝土立方体试块在20～800℃下的高温试验.通过对试验现象与结果的对比与分析,研究了再生混凝土的抗火性能,分析了高温后再生混凝土的残余抗压强度与经历温度之间的相互关系及变化特点.最后,在与已有文献中普通混凝土、轻骨料混凝土、高强混凝土和高性能混凝土等不同类型混凝土抗火性能对比分析的基础上,提出了基于统计的再生混凝土残余抗压强度与经历温度之间关系的建议公式.

2012年到2015年，东南大学的徐明[10,11]，研究了再生骨料取代率为0%、50%和100%的再生混凝土耐高温性能和应力-应变关系。研究结果表明，再生骨料取代率越大，试件高温后的力学性能损伤也越大，根据试验结果，该学者还给出了不同再生骨料取代率的混凝土强度、弹性模量折减公式和抗压强度的应力-应变关系。

2012年，大连理工大学杨有福与侯睿[12]，对高温后圆、方形钢管再生混凝土短柱的残余力学性能进行了研究。试验采用非标准火灾，温度为300℃、600℃和800℃，高温后恒温3小时以确保构件整体到达预设温度。研究结果表明，同温度高温后，钢管再生混凝土短柱的剩余承载力与刚度均低于对应的钢管普通混凝柱，这应该是由于再生混凝土的强度与弹性模量低于对应的普通混凝土的原因。

2017年，昆明理工大学的万夫雄[14]，进行了再生混凝土高温后经历自冷和水冷的抗压强度试验，并建立了再生混凝土高温后自冷和水冷后的强度计算公式。试验表明，在600℃以前，再生混凝土高温后水冷比自冷的强度低很多，但600℃后两者强度接近。随着温度的升高，再生粗骨料与水泥石的界面裂缝加宽，同时水泥石孔洞尺寸变大,结构变得疏松，并且水冷却比自然冷却对微观结构损伤更大。

2018年，香港理工大学Xuan等[15]，对高温后未碳化再生混凝土与碳化再生混凝土力学性能与微裂缝进行了研究。研究结果表明，再生骨料取代率对再生混凝土高温后的抗压强度影响较大：当再生骨料取代率为20~40%时，取代率越高力学损伤越小；当再生骨料取代率大于40%时，取代率越高力学损伤越大。

3 小结

利用建筑废弃物制备再生粗细骨料，用于部分或者全部替代天然粗细骨料，制备再生骨料混凝土，一方面能够有效减少城市建筑废弃物的投放，减少土地侵占，改善城市环境，减少污染；另一方面也可以减少天然砂石的开采，减少生态环境的破坏。总之，利用建筑废弃物制备再生骨料混凝土是兼具环保价值和经济价值的重要举措。

目前对于再生混凝土耐高温性能研究并不多，且大多数研究集中于高温后的力学性能研究，对高温下的再生混凝土的性能研究基本处于空白状态。目前对于再生混凝土构件的耐高温性能分析所采用的参数基本为普通混凝土的建议公式，缺乏可靠的试验研究依据。因此，系统的进行再生混凝土耐高温性能的试验研究，并在此基础上提出相应的模型用于再生混凝土结构构件耐高温性能分析是十分必要的。

[1] 中华人民共和国国家标准.《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177-2010）[S]. 北京: 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 2010.

[2] 中华人民共和国行业标准.《再生骨料应用技术规程》（JGJ/T 240-2011）[S]. 北京: 中华人民共和国住房和城乡建设部, 2011.

[3] Zega C J, Di Maio A A. Recycled Concrete Exposed to High Temperatures[J]. Magazine of Concrete Research, 2006, 58(10): 675-682.

[4] Zega C J, Di Maio A A. Recycled Concrete Made with Different Natural Coarse Aggregates Exposed to High Temperature[J]. Construction and Building Materials, 2009, 23: 2047-2052.

[5] Vieira J P B, Correia J R, de Brito J. Post-Fire Residual Mechanical Properties of Concrete Made with Recycled Concrete Coarse Aggregates[J]. Cement and Concrete Research, 2011, 41(5): 535-541.

[6] Sarhat S R, Sherwood E G. Residual Mechanical Response of Recycled Aggregate Concrete after Exposure to Elevated Temperatures[J]. Journal of Materials in Civil Engineering, 2013, 25(11): 1721-1730.

[7] Laneyrie C, Beaucour A L, Green M F et al. Influence of Recycled Coarse Aggregates on Normal and High Performance Concrete Subjected to Elevated Temperatures[J]. Construction and Building Materials, 2016, 111: 368-378.

[8] Li W G, Luo Z Y, Tao Z et al. Mechanical Behaviour of Recycled Aggregate Concrete-Filled Steel Tube Stub Columns after Exposure to Elevated Temperatures[J]. Construction and Building Materials, 2017, 146: 571-581.

[9] 肖建庄,黄运标.高温后再生混凝土残余抗压强度[J].建筑材料学报,2006,(第3期).

[10] 徐明, 张牟, 唐永辉, 等. 高温后再生混凝土抗压强度的试验研究[J]. 混凝土, 2012, (11): 42-44.

[11] 徐明, 王韬, 陈忠范. 高温后再生混凝土单轴受压应力-应变关系试验研究[J]. 建筑结构学报, 2015, 36(2): 158-164.

[12] Yang Y F, Hou R. Experimental Behaviour of RACFST Stub Columns after Exposed to High Temperatures[J]. Thin-Walled Structures, 2012, 59: 1-10.

[13] 张侔.再生混凝土简支梁高温后受力性能的试验研究[D]. 南京: 东南大学硕士学位论文, 2012.

[14] 万夫雄,赵鹏辉,连会杰,徐清.高温后再生混凝土强度与微观机理[J].混凝土,2017,(第1期).

[15] Xuan D X, Zhan B J, Poon C S. Thermal and Residual Mechanical Profile of Recycled Aggregate Concrete Prepared with Carbonated Concrete Aggregates after Exposure to Elevated Temperatures[J]. Fire and Materials, 2018, 42(1): 134-142.

孔琳洁（1988.10- ）女，汉族，浙江省杭州市人，研究生，讲师，研究方向：新型建材。

浙江省教育厅一般科研项目(Y201840736)。

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