再生混凝土在建筑工程中的應用研究

秦荷成

（廣西建設職業(yè)技術學院，廣西 南寧 530003）

1 再生混凝土的概念

再生混凝土也可稱之為再生骨料混凝土（英文名為Recycled Concrete RC)，它是指將一些廢棄混凝土塊經(jīng)過回收、破碎，然后再清洗、分級后，部分或者全部取代天然骨料，再按一定的比例與水泥、砂、水混合配制成的新混凝土。它的重要意義在于充分的循環(huán)利用建筑材料。對于再生混凝土來說，原生混凝土是用來生產(chǎn)再生骨料的原始混凝土，它的作用則在配合比相同的情況下同再生混凝土進行配比。

2 再生混凝土發(fā)展

從20世紀70年代初開始，前蘇聯(lián)、德國、日本等一些世界發(fā)達國家，就開始研究廢棄混凝土塊回收再利用。2010年10月13日至15日，第二屆工程廢棄物資源化與應用研究國際會議暨第二屆中國再生混凝土研究與應用學術交流會在上海成功舉辦，本屆會議以“建筑廢物再生利用及土木工程可持續(xù)發(fā)展”為主題，從工程廢棄物角度能找到低碳節(jié)能的方案。

由中國硅酸鹽學會和加拿大礦產(chǎn)能源技術中心、美國混凝土學會主辦，中國建筑材料科學研究總院承辦的第六屆國際水泥與混凝土會議暨國際CANMET/ACI混凝土技術可持續(xù)發(fā)展會議于2006年9月19日至22日在西安召開。研討主題更加突出了廢渣在混凝土中利用的可持續(xù)科學發(fā)展觀?？沙掷m(xù)發(fā)展研究機構(SRL)于2001年制定了關于再生骨料利用的環(huán)保標準(eco-label)。如何有效回收再利用廢棄的混凝土塊己成為發(fā)達國家共同研究的課題。

縱觀人類文明建設的發(fā)展歷程，砼材料早在19世紀初開始生產(chǎn)和使用，目前它在建筑行業(yè)中是用量最多、范圍最廣的一種建筑材料之一。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化進程速度的加快，混凝土材料的人均消費量與日俱增。相關資料統(tǒng)計顯示，目前，我國砼的年產(chǎn)量約占世界總量（年產(chǎn)量約28億m3）的45%左右[1]?；炷林饕纱止橇希ㄊ┖图毠橇希ㄉ埃┙M成，這兩種骨料大概占混凝土總量的75%左右。在過去的經(jīng)濟建設過程中，資源保護和環(huán)保意識沒有得到足夠的重視，以為砂石骨料來源廣，價格低，取之不盡、用之不竭，并進行大肆開采，甚至出現(xiàn)濫采濫用的現(xiàn)象，對自然生態(tài)環(huán)境造成嚴重的破壞。建筑業(yè)作為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，伴隨著世界人口的不斷增多，對骨料砂石需求也與日俱增。與此同時，長時間對資源的開采和消耗勢必會造成資源枯竭，原有砂石骨料資源豐富的情形不復存在，取而代之的是骨料的短缺和環(huán)境的污染。天然砂石的自然形成需要漫長的地質年代甚至更久，屬于不可再生資源，長此進行大肆開采而不采取相關的保護措施，天然骨料必將面臨短缺問題。另一方面，隨著水泥結構適用年限的達到，大量的建筑物將被拆除，必然會產(chǎn)生大量的廢棄混凝土。世界上每年都會產(chǎn)生大量的建筑垃圾。對比國內外的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在一些發(fā)達國家，如美國、德國等，每年產(chǎn)生的建筑垃圾數(shù)量大的驚人。德國每年拆除的廢棄砼量大約為3800萬噸左右；美國年廢棄砼量大約為6000萬噸。我國每年的建筑垃圾數(shù)量同樣不容忽視（約4000萬噸），混凝土塊則占到三分之一[3]。建筑垃圾對耕地的占領不斷擴大，粉塵等對環(huán)境的污染隨著經(jīng)濟的進步在不斷加劇，處理大量的建筑垃圾不僅需要大量的人力物力，對環(huán)境的影響更令人擔憂。

3 再生混凝土工程中的應用分析

在建筑工程領域中，混凝土是用量最多、同時也是應用最廣泛的建筑材料之一。近幾年來，隨著舊建筑的拆除和新建筑的建設，帶來了一系列關于自然能源、資源、可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護等的問題。主要表現(xiàn)在兩個方面：首先，混凝土的需求量越來越大，勢必要大量開采砂、石及消耗各種資源。其次，隨著新建筑的建立舊建筑的拆除，這樣會產(chǎn)生了大量廢棄砼，并且要占用一定的地方空間來處理這些建筑垃圾，這樣就會對周圍環(huán)境造成很大影響，只有循環(huán)再生利用這些廢棄建筑垃圾，才能避免對自然資源的開采和破壞，這才是建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本。

因此，如果能將建筑廢棄混凝土回收再利用，經(jīng)過適當?shù)募庸ぬ幚砗筮\用到實際工程中，這樣在能降低廢棄混凝土對自然環(huán)境的影響的同時，又能很好的保護天然資源。再生混凝土它滿足世界環(huán)境組織提出的“綠色”的要求，是一種可持續(xù)發(fā)展的新型綠色混凝土，廢棄混凝土的再生循環(huán)利用已成為一項亟待解決的課題。

4 再生混凝土基本性能研究

砼配合比和再生骨料的性能會影響再生砼的各項性能。相同條件下，它的力學性能、變形性能、耐久性能、和易性等性能低于普通砼，使得再生砼結構性能較普通砼結構有不同程度地降低。

