再生骨料混凝土特性及研究現(xiàn)狀

王 輝

（河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450007）

0 前言

由于城市化建設(shè)進(jìn)程的加快， 廢棄混凝土日益增多，今后廢棄混凝土仍有增多的趨勢。 傳統(tǒng)的建筑垃圾處理方法多是運(yùn)往郊外堆放或填埋。這樣做占用了大量土地，還污染了環(huán)境。 廢棄混凝土的巨大處理費(fèi)用和由此引發(fā)的環(huán)境問題已十分突出，成為城市的一大公害。城市建筑垃圾資源化處理是許多國家環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略追求的目標(biāo)之一，生產(chǎn)應(yīng)用再生骨料混凝土是實(shí)踐這一目標(biāo)的有效辦法。

1 再生骨料混凝土及其特性

1.1 再生骨料混凝土

“再生骨料混凝土”與基體混凝而言，它是利用舊建筑物上拆下來的廢棄混凝土塊， 經(jīng)過分選、清洗、破碎、篩分，并按一定比例相互配合后，作為部分或全部骨料重新拌制的混凝土。 用天然骨料生產(chǎn)的原始混凝土稱為基體混凝土，也有人稱之為原生混凝土。

再生骨料混凝土的開發(fā)和應(yīng)用，一方面解決了大量廢棄混凝土處理困難以及由此造成的生態(tài)環(huán)境日益惡化等問題；另一方面，用建筑垃圾循環(huán)再生骨料替代天然骨料，可以減少建筑業(yè)對天然骨料的消耗。 從而減少對天然砂石的開采，從根本上解決天然骨料的日益匱乏和大量砂石開采對生態(tài)環(huán)境的破壞問題，保護(hù)了人類的生存環(huán)境，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

1.2 再生骨料混凝土的特性

1.2.1 物理特性

再生骨料混凝土由于空隙較多，熱導(dǎo)率比相同配比普通混凝土低，可明顯增強(qiáng)建筑物的保溫隔熱效果。 另外，再生混凝土的表觀密度比普通混凝土低，使得自重降低，對減輕建筑物自重、提高構(gòu)件跨度有利。

1.2.2 和易性差

在同樣水灰比條件下，再生骨料混凝土的坍落度比普通混凝土低，原因是再生骨料表面粗糙，且孔隙較多，吸水率大，和易性差。 因此，要想提高再生混凝土的流動性，需要增加水泥漿的用量，或加入外加劑。

1.2.3 強(qiáng)度不穩(wěn)定

關(guān)于再生骨料對再生混凝土強(qiáng)度的影響，國內(nèi)外很多機(jī)構(gòu)做了這方面的研究。 由于再生骨料在使用過程中被破壞或老化，以及在解體、破碎過程中的損傷累積，使再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度與普通混凝土相比有所降低，但降低程度卻大不相同。 這主要是由于再生骨料的種類、配合比、試驗(yàn)方法和養(yǎng)護(hù)條件等存在差異，導(dǎo)致再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度沒有明顯的規(guī)律性。

1.2.4 耐久性差

影響再生混凝土耐久性最明顯的因素就是污染物的存在。 許多污染物會使混凝土產(chǎn)生有害的反應(yīng)，從而縮短了混凝土的使用壽命。 另一個因素是舊混凝土經(jīng)受有害反應(yīng)的程度，因?yàn)樗赡茉谛禄炷林欣^續(xù)產(chǎn)生危害。 此外，由于再生混凝土上黏附著砂漿，所以再生混凝土的吸水率和滲透性都增大了，從而對混凝土的耐久性也產(chǎn)生了負(fù)面影響。

但是，另一方面，也正是由于再生骨料的表面包裹著水泥砂漿，使再生骨料與新的水泥砂漿之間的彈性模量相差較小，界面的結(jié)合有可能得到加強(qiáng)。 另外，再生骨料的表面有很多微裂縫，會吸入新的水泥顆粒，使接觸區(qū)的水化更加完全，形成致密的界面結(jié)構(gòu)。

2 再生混凝土研究現(xiàn)狀

2.1 工作性能

混凝土的工作性能包括流動性、黏聚性、保水性3 個指標(biāo)。 在整個施工過程中，要保持新拌混凝土不發(fā)生分層、離析、泌水等現(xiàn)象，并獲得質(zhì)量均勻、成型密實(shí)的混凝土，就必須考慮混凝土的工作性能，所以工作性能是影響再生混凝土推廣應(yīng)用的主要因素之一。

南京工業(yè)大學(xué)徐恩祥等[1]利用廢棄混凝土破碎再生骨料配置再生混凝土，結(jié)果表明，再生混凝土的坍落度隨再生骨料取代率的增加而下降。 李麗生等[2]試驗(yàn)也表明，隨著再生骨料取代率的增加混凝土流動性有所降低，而其黏聚性與保水性得到增強(qiáng)。

