以城市垃圾熔渣替代天然骨料的再生混凝土的性能研究

1、大連交通大學(xué)2009屆本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計（論文）摘 要本文通過試驗，主要研究了以城市垃圾熔渣替代天然骨料的再生混凝土的性能。由于垃圾骨料的高吸水率，不穩(wěn)定的骨料特性及較低的骨料強度，并不能直接作為混凝土的理想骨料。但可以通過對垃圾骨料特性及所取再生混凝土配合比的研究來克服垃圾骨料的上述不足。本文研究了城市垃圾熔渣混凝土配合比設(shè)計方法，得到了城市垃圾熔渣所需的水及減水劑用量。考慮了30%, 50%, 70% 和90%的替代率，其中存在一個最佳取代率為50%，對城市垃圾熔渣混凝土抗壓強度最為有利。試驗分析了水灰比、單位用水量、砂率和外加劑（高效減水劑）對城市垃圾熔渣混凝土抗壓強度與彈性模量的影響，

2、認為城市垃圾熔渣混凝土抗壓強度與彈性模量的最主要影響因素是水灰比，二者隨著垃圾骨料替代率的增加而降低。通過試驗確定了再生骨料系數(shù)A、B 值以及相應(yīng)的強度計算公式。最后，提出了城市垃圾熔渣再生混凝土最經(jīng)濟的配合比與取代率。關(guān)鍵詞：城市垃圾熔渣骨料，混凝土，配合比設(shè)計，抗壓強度，彈性模量ABSTRACTThis paper presents the performances of experimental research into concrete produced by replacing the natural aggregates with urban waste slag aggrega

3、te. Urban waste slag aggregate are not suitable for use in the production of conventional concrete due to their relatively high absorption capacity, unstable properties and slag aggregates weaker strength. Such inadequacies can be overcome through carefully examining the characteristics of waste sla

4、g aggregates and then adopting proper mixture proportions. Proportioning design methods was investigated in concrete with urban waste slag aggregate. Water consumption and super plasticizer for concrete of urban waste slag aggregate are determined. The substitution percentages are 30%, 50%, 70% and

5、90%. A best substitution percentage of 50% has been found because in this case the compressive strength of 28 days age is the highest. The influence of water-cement ratio, unit water consumption, sand ratio and admixtures (super plasticizer) on compressive strength and elasticity modulo for concrete

6、 with urban waste slag aggregate is analyzed. It is sure to state that water-cement ratio is main influence factor and compressive strength and elasticity modulo have been shown to decrease when substitution percentage is increased. Finally, the most economic mixture ratio and substitution percentag

7、e for the concrete with urban waste slag aggregates has been discovered. Keywords: urban waste slag aggregate, concrete，proportioning design， compressive strength，elastic modulo目 錄第一章 緒 論11.1城市生活垃圾概況11.2研究目的及意義31.3可行性分析41.4研究內(nèi)容51.5研究方法5第二章 原材料的檢測62.1 原始骨料石子的檢測62.2砂子的檢測72.3垃圾骨料的檢測92.4水泥的檢測112.5 本章小結(jié)1

8、3第三章 混凝土的配合比計算143.1 混凝土的原始配合比計算過程143.2 混凝土砂率的確定153.3 混凝土減水劑的確定153.4 不同取代率的配合比計算163.5 混凝土制作工藝及步驟163.6垃圾骨料的用水量的確定17第四章 實驗結(jié)果和分析184.1抗壓強度與水灰比和取代率之間的關(guān)系184.2不同取代率28天內(nèi)抗壓強度的增長量204.3取代率與彈性模量之間的關(guān)系214.4水灰比和混凝土抗壓強度與水泥抗壓強度之比之間的關(guān)系254.5抗壓強度與彈性模量之間的換算關(guān)系264.7最經(jīng)濟水灰比和取代率的混凝土274.8小結(jié)29第五章 結(jié)論與展望305.1結(jié)論305.2展望30謝 辭32參考文獻3

9、3大連交通大學(xué)2009屆本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計（論文）第一章 緒 論1.1 課題背景城市垃圾又稱為廢棄物,按照其來源可分為:普通垃圾、商業(yè)垃圾、清掃垃圾、建筑垃圾、工業(yè)垃圾和危險垃圾。城市垃圾成分與其經(jīng)濟發(fā)達程度、居民生活水平以及生活習(xí)慣密切相關(guān),經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)和城市,不僅垃圾產(chǎn)量高,而且由于城市居民所用燃料和食品結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,垃圾中的灰分下降,含水率降低。隨著我國城市化進程的不斷加快以及人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，垃圾增長速度加快,生活垃圾中有機成分增多,無機成分減少。據(jù)統(tǒng)計,我國城市垃圾清運量1979年為2508萬噸 ,1986年為5008萬噸 ,扣除不可比因素,年均增長10%左右,大大高于

