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改性橡胶再生混凝土抗压性能及碳排放研究

日期:2021年02月24日 编辑:ad201107111759308692 作者:无忧论文网 点击次数:72
论文价格:150元 论文编号:lw202102051624418137 论文字数:0 所属栏目:土木工程论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis

本文是一篇土木工程论文,本研究以固体废弃物资源化利用为目的,以开发高性能再生混凝土为目标,通过宏观力学试验和微观结构测试试,初步探明了同改性方法、水灰比、橡胶含量、橡胶粒径等因素对 RRAC 的抗压性能的影响规律,揭示了橡胶再生混凝土的抗压破坏机理,提出相应的骨料改性方法,并对橡胶再生混凝土全生命周期的碳排量进行了计算分析。


第一章 绪论


1.1 研究目标及意义

新世纪以来,随着社会的发展和工业化进程的推进,人们的需求也不断增长,随之产生的固体废弃物急剧增加[1]。作为固体废弃物的重要组成部分,建筑垃圾的产量也不断上升。据统计,在 2017 年,中国产生的建筑垃圾总量为 23.79 亿吨[2]。城市化建设产生了大量建筑垃圾,产生的方式主要有老旧建筑物的改造拆除、市政设施的拆除和维修还有施工产生的余料、废料,而这里面废弃混凝土是占有相当比例的组成部分。广州市作为中国第三大城市,平均年产建筑废弃物量约为 4000 万吨左右,运往郊外堆放或填埋是处理它们的主要方式,这样处理不仅会占用大量的土地资源,填埋还会污染周边环境,如土壤和水源等,同时运输过程还会带来高昂的运费。另外,如果仔细分析建筑垃圾的组成成分(图 1),被处理掉的建筑废弃物大部分都可以再生利用,废弃填埋也是一种资源浪费。尽管目前把建筑废弃物再利用的再生混凝土在我国有较大的市场前景,但因为再生骨料本身性能问题及应用技术未完全成熟,再生混凝土性能不能完全满足市场化的应用。

图1-1建筑垃圾的成分

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1.2 国内外相关研究进展

1.2.1 建筑废弃物再生混凝土

如上所述,我国建筑垃圾产量逐年上升,随之而来的是越发严重的环境污染问题;与此同时,近年来国家加速现代化建设,大量使用混凝土,随之而来的就是天然骨料用量的进一步加大,为了防止资源的过度使用和浪费,也是为了环境保护,由建筑废弃物再生制备而来的再生粗骨料的研究和应用也成了应有之义,国内外学者也将更多注意力投注到了再生混凝土这一研究领域中。再生混凝土(Recycled aggregate concrete,RAC)通常是指将建筑垃圾通过筛分、破碎、除杂、分级等步骤生产出的再生骨料(如图 1-2),部分或全部代替砂石等天然骨料,按一定比例与级配混合,再加入胶凝材料、水等配而成的混凝土。从节约资源,改变粗放营生产方式,走可持续发展道路角度考虑,发展再生混凝土技术非常必要。

图1-2 再生骨料制备流程图

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第二章 建筑废弃物和废旧橡胶再生混凝土的研制


2.1 引言

中国的城市建设正开展得如火如荼,随着建设浪潮而来的就是大量的建筑垃圾,这是我国城市化进程中必须要面对的重要问题。作为建筑垃圾产量全球第一的国家,我国在这方面的资源化利用率却不到 5%。另外,废旧橡胶也是我国产量巨大的固体废弃物,固体废弃物的传统处理方式不仅意味着高额的运费,还需要占用大量宝贵的土地资源,给环境造成二次污染。如何有效循环利用这些固体废弃物生成高性能建筑材料,既减轻环境污染,又可以节省建筑原材料的消耗、产生经济效益,对可持续发展具有战略意义。