青島理工大學(xué)曹劍等[3]通過添加礦物摻和料對再生混凝土進(jìn)行改性試驗(yàn)，結(jié)果表明，在再生混凝土中添加粉煤灰、普通礦粉、超細(xì)礦粉、硅灰等活性礦物摻和料，能明顯改善混凝土的工作性能。

洛陽理工學(xué)院孫犁[4]等利用研制開發(fā)的磨破機(jī)對再生骨料進(jìn)行二次研磨破碎。 通過研磨，使得再生骨料的形態(tài)得以改善，骨料吸水率和壓碎指標(biāo)都顯著降低，同時，通過試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，二次研磨和破碎后的再生骨料配制的混凝土流動性高于普通混凝土，其保水性、黏聚性均表現(xiàn)良好。

根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果可看出，再生骨料不利于混凝土的工作性能，尤其是對流動性影響較大，這主要是因?yàn)樵偕橇献陨碛形⒘芽p，且表面攜帶砂漿，增大了混凝土的孔隙率，使得吸水率增大。 采用摻加外加劑和礦物活性外摻料的方法，可有效改善再生混凝土的工作性能。

2.2 力學(xué)性能

再生混凝土的力學(xué)性能與再生骨料的類型、粒徑以及摻量等因素有關(guān)，再生混凝土的力學(xué)性能隨這些指標(biāo)的不同而變化較大。 大量試驗(yàn)結(jié)果表明，再生混凝土的抗折、抗壓強(qiáng)度及彈性模量都隨再生骨料中原始混凝土強(qiáng)度的降低而下降，并且隨再生骨料摻量的增加而降低。 但是可通過摻加活性外摻料、對骨料表面進(jìn)行改性處理、利用輔助外加劑等措施對再生混凝土的性能進(jìn)行改良。

相關(guān)試驗(yàn)表明，以聚合物乳液浸漬再生細(xì)骨料，以改性后的再生細(xì)骨料制作砂漿試塊，試塊的抗彎強(qiáng)度能得到明顯提高。 孫家瑛等[5]利用活性摻和料對再生骨料混凝土進(jìn)行改性的實(shí)驗(yàn)研究表明，用礦渣微粉、 鋼渣微粉、 粉煤灰和再生骨料可配制出28d強(qiáng)度大于50MPa、坍落度達(dá)到200mm 的活性摻和料再生混凝土。

近年來，關(guān)于再生混凝土的研究，尤其是對其力學(xué)性能的研究，關(guān)注的多是混凝土材料本身的各項(xiàng)性能對強(qiáng)度的影響。 不過，目前關(guān)于再生混凝土的研究層面也在逐漸向結(jié)構(gòu)層次擴(kuò)展，如清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等高校就已開展關(guān)于再生混凝土結(jié)構(gòu)性能的研究。 結(jié)構(gòu)層面的研究是再生混凝土研究體系中的最高層次，包括擬建再生混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計和在役再生混凝土結(jié)構(gòu)的動態(tài)評估和壽命預(yù)測等。

肖建莊等[6]對4 個再生混凝土框架的抗震性能進(jìn)行了測試。 試驗(yàn)結(jié)果表明，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和構(gòu)造處理，隨著再生骨料摻量的增加，再生混凝土框架的抗震性能并未出現(xiàn)明顯降低。 這具有重要的工程意義。

季天劍等[7]對粉煤灰再生混凝土小梁進(jìn)行了彎曲疲勞試驗(yàn)，采用威布爾模型，得到粉煤灰再生混凝土的疲勞方程。 通過與普通混凝土的比較，表明粉煤灰再生混凝土的疲勞性能與普通混凝土相似，在低應(yīng)力水平基本保持一致，粉煤灰再生混凝土能夠承受行車荷載的重復(fù)作用。

2.3 耐久性能

由于再生骨料本身缺陷的限制，導(dǎo)致再生混凝土耐久性能普遍低于普通混凝土，這也是限制再生混凝土工程應(yīng)用的主要因素之一。 不過，目前許多研究機(jī)構(gòu)也提出了許多有效的改良措施，對再生混凝土耐久性的改善效果較好。

彭松梟等[8]研究了粉煤灰與礦渣雙摻配合比和摻量對再生混凝土不同齡期耐磨性能的影響。 摻入粉煤灰與礦渣，會降低再生混凝土早期耐磨性能；粉煤灰顆粒的高耐磨性和在后期粉煤灰與礦渣復(fù)合活性效應(yīng)的發(fā)揮，是提高再生混凝土后期耐磨性能的主要原因。

杜婷等[9]對摻加有礦物外摻料的再生混凝土進(jìn)行了氯離子滲透性測試。 實(shí)驗(yàn)表明：隨著強(qiáng)度的提高及養(yǎng)護(hù)齡期增長，再生混凝土的抗氯離子滲透性增強(qiáng)，說明礦物外摻料有利于改善再生混凝土氯離子滲透性。

利用纖維材料是提高再生混凝土抗裂能力的有效措施之一。 寧夏大學(xué)孟云芳等利用復(fù)合生態(tài)纖維對再生混凝土的改性實(shí)驗(yàn)表明，復(fù)合生態(tài)纖維對再生混凝土的抗裂性能有很大的提高作用，同時對其抗?jié)B性能也有很大改善。