10、工業(yè)發(fā)達國家的城市垃圾年增長率(2.5%5%)。預(yù)計到2010年，生活垃圾年產(chǎn)量將達到2.9億噸。如按城市垃圾清運量平均為垃圾產(chǎn)量的85%計,我國城市垃圾的人均產(chǎn)量為1.01.2kg/d。對于如此大的垃圾產(chǎn)生量,研究適宜的城市垃圾的再應(yīng)用方法已成為十分迫切的課題。1.2城市生活垃圾概況1.2.1城市生活垃圾產(chǎn)生量及構(gòu)成 近十幾年來,我國城市生活垃圾的產(chǎn)生總量大幅度增加.據(jù)資料表明,1990年我國城市生活垃圾清運量為6766.8萬噸,2000年為11818.9萬噸,到2002年增至13650萬噸,年均增長率為8.20%,少數(shù)城市的垃圾增長率則超過15%,大大高于工業(yè)發(fā)達國家的數(shù)值(2.5%-5%

11、),預(yù)計到2010年將達3.1億噸.城市生活垃圾的構(gòu)成主要受城市的規(guī)模,性質(zhì),地理條件,居民生活習(xí)慣,生活水平和居民燃料結(jié)構(gòu)的影響.我國城市垃圾在產(chǎn)量迅速增加的同時,垃圾構(gòu)成也發(fā)生了很大的變化,表現(xiàn)為有機物增加,可燃物增多,可利用價值增大。.1.2.2城市生活垃圾污染現(xiàn)狀 我國傳統(tǒng)的垃圾消納傾倒方式是一種污染物轉(zhuǎn)移方式.由于現(xiàn)有的垃圾處理場數(shù)量和規(guī)模遠遠不能適應(yīng)城市垃圾增長的要求,大部分垃圾仍呈露天集中堆放狀態(tài),對環(huán)境即時的和潛在的危害很大,污染事故頻出,問題日趨嚴重.主要表現(xiàn)為以下幾點：(1)污染大氣.城市生活垃圾中有50%-60%的易腐性有機物,它們能在短短的數(shù)小時之內(nèi)自行降解,同時散發(fā)出

12、硫化氫,氨,苯,丙酮等多種令人厭惡的臭味,這在集中堆放垃圾的垃圾處置場周圍更為明顯。(2)污染水體.垃圾中除易腐有機物降解產(chǎn)生的水和自身攜帶的水分外,有時還接納一些外來水(主要有降水和徑流水),這些水分總量若超過垃圾對水分的吸收能力,就會滲流出來形成垃圾滲濾液,這些滲濾液若流入周圍的地表水體和滲入土壤,會造成地表水和地下水的嚴重污染。(3)侵占土地,對農(nóng)田破壞嚴重.堆放在城市郊區(qū)的垃圾,侵占了大量農(nóng)田;未經(jīng)處理或未經(jīng)嚴格處理的生活垃圾直接用于農(nóng)田,或僅經(jīng)農(nóng)民簡易處理后用于農(nóng)田,破壞了土壤的團粒結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì),致使土壤保水保肥能力降低。(4)垃圾爆炸事故不斷發(fā)生.由于城市生活垃圾中有機物含量的提

13、高和由露天堆放變?yōu)榧卸汛?只采用簡單覆蓋易造成厭氧環(huán)境而使垃圾產(chǎn)生的沼氣量增加,爆炸事故不斷發(fā)生,造成重大損失。1.2.3城市生活垃圾處理方法 為了實現(xiàn)城市生活垃圾無害化,減量化,資源化的目的,國內(nèi)外均在研究城市生活垃圾的處理方法,目前國內(nèi)成熟且常用的方法為焚燒,堆肥和填埋、再生利用四種：1焚燒焚燒是對城市生活垃圾高溫分解和深度氧化的綜合處理過程.將生活垃圾作為固體燃料送入爐膛內(nèi)燃燒,在800-1000的高溫條件下,垃圾中的可燃組分與空氣中的氧進行劇烈化學(xué)反應(yīng),釋放出熱能并轉(zhuǎn)化為高溫燃燒煙氣和少量性質(zhì)穩(wěn)定的固體殘渣.熱能可回收利用,煙氣必須凈化,性質(zhì)穩(wěn)定的殘渣可直接填埋處理.焚燒技術(shù)的特點是

14、處理量大,減容性好,無害化徹底,并且熱能可回收利用,因此這種方法是我國和世界上大多數(shù)國家普遍采用的一種垃圾處理技術(shù)。隨著焚燒技術(shù)工藝研究的完善,國產(chǎn)化成套焚燒設(shè)備的開發(fā),生活垃圾焚燒余熱綜合利用技術(shù)將進一步得到提高,焚燒處理的比例也將逐步上升,未來幾年內(nèi)在部分城市中將建成若干個和國外接軌的城市生活垃圾焚燒廠。2堆肥 堆肥是依靠自然界廣泛分布的細菌,放線菌,真菌等微生物,人為的促進可生物降解有機物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化的生化過程,它不僅可以殺死垃圾中的病原菌,有效處理垃圾中的有機物,而且可生產(chǎn)有機肥料,特別適用農(nóng)業(yè)為主的國家.但是垃圾堆肥并不能處理全部垃圾,它只針對城市生活垃圾中易腐,可被微生物降解