2.1 再生混凝土的和易性

影響再生混凝土和易性的因素主要有：再生骨料取代率以及水膠比。再生骨料表面粗糙，孔隙率大，導致吸水率增加，在相同條件下，塌落度會比普通混凝土的小。且隨著再生骨料的增加，塌落度會逐漸降低。其次，同天然骨料混凝土類似，相同條件下，水膠比越大塌落度越大。

2.2 再生混凝土的力學性能

再生骨料破碎方法、骨料替代率、原生砼的強度等級以及再生砼的配合比等對再生砼的強度都有一定程度地影響。再生砼強度變化的規(guī)律性較差主要是因為原生砼的強度等級、使用環(huán)境各不相同，再加上破碎工藝也有差異。以下是相關研究人員得出的結論：

（1）一般情況下，如果所采用的混凝土設計配合比相同的情況下，配制的再生混凝土比天然骨料混凝的抗壓強度要低，其主要原因是再生骨料與新、舊水泥漿之間結合比較弱。

（2）有關試驗結果表明，原生砼強度對再生砼抗壓強度有一定的影響，一般是會隨著原生砼的強度下降而降低。

（3）隨再生骨料用量的增加再生混凝土的抗壓強度而降低，當水膠比相同時，再生骨料取代天然骨料的替代率在30%以內時，再生混凝土的抗壓強度降低程度比較小，此后，再生混凝土的抗壓強度會隨著替代率的增加而降低。再生混凝土的強度也會隨著當水膠比的降低而減輕。

（4）刑振賢等實驗證明，和配合比相同的天然骨料砼相比較，全部采用再生骨料配制的再生砼，抗壓強度、抗拉強度降、抗折強度都會降低約10%左右。

（5）相比同配合比的天然骨料砼，再生砼抗拉強度會有所降低，但降低幅度會隨著齡期的增長而逐漸減小。

（6）相比同配合比天然骨料砼的情況下，全部采用再生骨料配制的再生砼抗折強度一般要下降lO%～25%左右。但一般都可以達到4～5MPa，能夠滿足工程需求。水膠比對再生砼抗折強度有很大關系，基本成正比例關系，同時抗折強度也會隨著再生砼抗壓強度的增大而線性增大。

2.3 再生混凝土的耐久性

有關研究表明，同比天然骨料砼來說，再生砼抗裂性能較好，但抗?jié)B性、抗硫酸鹽侵蝕性、抗凍融性、抗磨性則不及天然骨料砼。在再生砼中摻入適量的粉煤灰，可以在一定程度上改善其抗?jié)B性和抗硫酸鹽侵蝕性，通過降低水膠比則可以提高其抗凍融性。

5 再生混凝土的研究方向

根據(jù)權威部門的統(tǒng)計結果顯示，混凝土的主要組成材料是碎石或卵石、砂子和水等天然資源，目前，這些天然骨料正以約80億噸每年的速度消耗。同時，隨著人們生活質量的不斷提高、城市建設的快速發(fā)展，20世紀60至80年代的建筑物已經(jīng)落后于人們當今使用要求，很多建筑物將面臨改造、加固甚至被拆除，這樣的建筑垃圾必定會日益增多。據(jù)英國的混凝土會議資料顯示，從1991后的十年間，全世界廢棄的混凝土統(tǒng)計的總量超過10億噸。我國建筑垃圾的每年產(chǎn)量很大，目前，在國內建筑垃圾處理的方法主要是掩埋，這樣勢必會占用大量的垃圾掩埋用地，如果長期這樣下去，將會缺少掩埋用地，這已經(jīng)警示人們尋找處理建筑垃圾辦法的迫切性。

通過在再生混凝土中摻入聚丙烯纖維，達到對再生混凝土的強化與改性作用，使其滿足再生混凝土建設的耐久性和強度的使用要求，為在工程中廢棄混凝土的再生循環(huán)利用提供一個經(jīng)濟、可靠、有效途徑我們必須理論結合實際進行分析測試。具體來說，以下的研究內容值得大家觀注和研究。

（1）研究在再生混凝土中摻入聚丙烯纖維后，聚丙烯纖維對再生混凝土軸心抗壓強度的影響。

（2）研究在再生混凝土中摻入聚丙烯纖維后，聚丙烯纖維對再生混凝土的抗拉強度和臨界斷裂時的最大裂縫寬度的影響。

（3）研究在再生混凝土中摻入聚丙烯纖維后，聚丙烯纖維對再生混凝土早期及中長期抗裂性能的影響，以及聚丙烯纖維的最佳摻量值。

（4）研究聚丙烯纖維再生混凝土應用在工程中的經(jīng)濟性。

（5）進行再生混凝土技術的研究對解決再生混凝土的強度和耐久性使用要求的問題、提高經(jīng)濟效益和社會效益，具有現(xiàn)實意義。

[1] 徐卓,龍幫云.開發(fā)利用再生混凝土走可持續(xù)發(fā)展的道路[J].中外建筑,2004(2):197-199.

[2] 田洪臣,段緒勝,王福忠,等.建筑垃圾的綜合應用[J].山東農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版),2006,37(1):109-112.

[3] 李學英.改性聚丙烯纖維混凝土的性能研究[D].哈爾濱工業(yè)大學,碩士論文,2003.

[4] 傅春松.聚丙烯纖維對現(xiàn)澆混凝土樓板非荷載裂縫影響的試驗研究[D].廣西大學,碩士論文,2006.

[5] 王立伍.聚丙烯纖維對混凝土性能的影響和工程應用[A].程慶國.全國第七屆纖維水泥與纖維混凝土學術會議論文集[C].北京:中國鐵道出版社,1998.