Использование переработанного агрегата в бетоне скученной кости для содействия устойчивому развитию

Современное строительство находится под растущим давлением, чтобы уменьшить его экологический след, и одним из самых перспективных направлений является использование переработанного агрегата в структурных элементах. Среди этих инноваций, включение переработанного агрегата в скученный свайный бетон выделяется как практическая стратегия с высокой отдачей. Скучные сваи служат глубоким фундаментом для крупномасштабной инфраструктуры, перенося нагрузки на надстройку в компетентные слои почвы или породы. Когда эти критические элементы отливаются с бетоном, содержащим переработанный агрегат, весь проект может извлечь выгоду из сокращения отходов свалки, снижения выбросов углерода и экономии затрат без ущерба для инженерных характеристик. В этой статье исследуется состав, преимущества, технические проблемы и будущий потенциал переработанного агрегата в скученном свайном бетоне, обеспечивая тщательное руководство для инженеров, подрядчиков и специалистов по устойчивому развитию.

Понимание переработанного агрегата

Переработанный агрегат получают из переработки ранее использовавшегося в строительстве неорганического материала. Наиболее распространенными источниками являются снесённые бетонные конструкции, дорожные тротуары и излишки бетона из готовых смешанных заводов. Материал измельчают, экранируют и очищают для удаления загрязняющих веществ, таких как арматуры, дерево, пластик и гипс. Полученный агрегат классифицируют на грубые и мелкие фракции, которые могут заменить девственный камень и песок в новом бетоне.

Качество переработанного агрегата в значительной степени зависит от исходного материала и процесса обогащения. Высококачественный переработанный бетонный агрегат обычно имеет несколько меньшую плотность (2,2-2,4 г/см3) и более высокую водопоглощение (5-10%) по сравнению с натуральным агрегатом (2,6-2,7 г/см3 и 0,5-2% поглощения). Эти различия возникают из-за остаточной цементной пасты, прикрепленной к оригинальному дробленому камню. При обработке по современным стандартам, таким как установленные европейским стандартом EN 12620 или американским ASTM C33, переработанный агрегат может соответствовать инженерным требованиям для конструкционного бетона, включая элементы фундамента, такие как скученные сваи.

Экологические выгоды являются немедленными: каждая тонна переработанного используемого агрегата экономит около 1,5 тонн природных ресурсов от добычи и избегает почти одного кубического метра свалки. Кроме того, углеродный след переработанного агрегата обычно на 40-60% ниже, чем у первичного агрегата из-за устранения выбросов в карьерах, переработке и транспорте.

Преимущества переработанной агрегации в бетоне из скученной кости

Воздействие на окружающую среду

Наиболее очевидным преимуществом является сокращение отходов. На строительные и сносные отходы приходится примерно треть всех отходов, образующихся в развитых странах. Перенаправляя этот поток на новый бетон, мы значительно уменьшаем нагрузку на свалки и уменьшаем потребность в новых карьерах. В скученных кучах, где требуются большие объемы бетона (часто сотни кубометров на проект), экономия окружающей среды становится существенной. Кроме того, использование переработанного агрегата снижает воплощенный углерод системы фундамента, способствуя общим целям устойчивости проекта и сертификации зеленого строительства, таким как LEED, BREEAM или WELL Standard.

Экономия средств

Переработанный агрегат обычно стоит на 10-20% меньше, чем первичный агрегат в регионах с установленной инфраструктурой переработки. Транспортные расходы также могут быть ниже, когда переработанный материал поступает из мест сноса вблизи строительного проекта. Для крупных скученных операций по свалке это сокращение расходов на материал непосредственно улучшает итоговую стоимость. Более того, во многих юрисдикциях налагаются налоги на свалки и сборы на удаление отходов, поэтому перемещение мусора на объекты переработки еще больше снижает затраты на проект. Хотя начальная обработка и инвестиции в контроль качества необходимы, долгосрочные экономические выгоды для парка проектов очевидны.

Структурные показатели

Десятилетия исследований и полевого опыта показали, что бетон, изготовленный с правильно обработанным переработанным агрегатом, может достигать прочности на сжатие, прочности на растяжение и модуля упругости, сопоставимых с обычным бетоном. Для скученных свай, которые в основном загружаются в сжатии, замена до 30-50% грубого природного агрегата с переработанным материалом не оказывает негативного влияния на грузоподъемность. Тщательный дизайн смеси и выбор примесей обеспечивают, чтобы работоспособность и время установки оставались подходящими для методов размещения тремора, распространенных в скученном свайном уплотнении. Сухая усадка и ползучесть могут быть немного выше из-за пористой природы переработанного материала, но эти эффекты регулируются в пределах нормальных пределов конструкции для глубоких оснований.