15、的有機物,所以堆肥處理是垃圾中可腐有機成分的處理技術(shù),而不是全部垃圾的最終處理技術(shù)。另外堆肥時,垃圾中的石塊,金屬,玻璃,塑料等廢棄物不能被微生物分解,這些廢棄物必須分揀出來,另行處理.而且城市生活垃圾堆肥一般周期較長,處理量小,單純的堆肥處理不能滿足日益增多的生活垃圾,并存在產(chǎn)品長期使用會造成土壤渣化,質(zhì)量不穩(wěn)定,銷路不暢等問題,所以堆肥處理還必須優(yōu)化生產(chǎn)工藝,提高產(chǎn)品質(zhì)量.但由于堆肥技術(shù)具有良好的減量化和資源化效果,隨著技術(shù),設(shè)備,工藝的不斷改進,生活垃圾堆肥技術(shù)將進一步得到重視,處理的比例將逐步增加。3填埋 填埋是城市生活垃圾處理中必不可少的最終處理手段,也是現(xiàn)階段我國垃圾處理的主要方式

16、。與其他處理方法比較,填埋是一種獨立銷毀垃圾的方法,填埋場是各種生活垃圾的最終處置場所.但是填埋技術(shù)也并非是一種完美的垃圾處理方式,主要存在以下問題:(1)垃圾填埋占用大量土地。(2)垃圾滲濾液的處理仍是難以解決的問題。(3)填埋法的無害化程度低,對水源和大氣的潛在影響較大,同時填埋法的資源回收率低,加上填埋場征地,運轉(zhuǎn)費用日益上漲,此法在我國有下降的趨勢,因此我國應(yīng)根據(jù)具體情況,引進先進科學(xué)技術(shù),研究適合我國城市生活垃圾的填埋技術(shù).總之填埋法在我國生活垃圾處理領(lǐng)域的主導(dǎo)地位,在今后相當長的時期內(nèi)不會改變,但處理的比例將穩(wěn)步下降。根據(jù)中國城市生活垃圾的特點,中國環(huán)境衛(wèi)生部門制定的垃圾處理技術(shù)對

17、策已從上世紀80年代中期的著重發(fā)展填埋和高溫堆肥向填埋,焚燒,堆肥與循環(huán)利用,綜合利用技術(shù)并舉的方向過渡,逐步實現(xiàn)垃圾處理無害化,減量化,資源化的總目標。4 再生利用在美國和荷蘭，底灰（或混合灰渣）被用作混凝土中的部分替代骨料。最常見的是將底灰、水、水泥及其它骨料按一定比例制成混凝土磚，這在美國已有商業(yè)化應(yīng)用只要采用適當?shù)墓芾砑夹g(shù)，該骨料瀝青利用的所有健康風險均低于美國環(huán)保局認為的可接受風險目標值；骨料中最有可能造成潛在危害的元素為Pb，但其危害程度也低于實施中的健康標準；該骨料的瀝青利用不會對人類和環(huán)境造成不可接受的影響。隨著垃圾處理技術(shù)的發(fā)展，日本開發(fā)了一種高效熔融飛灰的技術(shù)，使熔融后的殘

18、渣具有較高的強度，可作為建筑材料使用。如崔正龍、大芳賀義喜等已制做出了抗壓強度高達41.3MPa的混凝土試件1；而在我國，焦寶祥、李玉華則制做出了抗壓強度最高為40.0MPa的混凝土試件2。雖然我國對再生骨料混凝土的研究起步較晚，但其研究勢頭很猛，已有多家大學(xué)和科研單位開展了再生混凝土的研究工作。雖然尚未得出統(tǒng)一的、權(quán)威性的結(jié)論，但為我國再生骨料混凝土的應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。1.3研究目的及意義1.3.1研究目的焚燒生活垃圾無機渣（以下簡稱無機渣）是城市生活垃圾焚燒后的殘留物，約占垃圾質(zhì)量的40%。無機渣目前常采用填埋處理，其有害元素對環(huán)境產(chǎn)生較大的負面影響。本課題根據(jù)生活垃圾無機渣的特點，研

19、究其作為骨料混凝土性能的影響，以實現(xiàn)生活垃圾無機渣的資源化，使其成為混凝土骨料。1.3.2研究意義混凝土外加劑的快速發(fā)展和新結(jié)構(gòu)、新工藝的發(fā)展使再生混凝土的基本性能得到改善或提高。根據(jù)權(quán)威部門的統(tǒng)計結(jié)果,混凝土作為水、砂子、卵石與碎石等天然資源的最大消費者,現(xiàn)在正以每年約80億噸的速度消耗天然骨料。與此同時,隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，人們物質(zhì)生活的提高，產(chǎn)生的生活垃圾也越來越多。在不久的將來,將缺少新垃圾掩埋用地,主要的土地開墾計劃也要結(jié)束。為了最大限度的減少對自然資源的開采,必須最大限度的增加對城市生活垃圾的再生利用。因此城市生活垃圾的處理及應(yīng)用技術(shù)的研究和應(yīng)用推廣勢在必行。國外對城市生活垃圾