本章以固废物资源化利用为目的,利用建筑废弃物再生骨料代替天然碎石(粗骨料)、废旧橡胶颗粒代替天然砂(细骨料),研制一种绿色混凝土材料—橡胶再生混凝土(RRAC),并探讨该类新型混凝土的基本力学性能和工作性能,分析再生粗骨料以及橡胶颗粒对混凝土性能的影响规律,拟为推动 RRAC 的工程应用提供依据。

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2.2 试验概况

2.2.1 试验原材料

本章研制橡胶再生混凝土包括胶凝材料、粗骨料、细骨料和外加剂等原材料,试验所用原材料如图 2-3 所示。

胶凝材料:本试验所用水泥是石井牌 P.O.42.5R 普通硅酸盐水泥,其物理性能如表 2-1 所示。

表 2-1 水泥的性能

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第三章 改性橡胶再生混凝土抗压性能研究..........................25

3.1 引言...................25

3.2 试验概况...........................25

3.2.1 试验原材料.......................25

第四章 橡胶再生混凝土生态评价与成本分析.......................44

4.1 引言.................................44

4.2 RRAC 碳排放计算模型...........................44

4.3 RRAC 碳排放阶段计算.............................45


第四章 橡胶再生混凝土生态评价与成本分析


4.1 引言

如前面所述,RRAC 是一种环保可持续发展新型绿色混凝土材料。为了更好推广 RRAC 的应用,还需要对其环保性和经济性进行分析。本节通过对 RRAC 生产的碳排放量计算以及对其生产成本的估算,深入探究 RRAC的经济和环保可行性。

本文采用生命周期评价技术( LCA)技术,从混凝土的生命周期角度思考,建立橡胶再生混凝土从生产到废弃的碳排放量化模型,进一步完善橡胶再生混凝土碳排放量评价,希望能为 RRAC 对环境的影响分析研究提供依据。

图 4-1 RRAC 生命周期碳排放量计算模型

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结论与展望


1. 结论


本研究以固体废弃物资源化利用为目的,以开发高性能再生混凝土为目标,通过宏观力学试验和微观结构测试试,初步探明了同改性方法、水灰比、橡胶含量、橡胶粒径等因素对 RRAC 的抗压性能的影响规律,揭示了橡胶再生混凝土的抗压破坏机理,提出相应的骨料改性方法,并对橡胶再生混凝土全生命周期的碳排量进行了计算分析。

(1)本研究制备的 RRAC 具有良好的工作性能和力学性能良好。橡胶的掺入会一定程度提高再生混凝土的坍落度;橡胶颗粒的加入对混凝土的抗压强度有负面作用,但可以通过骨料强化改性,降低其不利影响。

(2)随着水灰比的增加和橡胶粒径的减小,橡胶再生混凝土的抗压强度下降。在橡胶含量处于小于 15%的低水平范围里,橡胶含量对橡胶再生混凝土的弹性模量影响不大;加入橡胶颗粒粒径越大,橡胶混凝土内部容易发生橡胶内部破坏,加入较小粒径的橡胶颗粒,裂缝更容易出现在橡胶界面处;橡胶颗粒内部及橡胶界面首先出现裂缝,这些裂缝逐渐延伸贯通,导致整个试件破坏;加入单一粒径的橡胶再生混凝土比加入连续级配粒径的橡胶再生混凝土具有更好的抗压性能和更大的弹性模量。

(3)RRAC 具有良好生态特征,其全生命周期总碳排放量要比普通混凝土低 15%以上;在全生命周期中,RRAC 的碳排放主要发生在生产制备阶段,占总碳排放量约 90%;在 RRAC 制备阶段,生产原材料带来的碳排放量占主导地位,占 95%以上;在混凝土制备阶段,与普通混凝土相比,RRAC 的碳排放量能降低近 20%。

(4)在制备成本方面,RRAC 的成本比普通混凝土略有上升,涨幅约在 4-8%,考虑到其在环境影响上带来的正面经济效应,可认为 RRAC 在经济上具备可行性。

参考文献(略)


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