Сертификация устойчивости и требования клиентов

Основные клиенты инфраструктуры все чаще требуют устойчивой политики закупок. Использование переработанного агрегата в бетоне помогает достичь баллов по материалам и ресурсам в рейтинговых системах. Например, LEED v4 MR Credit Раскрытие и оптимизация продукта - поиск сырья - проекты, которые используют переработанный контент. BREEAM Mat 01 (Влияние жизненного цикла) также стимулирует использование переработанных материалов. Включая переработанный агрегат в скученные сваи, проектные команды могут ускорить сертификацию, демонстрируя экологическое управление заинтересованными сторонами и сообществом.

Технические соображения для бетона скученной сосны с переработанным агрегатом

Проектирование бетона для скученных свай с переработанным агрегатом требует внимания к нескольким ключевым параметрам. Поскольку сваи отливаются in situ и часто под водой (через тремор), свежий бетон должен демонстрировать высокую работоспособность (спад 150-200 мм), отличную проходимость и устойчивость к сегрегации. Наличие переработанного агрегата может влиять на эти свойства.

Смешивание корректировки дизайна

Из-за более высокой водопоглощения переработанного агрегата может потребоваться дополнительное смешивание воды для достижения желаемой работоспособности. Однако добавление большего количества воды без компенсации может увеличить соотношение воды и снизить прочность. Типичным решением является применение метода «предварительного смачивания»: запасать переработанный агрегат на смесительном заводе и распылять его с водой, чтобы довести его до насыщенного состояния сухой поверхности перед пакетированием. Альтернативно, часть смешивающей воды может быть отложена или примеси, используемые для сохранения работоспособности без повышения содержания воды. Многие успешные смеси для скученных свай заменяют 25-40% грубого природного агрегата с переработанным грубым агрегатом, сохраняя при этом мелкий агрегат (песок) полностью естественным, чтобы избежать высокого спроса на воду.

Требования к прочности и долговечности

Скучные сваи часто требуют прочности на сжатие 25-40 МПа (3600-5800 фунтов на квадратный дюйм). При правильной конструкции смеси переработанный агрегированный бетон может комфортно соответствовать этим целям. Низкий модуль эластичности переработанного агрегированного бетона (примерно на 10-20% меньше, чем обычный бетон) не является проблематичным для большинства глубоких конструкций фундамента, потому что поселение регулируется более поведением почвы, чем жесткость свайного материала. Проблемы долговечности включают сопротивление замерзанию-оттаиванию, атаку сульфата и коррозию армирования. Пористый прилипший раствор в переработанном агрегите может быть слабым местом для повреждения оттаивания, поэтому в холодном климате рекомендуется воздух с включением и снижение коэффициента замены (20-30%). Для воздействия сульфата или хлорида использование дополнительных цементных материалов (летучая зола, шлак, кремнезем) помогает уплотнить матрицу и защитить стальную арматуру.

Удобство и нагружаемость

Скученный свайный бетон часто перекачивается или помещается через трубу тремора. Переработанный агрегат с неправильной формой частиц и более высокой угловатостью может увеличить внутреннее трение. Для поддержания насососпособности инженеры могут немного увеличить объем пасты (цемент + вода) или использовать суперпластификаторы на основе поликарбоната. Испытания на заводе по производству партий необходимы для проверки того, что смесь отвечает требованиям к потоку спада и пропускной способности, особенно когда диаметр свай небольшой или расстояние между армированием плотное.

Контроль качества и испытания

Критически важно тщательное тестирование переработанного агрегата перед использованием. Испытания должны включать:

  • Градирование (анализ сит) для обеспечения соответствия спецификациям проекта
  • Поглощение воды и удельная гравитация
  • Лос-Анджелесская ссадина для жесткости
  • Содержание хлорида и сульфата (загрязнение из источника)
  • Потенциал реактивности щелочно-кремнеземного слоя
  • Штрафы за содержание и глиняные комки

При производстве бетона регулярная отборка свежего бетона для обрыва, содержания воздуха и температуры, а также отверждение и испытание цилиндров в 7 и 28 дней обеспечивает согласованность.Для критических глубоких фундаментов многие подрядчики также производят пробные сваи или макеты для проверки конструктивных характеристик перед полномасштабной установкой.

Проблемы и стратегии смягчения

Переменная агрегированная утилизация

Наибольшей проблемой с переработанным агрегатом является изменчивость качества от источника к источнику. Обломки разных возрастов и типов конструкций дают агрегаты с разной прочностью, поглощением и уровнем загрязнения. Для смягчения этого подрядчики должны:

  • Агрегированный источник только от сертифицированных перерабатывающих заводов с системами менеджмента качества (например, ISO 9001)
  • Требуется предквалификационная партия для каждой новой кучи источника
  • Сохраняйте больший запас, который гомогенизируется путем поворота и смешивания.
  • Внедрение статистического управления процессом для мониторинга скользящей средней ключевых свойств

Потенциальное снижение силы сжатия

При коэффициентах замены более 50% распространены потери прочности на сжатие 10-20%. Это можно решить с помощью более высокого содержания цемента или путем включения дополнительных цементных материалов. Альтернативно можно рассмотреть использование переработанного агрегата только в частях с более низкой прочностью сваи (например, верхний вал в фрикционной свае). Другой подход заключается в использовании «гибридной» смеси переработанного и природного агрегата для поддержания приемлемой прочности при достижении устойчивого роста.