20、的處理和應(yīng)用技術(shù)的研究都較早,并制定了相應(yīng)的再生混凝土骨料的應(yīng)用指南。在日本和德國都有用再生混凝土骨料建造的示范程。我國對再生骨料混凝土的研究起步較晚,但其研究勢頭很猛,已有多家大學(xué)和科研單位開展了再生混凝土的研究工作。再生混凝土和普通混凝土相比,其主要區(qū)別是再生混凝土骨料和天然骨料不同。用再生混凝土骨料生產(chǎn)混凝土,其關(guān)鍵的因素是弄清楚骨料的特性，從而找出適合的配合比。本課題就再生混凝土骨料的物理化學(xué)性能及配合比設(shè)計進行一些研究，從而可為再生骨料混凝土的應(yīng)用做出一定貢獻。1.4可行性分析1.4.1技術(shù)可行性 目前, 國內(nèi)數(shù)十家大學(xué)和研究機構(gòu)開展了再生混凝土的研究, 而且研究工作逐漸深入。為了解

21、決再生骨料混凝土高吸水和高收縮的問題, 研究人員系統(tǒng)研究了再生骨料的結(jié)構(gòu)特性、水分遷移特性和再生混凝土界面過渡區(qū)微觀結(jié)構(gòu), 為采取合理有效的措施解決這些問題奠定了基礎(chǔ)。其他一些高校、科研院所如東南大學(xué)、華中科技大學(xué)、北京建工學(xué)院、沈陽建工學(xué)院等已經(jīng)開展利用城市垃圾制取燒結(jié)磚和再生混凝土技術(shù)的研發(fā)。他們經(jīng)過多年的系統(tǒng)研究,已形成成套技術(shù), 就是將解體混凝土和廢棄磚瓦進行再生資源化處理后, 作為混凝土骨料、輕骨料, 生產(chǎn)普通混凝土或高性能混凝土砌塊, 這種再生混凝土強度達C30。1.4.2經(jīng)濟可行性城市垃圾的利用可謂是一舉數(shù)得, 在獲得經(jīng)濟效益的同時, 還消納了大量垃圾, 減少污染及土地占用。對于

22、建筑用砂緊缺的城市, 又解決了混凝土骨料的來源, 不但可以降低成本, 又可滿足施工規(guī)范要求，2個效益是很明顯的。1.4.3 實驗可行性(1)本課題中的所有試驗均參考了大量的資料及參考文獻，并根據(jù)規(guī)范標準進行試驗。 (2)實驗室具備了可以進行再生混凝土配合比試驗的儀器設(shè)備（震篩機、壓力試驗機、混凝土攪拌機、烘箱等）。(3)研究人員的態(tài)度均仔細、認真、勤奮、刻苦，使測得的試驗數(shù)據(jù)有足夠的可靠性和準確性。1.5研究內(nèi)容(1)原材料性能分析1)生活垃圾爐渣物理指標（表觀密度、含水率、吸水率、級配、指標等）及化學(xué)成分；2)骨料（生活垃圾爐渣、砂、石）級配。(2)混凝土配合比設(shè)計不同的水灰比、外加劑摻量、

23、生活垃圾爐渣替代率下，對生活垃圾爐渣再生混凝土進行配合比設(shè)計。(3)強度試驗測試混凝土抗壓強度和彈性模量。1.6研究方法再生混凝土配合比的設(shè)計方法，原則上與普通混凝土一致，但考慮到再生骨料的特殊性質(zhì)，其配合比設(shè)計又有其特殊性。由于再生骨料有較大的吸水率以及骨料表面粗糙的粒形效應(yīng)和棱角效應(yīng)，導(dǎo)致在配合比相同的情況下，再生混凝土存在坍落度小、經(jīng)時損失大的問題。為此，本文在綜合國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，從配合比入手，擬將再生骨料全部代替粗骨料并采用預(yù)吸水法（將粗骨料置于水中浸泡24h 以上，待其吸飽水后進行混凝土的配制。）進行試驗。第二章 原材料的檢測2.1 原始骨料石子的檢測2.1.1 石子的篩分實

24、驗石子的顆粒級配對于混凝土中水泥用量的大小具有顯著的影響,它是評定石子質(zhì)量的一個重要依據(jù)。主要儀器設(shè)備為：標準篩一套。天平或臺秤,秤量隨試樣質(zhì)量而定,感量為試樣的0.1%左右，烘箱,搖篩機,容器,淺盤等。取樣5千克按上訴步驟進行實驗，結(jié)果如下表：表2-1 石子的篩分數(shù)據(jù)公稱直徑/mm篩余質(zhì)量/g篩余單位為%第一組第二組均值分計篩余累計篩余評價結(jié)果25.0 4054.547.250.9450.945連續(xù)級配531.5公稱粒級20.0 102611851105.522.1223.06516.0 116511901177.523.5546.61510.0 11751095217043.490.015