孫浩[10]的試驗(yàn)得出，通過摻加礦物摻和料，再生混凝土的抗氣滲性能和抗碳化性能均可得到改善。另外，肖開濤等進(jìn)行的再生混凝土抗氯離子滲透性能試驗(yàn)結(jié)果表明，通過減小水膠比、添加礦物摻和料以及外加劑、對再生骨料進(jìn)行改性處理及采用蒸汽養(yǎng)護(hù)等，均可以提高再生混凝土的抗?jié)B性能，使之達(dá)到普通混凝土的抗?jié)B水平。

從各個科研機(jī)構(gòu)提出的改良措施的試驗(yàn)結(jié)果來看，改性后的再生混凝土的各項(xiàng)性能都得到了很大程度的提高，目前相對成熟的改良方法像再生骨料表面物理化學(xué)改良、外摻活性礦物摻和料與外加劑、添加纖維質(zhì)材料等，都可以使再生混凝土性能達(dá)到甚至超過天然混凝土。 尤其是外摻活性礦物摻和料的方法，更值得提倡，這是因?yàn)橄穹勖夯?、礦渣、煤矸石等外摻料同時還是一些高耗能產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)廢料。 所以對這些材料的有效利用，也符合國家提倡的耗能產(chǎn)業(yè)綠色化、零垃圾排放模式的理念。

3 再生骨料混凝土的發(fā)展研究方向

目前，我國建筑垃圾循環(huán)、再生骨料的應(yīng)用大多還處于試驗(yàn)階段，還沒有實(shí)現(xiàn)大范圍推廣。 鑒于目前的研究和使用現(xiàn)狀，建議今后著重加強(qiáng)以下幾個方面的研究。

（1）系統(tǒng)深入研究再生骨料混凝土，完善再生骨料混凝土理論。

（2）再生骨料的制備工藝研發(fā)。 工藝設(shè)備宜具有成套化、體積小、可移動等特點(diǎn)，便于在各建筑工地就地處理建筑垃圾。

（3）建立有效的再生骨料質(zhì)量評價體系，并進(jìn)一步制定再生骨料品質(zhì)技術(shù)規(guī)程。 加強(qiáng)再生混凝土作為建筑材料的經(jīng)濟(jì)性分析，研究提高經(jīng)濟(jì)性的途徑。

（4）開展關(guān)于再生骨料混凝土改性處理的研究，例如再生骨料表面改性處理工藝、活性外摻料和外加劑對再生混凝土的改性研究，拓寬再生混凝土的應(yīng)用領(lǐng)域。

隨著人類對自然資源的珍惜和對環(huán)境保護(hù)的重視，再生混凝土作為一種有發(fā)展?jié)摿Φ沫h(huán)境友好材料必將成為混凝土材料科學(xué)的一個發(fā)展方向，并推動整個混凝土材料從低技術(shù)向高技術(shù)發(fā)展。 另外，在能源、資源短缺，生態(tài)惡化的今天，再生骨料混凝土所能帶來的經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)效益無疑是巨大的。 總之，再生骨料作為混凝土中天然骨料的可替代材料具有十分廣闊的發(fā)展前景。

[1] 徐恩祥，張大長. 再生混凝土基本性能的表征[J]. 南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，32（2）：58-61.

[2] 李麗生，彭玉林，龔愛民. 再生粗骨料不同取代率對混凝土和易性及強(qiáng)度的影響規(guī)律分析[J]. 混凝土，2007（8）：41-43.

[3] 曹劍，張健，李秋義. 礦物摻和料和再生骨料對混凝土工作性的影響[J]. 青島理工大學(xué)學(xué)報，2009，30（4）：140-144.

[4] 孫犁，錢大行，張日華. 再生粗骨料性能改善試驗(yàn)研究[J].混凝土，2008（3）：58-60.

[5] 孫家瑛，孫浩，戴亞英，王志新.活性摻和料再生集料混凝土研究[J]. 粉煤灰，2006（3）：6-12.

[6] 朱平華，王欣，周軍，何霞.再生骨料混凝土研究主要進(jìn)展與發(fā)展趨勢[J]. 混凝土，2009（5）：90-94.

[7] 季天劍，肖鵬，高玉峰.摻粉煤灰再生混凝土疲勞性能試驗(yàn)研究[J]. 河海大學(xué)學(xué)報，2010（3）：274-277.

[8] 彭松梟，尹健，王德輝.礦物摻和料對再生混凝土耐磨性能的影響研究[J]. 混凝土，2009(3):56-59.

[9] 杜婷，李惠強(qiáng)，郭太平. 再生骨料混凝土的抗氯離子滲透性試驗(yàn)研究[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報，2006（5）：33-36.

[10] 孫浩，王培銘，孫家瑛等.再生混凝土抗氣滲性及抗碳化性能研究[J]. 建筑材料學(xué)報，2006（1）：86-91.