Проблемы устойчивости в агрессивной среде

Скучные сваи в морской среде, богатые сульфатом почвы или районы с солями, вызывающими обледенение, особенно уязвимы. Приклеенный раствор на переработанном агрегате часто содержит поры, которые могут содержать влагу и агрессивные ионы. Смягчения включают:

  • Ограничение замены до 20% в тяжелых классах воздействия
  • Использование низких коэффициентов водяного цемента (≤ 0,40)
  • Добавление кварцевого пара (5-10%) для уточнения структуры пор
  • Применение катодной защиты или эпоксидных покрытий для усиления
  • Увеличение глубины покрытия для усиления

Проблемы обработки и хранения

Переработанные агрегированные запасы могут насыщаться дождевой водой из-за высокой пористости. Это приводит к переменному содержанию влаги и потенциальным производственным трудностям. Покрытие запасов крышей или брезентом или использование температурных бункеров минимизирует эту проблему. В зимний период необходимо избегать замороженного переработанного агрегата. Хорошее логистическое планирование гарантирует, что агрегату разрешается сливать до согласованного уровня влаги перед использованием.

Тематические исследования и реальные приложения

Несколько крупных инфраструктурных проектов по всему миру успешно включили переработанный агрегат в скученный свайный бетон. Проект Сиднейского метрополитена Northwest в Австралии использовал переработанный бетонный агрегат более чем в 10 000 м3 бетона для фундаментных свай, достигнув коэффициента замены 30% при достижении прочности на сжатие 40 МПа. Подрядчик сообщил об экономии затрат 15% на агрегат и отсутствии значительных изменений в результатах испытаний свайной нагрузки.

В проекте Crossrail в Лондоне переработанные агрегаты из выкопанного материала (Лондонская глина и бетон для сноса) были обработаны и использованы в бетонных стенах и сваях диафрагмы. Проект перенаправил более 98% строительных отходов со свалки, большая часть которых была перепрофилирована в переработанный агрегат. Этот случай демонстрирует, что даже крупномасштабная, громкая инфраструктура может принимать переработанные материалы без ущерба для программы или производительности.

Мостовые фундаменты FLT:0 Highway A5 использовали переработанный агрегат из щебня. Исследователи из Технического университета Мюнхена наблюдали за сваями в течение пяти лет и обнаружили долгосрочное развитие прочности и урегулирование в ожидаемых диапазонах. Успех привел к обновленным национальным руководящим принципам, позволяющим более высокие коэффициенты замены бетона фундамента.

Для дальнейшего чтения Национальная ассоциация готовых смешанных бетонов (NRMCA) публикует руководство по передовой практике по переработанным агрегатам, а технические комитеты RILEM предлагают обширные исследовательские сборники по долговечности и производительности. Программа действий по отходам и ресурсам (WRAP) в Великобритании также предоставляет протоколы качества для переработанных агрегатов в бетоне.

Будущие перспективы и направления исследований

По мере того, как строительная отрасль движется к нулевым целевым показателям по выбросам углерода, роль переработанного агрегата будет только расти. Текущие исследования сосредоточены на нескольких направлениях:

Кроме того, строительные нормы и стандарты постепенно ослабляют ограничения. Многие европейские страны теперь позволяют до 50% заменять грубый агрегат в конструкционном бетоне без дополнительных испытаний. Предстоящая редакция Международного строительного кодекса (IBC) должна включать более четкие положения для переработанного агрегированного бетона в фондах. Профессиональные органы, такие как Американский бетонный институт (ACI) опубликовали самые современные отчеты (например, ACI 555R-21), которые обеспечивают руководство по проектированию для переработанных агрегатов, что еще больше поощряет принятие отрасли.

Заключение

Использование переработанного агрегата в сварном бетоне представляет собой значительный шаг к круговой экономике в строительстве. Он уменьшает отходы, сохраняет природные ресурсы, снижает затраты и может соответствовать структурным и долговечным требованиям глубоких фундаментов при правильной конструкции. Хотя такие проблемы, как изменчивость, снижение прочности и долговечность, остаются управляемыми с помощью современных методов обработки, контроля качества и соразмерности. Растущий объем тематических исследований и рецензируемых исследований подтверждает, что переработанный агрегат является жизнеспособной, устойчивой альтернативой критически важным элементам инфраструктуры. По мере развития нормативных актов и улучшения инфраструктуры переработки сварной бетон с переработанным агрегатом станет стандартной практикой, а не исключением. Инженеры и подрядчики, которые используют этот материал сегодня, будут не только способствовать экологической устойчивости, но и получат конкурентное преимущество на рынке, все больше ориентированном на зеленое строительство.