25、5.0 11509804358.798.7152.5 4104603.250.06598.782.1.2 石子的表觀密度檢測測定干燥石子的堆積密度和空隙率,可用以評定石子的質(zhì)量好壞。同時石子的堆積密度也是進行混凝土配合比設(shè)計的必要數(shù)據(jù)之一。取試樣一份,置于平整干凈的地面(或鐵板)上,用平頭鐵鏟鏟起試樣,使石子自由落入容量筒內(nèi)(鐵鏟的齊口至容量筒上口距離約為5cm).裝滿后,除去凸出筒口表面的顆粒,并以合適的顆粒填入凹陷空隙中,使表面凸起部分與凹陷部分的體積大致相等 ,最后稱出容量筒連同試樣的總質(zhì)量(m2)。表2-2 石子的表觀密度試樣 1試樣 2備 注烘干后試樣質(zhì)量 m0/g922853試樣、

26、水、廣口瓶和 玻璃片總質(zhì)量 m1/g20602070水、廣口瓶和玻璃片 總質(zhì)量 m2/g14801532表觀密度 /kg/m326962700平 均2698水溫對表觀密度影響的 修正系數(shù) t0.004(18)2.2 砂子的檢測2.2.1 砂子的篩分通過砂子篩分試驗,計算砂的細度模數(shù),確定砂子級配的好壞和粗細程度。砂的級配好壞和細度大小,對于混凝土的水泥用量具有顯著的影響。(1)分計篩余百分率。將各號篩上的篩余量除以試樣總量,以求得各篩分計篩余百分率,計算到0.1%。 (2)累計篩余百分率.將各號篩的分計篩余百分率與大 于該號篩的各分計篩余百分率累加起來,以求得該號篩的累計篩余百分率,計算到0.

27、1%. (3)按下式計算細度模數(shù) f,(精確至0.01): f =(A2+A3+A4+A5)-5A1/(100-A1)式中A1A6分別為2.360.l6mm六個篩上的累計篩余百分率.(4)篩分試驗應(yīng)用兩份試樣進行試驗,并以兩次試驗值的算術(shù)平均值作為試驗結(jié)果.累計篩余百分率精確至1%,細度模數(shù)精確至0.1.如果兩次試驗所得細度模數(shù)之差大于0.2,應(yīng)重新進行試驗。表2-3 砂子的篩分數(shù)據(jù)公稱直徑/mm篩余質(zhì)量/g篩余單位為% 第一組第二組平均值分計篩余累計篩余模度系數(shù)4.751.20.70.950.10.12.04 2.3613.212.913.051.31.41.2521.721.321.52.

28、153.550.63212.720320820.824.350.315523526524.552.4576.800.16213220216.521.6598.45注：Mx=式中A1A6分別為5.00mm0.16mm各篩上的累計篩余百分率。圖2-1沙子篩分級配由圖可以看出砂子是最大粒徑為36MM，屬于中砂。2.2.2 砂子的表觀密度測定砂的視密度,以此評定砂的質(zhì)量。砂的視密度也是進行混凝土配合比設(shè)計的必要數(shù)據(jù)之一。表2-4 砂子的表觀密度測定試樣 1試樣 2備 注烘干后試樣質(zhì)量 m0/g300300試樣、水、廣口瓶和 玻璃片總質(zhì)量 m1/g817842水、廣口瓶和玻璃片 總質(zhì)量 m2/g6326

29、57表觀密度 /kg/m326042605平 均2604.5水溫對表觀密度影響的 修正系數(shù) t0.004(18)2.2.3 砂子的含泥量檢測砂子的含泥量，有利于更好的分析砂子的類型，有助于實驗數(shù)據(jù)的準確性。下面是本次試驗砂子含泥量的檢測數(shù)據(jù)：表2-5 砂子的含泥量測定試樣 1試樣 2取樣質(zhì)量400400 檢測結(jié)果395396計算結(jié)果1.251.00 平均值 1.1252.3 垃圾骨料的檢測2.3.1 垃圾骨料的表觀密度與天然骨料相比,由于再生骨料具有孔隙率高、吸水性大、強度低等特征,這將導(dǎo)致再生骨料混凝土與天然骨料混凝土的性能有所不同。究其主要原因,在于再生骨料與天然骨料的性質(zhì)不同，表觀密度是

30、檢驗不同的一項指標。本次測定表觀密度數(shù)據(jù)如下：表2-6 垃圾骨料的表觀密度測定數(shù)據(jù)試樣 1試樣 2備 注烘干后試樣質(zhì)量 m0/g754.1786.2試樣、水、廣口瓶和 玻璃片總質(zhì)量 m1/g20972095.6水、廣口瓶和玻璃片 總質(zhì)量 m2/g1649.51647表觀密度 /kg/m323252325平 均2325水溫對表觀密度影響的 修正系數(shù) t0.004(18)由表可以看出再生骨料的表觀密度低于天然骨料，這是由于天然骨料結(jié)構(gòu)堅硬致密,孔隙率低,所以,其吸水率和吸水速率都很小。而對再生骨料而言,其表面粗糙,棱角較多,并且骨料表面還包裹著相當數(shù)量的水泥砂漿(孔隙率大,吸水率高) ,再加上混凝

31、土塊在解體、破碎過程中由于損傷積累使再生骨料內(nèi)部存在大量微裂紋,這些因素都使再生骨料的吸水率和吸水速率增大,而且密度和表觀密度比天然骨料低。與石子的表觀密度相差不是很大，所以可以替代天然骨料來做混凝土試件。2.3.2 垃圾骨料的吸水率垃圾骨料的吸水率的檢測有利于配合比中水量的計算和減水劑的使用，而且在提前一小時潤濕的時候，計算潤濕的水量，具體數(shù)據(jù)如下表所示：表2-7 垃圾骨料的吸水率垃圾熔渣吸水率公 式24h1hwwa=試樣1試樣2試樣1試樣2烘干前飽和面干試樣與 盤總質(zhì)量 m2 /g488048005050.55050.5烘干后試樣與盤總質(zhì)量 m1/g4442.9436746754667.7

32、盤質(zhì)量 m3 /g350355680680吸水率 wwa10.68%10.79%9.4%9.6%平 均10.74%9.5%由2-7表可以看出來垃圾骨料的1小時吸水率為95%，比天然骨料的吸水率大得多，正式由于這個原因，我們在做時間的時候必須要做到提前預(yù)濕，而且預(yù)濕的水量不算到總水量當中，不然會影響到水灰比的變化。圖2-2 垃圾骨料潤濕2.3.3垃圾骨料的篩分垃圾骨料的篩分可以幫助我們分析其組成部分，有利于和天然骨料的對比，對試件的性能分析提供參考數(shù)據(jù)，實驗數(shù)據(jù)如下表：表2-8 垃圾骨料的篩分篩孔尺寸（mm）篩余量（g）分計篩余（%）累計篩余（%）細度模數(shù)MX1X2均值31.50053.154.

33、153.60.670.673.7626.500148.3101.4128.91.612.2819.000296.4294.3295.43.695.9716.000234.3192.6213.52.678.6410.0001080.7920.51000.612.5121.155.0002103.51879.51991.524.946.052.5001820.81870.21845.523.0769.121.2507248047649.5578.670.6308671001.8934.411.6890.350.315409.2527.5468.45.8696.210.16173220196.52.

34、4698.67底盤89.2133.3111.31.39100注：Mx=式中A1A6分別為5.00mm0.16mm各篩上的累計篩余百分率。圖2-2 再生骨料篩分級配曲線由圖可以看出：(1)城市垃圾熔渣骨料級配在0.16mm31.5mm范圍內(nèi)連續(xù)；(2)粒徑主要集中在2.5mm5mm范圍內(nèi)；(3)含有針片狀骨料，這會影響再生混凝土的抗壓強度。2.4水泥的檢測2.4.1水泥的幾種特性水泥是一種良好的礦物膠凝材料，它與石灰、石膏、水玻璃等氣硬性膠凝材料不同，不僅能在空氣中硬化，而且在水中還能更好地硬化，并保持和發(fā)展強度。因此，水泥是一種水硬性膠凝材料。其中，判定水泥是否合格、質(zhì)量優(yōu)主要就以下3個指標:

35、(1)細度細度是指水泥顆粒粗細的程度，是影響水泥性能的重要指標。顆粒愈細，與水反應(yīng)的表面積愈大，因而水化反應(yīng)的速度愈快，水泥石的早期強度愈高，但硬化收縮也愈大，且水泥在儲運過程中易受潮而降低活性，因此，應(yīng)適當控制水泥細度。表2-9 325水泥細度 時間：090413編號樣本單位數(shù)量篩余量細度結(jié)果1水泥325號g1001.31.3合格2水泥325號g1001.151.15 合格3水泥325號g1001.11.1合格(2)凝結(jié)時間凝結(jié)時間是指水泥從加水開始到失去流動性為止，即從可塑狀態(tài)發(fā)展到固體狀態(tài)所需的時間，分為初凝和終凝，其中初凝時間為水泥從開始加水拌合起至水泥砂漿開始失去可塑性所需的時間;終

36、凝時間是從水泥開始加水拌合起至水泥漿完全失去可塑性，并開始產(chǎn)生強度所需的時間。國家標準規(guī)定:硅酸鹽水泥初凝時間不得早于45min;終凝時間不得遲于6.5h。 表2-10水泥325號標準稠度用水量（500g） 時間：090414編號樣本單位數(shù)量開始時間結(jié)束測量（mm）結(jié)果1水ml145 904140不合格2水ml142904140不合格3水ml138904140不合格4水ml134904145合格/采用5水ml130904149不合格 表2-11水泥325號凝結(jié)時間 時間：090415編號樣本入水時間點初凝時間點終凝時間點凝結(jié)時間1標稠用水量制件090415，16:2319:453小時22分2標

37、稠用水量制件090415，16:2323:006小時37分(3)體積安定性水泥的安定性是指水泥在凝結(jié)硬化工程中，體積變化的均勻性。如水泥硬化后產(chǎn)生不均勻的體積變化，即為體積安定性不良。使用安定性不良的水泥，將會導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生膨脹性裂縫，降低工程質(zhì)量，甚至引起嚴重事故。表2-12水泥325號安定性（試餅法）編號樣本標養(yǎng)時間沸煮時間結(jié)果觀測評定1水泥標稠凈漿09041509041616：4719：47不開裂/不翹曲合格2水泥標稠凈漿09041509041616：4719：47不開裂/翹曲不合格表2-13 水泥325號膠砂強度 時間：090416編號養(yǎng)護時間測試時間抗折強度抗壓強度Xi均值Xi均值A(chǔ)1

38、3d090419/9:505.65.4539.1038.4541.22A25.1540.2042.65A35.6044.2542.65A47d090423/10:166.76.6846.6551.0551.32A57.0552.4050.65A66.352.7054.45A728d090514/10:3699.1283.4083.9082.18A89.281.3081.45A99.1580.8582.202.5 本章小結(jié)通過以上的檢測，我們可以看出：(1) 垃圾骨料的吸水率為9.5%，比天然骨料大很多，為了保證實驗的準確性，我們在做試件之前必須對垃圾骨料提前潤濕，時間為1小時，潤濕的用水量就是

39、垃圾骨料質(zhì)量的9.5%。特別注意的是，潤濕的水量不包括在總水量當中。(2) 通過砂子的篩分檢測我們確定砂子為中砂。表觀密度為2325 kg/m3(3) 石子的最大粒徑為40mm,表觀密度為2698 kg/m3。第三章 混凝土的配合比計算3.1 混凝土的原始配合比計算過程混凝土的配合比應(yīng)根據(jù)設(shè)計的混凝土強度等級、耐久性、坍落度的要求，按普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程試配確定，不得使用經(jīng)驗配合比。試驗室應(yīng)結(jié)合原材料實際情況，確定一個既滿足設(shè)計要求，又滿足施工要求，同時經(jīng)濟合理的混凝土配合比。 影響混凝土抗壓強度的主要因素是水泥強度和水灰比，要控制混凝土質(zhì)量，最重要的是控制水泥用量和混凝土的水灰比兩個主要

40、環(huán)節(jié)。在相同配合比的情況下水泥強度等級越高，混凝土的強度等級也越高。水灰比越大,混凝土的強度越低，增加用水量混凝土的坍落度是增加了，但是混凝土的強度也下降了。具體過程如下：水泥：強度等級325 密度 3.00g/cm 砂子：表觀密度2605kg/m石子：表觀密度 2698kg/m強度C20 塌落讀10-30mm1. 確定配制強度fcu,t fcu,t=fcu,k+1.645*5.0MP=20+1.645*5.0=28.225MP2. 確定水灰比W/C因為是碎石料 A=0.46 B=0.07W/C=A*fce/( fcu,t+Abfce)=0.51干燥環(huán)境 W/C0.65 所以W/C=0.513

41、 確定用水量 Wo坍塌度要求1030mm 碎石粒徑不大于40 則1立方米混凝土用水量 W0=165kg4 確定水泥CoCo=Wo/(W/C)=165/0.51=324kg干燥環(huán)境最小水泥用量260 kg/m3 所以Co=324kg5 確定砂率 Sp W/C=0.5 和碎石最大粒徑為40mm 可取 Sp=40% 查表6 確定1M 混凝土的沙石用量 So Go324/3000+175/1000+ So/2605+ Go/2698+0.01*1=1So/( So+ Go)=40%接方程得So =735kg Go=1102kg6 綜上得 水泥 324 kg 水 175 kg 砂子 735kg 石子 1

42、102kgCo：Wo：So：Go=1：0.51：2.27：3.40 3.2 混凝土砂率的確定試驗表明，砂率對再生混凝土拌和物的和易性有很大影響。當水灰比相同時，砂率大的拌和物，坍落度也大。砂率影響混凝土拌和物流動性的原因可認為，砂和水泥漿形成的水泥砂漿可以減少再生混凝土骨料之間的摩擦力，在拌和時起潤滑作用，所以在砂率較小時，因再生骨料表面比天然骨料粗糙，摩擦力大，潤滑作用小，所以和易性不好。在一定范圍內(nèi)，增大砂率，潤滑作用改善，和易性提高。但砂率超過一定范圍時，骨料表面積就會隨之增大，需要潤滑的水分就要增多，由于是固定單位用水量，則拌和物的流動性就會隨著砂率的增大而降低。因此在用水量和水泥用量

43、不變的情況下，應(yīng)取可使拌和物獲得要求的流動性、良好的粘聚性和保水性的最佳砂率，這和普通混凝土情況是類似的。最終確定最合適的砂率： 表3-1砂率確定表砂率水泥質(zhì)量水質(zhì)量砂子質(zhì)量石子質(zhì)量塌落度40%324kg175kg113kg296kg9.5mm45%324kg175kg124kg289kg17mm因為本實驗要求的坍塌度在10mm30mm之間，所以砂率確定為45%為最佳。3.3 混凝土減水劑的確定 由于再生骨料表面粗糙、棱角較多且吸水率大，因此在配合比相同條件下，再生混凝土粘聚性、保水性均優(yōu)于普通混凝土，而流動性比普通混凝土差?？赏ㄟ^添加高效減水劑改善其和易性。減水劑是在混凝土坍落度基本相同的條

44、件下，能減少拌和用水的外加劑。由于減水劑具有吸附分散作用、潤滑作用和濕潤作用，所以只要加入很少量的減水劑，就能使新拌和再生混凝土的工作性能顯著改善。減水劑的用量取得是水泥用量的百分比，具體確定如下：圖 3-1 坍落度的測定編 號W/CSPW1(kg)W2(kg)C0(kg)S0(kg)減水劑坍落度(mm)10.5145%3431751242890.2%2020.5145%3431751242890.4%60表3-2 減水劑的確定 3.4 不同取代率的配合比計算根據(jù)3.1的計算理論我們算得另外兩種的水灰比如下：0.5 水灰比：Co：Wo：So：Go=1: 0.51: 2.55:3.110.55水

45、灰比：Co：Wo：So：Go=1：0.55：2.79：3.410.65水灰比：Co：Wo：So：Go=1：0.65：3.39：4.13我們研究不同的水灰比在不同的取代率的情況下，通過實驗分析來確定垃圾骨料的可利用性和各方面性能。3.5 混凝土制作工藝及步驟 所用混凝土攪拌設(shè)備為一容量為20L的攪拌機。投料順序如下：(1) 加入再生骨料和砂攪拌30s；當采用預(yù)吸水方法時，至少提前1h將附加水(W2)加入到垃圾熔渣并攪拌均勻備料。(2) 加入水泥攪拌30s；(3) 加入減水劑和(5075)W1攪拌30s；(4) 加入其余的W1攪拌30s。即如下圖： 圖3-2 20L混凝土攪拌機垃圾熔渣再生骨料（預(yù)

46、吸水提前1小時）干砂 + 攪拌30秒后加水泥攪拌30秒后加減水劑和70%的水攪拌30秒后加剩下的水再攪拌30秒 圖3-3 攪拌工藝流程圖3.6垃圾骨料的用水量的確定垃圾骨料本身具有吸水率高空隙大的特點，如果不處理好它的用水問題將會嚴重影響水灰比，從而使強度降低。首先垃圾骨料的要在做試件時提前潤濕，潤濕的用水量是：垃圾骨料的總質(zhì)量*吸水率=潤濕水量注意的是潤濕的水量不計入總的用水量當中，具體的用水量在下面章節(jié)有詳細數(shù)據(jù)。3.7本章小結(jié)經(jīng)過以上的分析，我們得出（1）3中水灰比的取代率的配合比：表3-3 配合比及用量表取代率配合比用量(kg)水泥水砂子石子0.501:0.51:2.55:3.1132

47、417582610080.551:0.55:2.79:3.4131817588710840.651:0.65:3.39:4.432691759131192（2）砂率的確定要通過實驗來最終完成，故砂率經(jīng)過塌落度來最終敲定為45%。（3）減水劑的去定也要通過塌落度來去定，通過以上的實驗塌落度在10-30mm 之間， 故減水劑在原始配合比中為0.2%。（4）垃圾骨料用水量的確定：垃圾骨料的總質(zhì)量*吸水率=潤濕水量。第四章 實驗結(jié)果和分析4.1抗壓強度與水灰比和取代率之間的關(guān)系本文試驗用再生骨料全部替代粗骨料，配制C20混凝土。由于再生骨料的吸水率較高,應(yīng)適當增加用水量進行補償。本文采用張亞梅等182

48、2建議的再生骨料預(yù)吸水辦法進行再生混凝土的配合比設(shè)計。該方法將再生混凝土的用水量分為兩部分，一部分為拌合水，記作W1 ，用來參與水泥的水化反應(yīng)；另一部分為再生骨料所吸附的水，記作W2，它是再生骨料吸水至飽和面干狀態(tài)所需要的水分，通常假定這部分不參加水泥的水化反應(yīng)。進行再生混凝土的配合比設(shè)計時，首先根據(jù)JGJ 55-2000普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程，按照普通混凝土配合比設(shè)計方法設(shè)計，然后確定吸附水的用量，該部分水根據(jù)再生骨料的有效吸水率確定。再生骨料的有效吸水率是指再生骨料由自然干燥狀態(tài)至飽和面干時的吸水率。經(jīng)測試，本文用再生骨料的有效吸水率約為9.5%。配合比詳見表41。1. 試驗設(shè)備壓力試驗

49、機,試模,振動臺,小鐵鏟,金屬直尺,鏝刀等.設(shè)備應(yīng)符合混凝土力學(xué)性能試驗的一般規(guī)定的要求。4-1 強度測定數(shù)據(jù)取代率%水灰比砂率%W1KGW2KGCoKGSoKGRoKG減水劑%塌落度mm垃圾質(zhì)量抗壓強度（MP）3d 7d 14d 28d00.5145175032482610080.220018.830.137.739.4300.514517528.7324826705.60.318302.418.626.933.836.5500.514517547.93248265040.42550411.420.528.531.1700.514517567.0324826302.40.619705.611

50、.820.324.228.5900.514517586.2324826100.80.820907.25.717.921.126.500.5545175031888710840.22001624.533.837.1300.554517530.9318887758.80.320325.212.62227.531500.554517549.83188875240.41952410.918.72528.4700.5545175531.318887325.20.622758.86.81115.619.900.6545175026991311920.22108.114.218.422.2300.654517534.0318913834.40.318357.67.513.217.121.5500.654517556.63189135960.4205966.51