再生骨料利用現(xiàn)狀及其在混凝土中的應(yīng)用研究

黃清林，陳磊

（嘉興市鼎業(yè)新型建材有限公司，浙江 嘉興 314002）

再生骨料利用現(xiàn)狀及其在混凝土中的應(yīng)用研究

黃清林，陳磊

（嘉興市鼎業(yè)新型建材有限公司，浙江 嘉興 314002）

本文概述了再生骨料綜合利用現(xiàn)狀，通過試驗，論證了再生骨料在混凝土中等量替代天然骨料的可行性。

再生骨料；發(fā)展前景；混凝土；運(yùn)用

0 前言

經(jīng)濟(jì)和社會的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程和城市建設(shè)速度的加快，使得城市中建筑廢棄物的產(chǎn)生和排出數(shù)量也在快速增長。據(jù)統(tǒng)計，工業(yè)固體廢棄物中，40% 是建筑業(yè)產(chǎn)生的建筑廢棄物。其中，廢棄混凝土是建筑排出量最大的廢棄物之一。歐洲國家每年排出廢棄混凝土為 5000 萬噸，美國為6000 萬噸，日本約 1200 萬噸。面對砂石等自然資源日益短缺、建筑廢棄物日漸增加的嚴(yán)峻形勢，各國政府和研究機(jī)構(gòu)紛紛制定政策，發(fā)展新技術(shù)，以促進(jìn)建筑廢棄物尤其是廢棄混凝土的再生利用。

改革開放以來，我國開始了大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，施工的建筑面積逐年遞增。資料顯示，1990 年以來我國建筑施工面積和竣工面積每五年約增加一倍。1991 年我國房屋施工面積4.10 億平方米，竣工面積 2.03 億平方米；2008 年房屋施工面積 53.05 億平方米，竣工面積 22.36 億平方米。

據(jù)估計，每 1 萬平方米建筑施工過程會產(chǎn)生廢棄磚和水泥塊等建筑廢棄物約 500～600 噸；每拆掉 1 平方米混凝土建筑，就會產(chǎn)生近 1 噸的建筑廢棄物。假設(shè)每年拆除的建筑物的總面積僅占每年建筑施工面積的 10%，那么 2015 年產(chǎn)生的建筑廢棄物總量將超過 21 億噸。1991 年到 2015 年我國建筑廢棄物實際產(chǎn)生量及未來五年產(chǎn)量預(yù)測詳見圖 1。

圖 1 1991～2015 年我國建筑廢棄物年產(chǎn)生量

1 建筑廢棄物的危害及利用價值

目前，我國絕大部分建筑廢棄物未經(jīng)任何處理，便被施工單位運(yùn)往郊外或鄉(xiāng)村，露天堆放或填埋，占用大量土地資源，耗用大量的征用土地費(fèi)、垃圾清運(yùn)費(fèi)等建設(shè)經(jīng)費(fèi)，同時，清運(yùn)和堆放過程中的遺撒和粉塵、灰砂飛揚(yáng)等問題又造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。

1.1 建筑廢棄物特點(diǎn)

（1）數(shù)量大。每拆除一處建筑物，都會產(chǎn)生幾百噸甚至上千噸建筑廢棄物。

（2）普遍性。所有城市在建設(shè)過程中都會產(chǎn)生建筑廢棄物，普遍存在建筑廢棄物問題。

（3）長期性。建筑廢棄物每天都在不間斷地產(chǎn)生。

（4）污染性。建筑廢棄物對植被、耕地及環(huán)境造成污染，侵染土壤，使土壤長期無法生長植被。

1.2 建筑廢棄物的危害

建筑廢棄物的危害具有廣泛性和滯后性等特點(diǎn)。主要有以下危害：

（1）占用土地，降低土壤質(zhì)量，造成地表沉降。

隨著城市建筑廢棄物量的增加，其堆放地點(diǎn)也在不斷增加，堆放場的面積逐漸擴(kuò)大，占用了大量的土地資源。同時，露天堆放的建筑廢棄物在種種外力作用下，較小的碎石塊會進(jìn)入附近的土壤，改變土壤的物質(zhì)組成，破壞土壤的結(jié)構(gòu)，降低土壤的生產(chǎn)力。由于建筑廢棄物的填埋方法是填埋8 米后加埋 2 米土層，從而造成填埋區(qū)域的地表產(chǎn)生沉降和下陷，要經(jīng)過相當(dāng)長的時間才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）影響空氣質(zhì)量。

建筑廢棄物在堆放過程中，在溫度、水份等作用下，某些有機(jī)物發(fā)生分解，產(chǎn)生有害氣體；一些腐敗的廢棄物會散發(fā)異味，其中的細(xì)菌、粉塵隨風(fēng)飄散，造成對空氣的污染；少量可燃廢棄物在焚燒過程中會產(chǎn)生有毒的致癌物質(zhì)，對空氣造成二次污染。

（3）對水域造成污染。

建筑廢棄物在堆放和填埋過程中，由于發(fā)酵和雨水的淋溶、沖刷，以及地表水和地下水的浸泡而滲濾出的污水，會造成周圍地表水和地下水的嚴(yán)重污染。廢棄物滲濾液內(nèi)不僅含有大量有機(jī)污染物，而且還含有大量金屬和非金屬污染物，水質(zhì)成分很復(fù)雜，一旦飲用了這種受污染的水，將會對人體造成很大的危害。

（4）破壞市容，惡化城市環(huán)境衛(wèi)生。

城市建筑廢棄物占用空間大，堆放雜亂無章，與城市整體形象極不協(xié)調(diào)。工程建設(shè)過程中未能及時轉(zhuǎn)移的建筑廢棄物往往成為城市的衛(wèi)生死角?；煊猩罾慕ㄖU棄物如不能進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚坏┯鲇晏?，臟水污物四溢、惡臭難聞，成為細(xì)菌的滋生地，嚴(yán)重惡化城市環(huán)境衛(wèi)生。

（5）產(chǎn)生安全隱患。

大多數(shù)城市的建筑廢棄物堆放場地選址在很大程度上具有隨意性，留下了不少安全隱患。施工場地附近多成為建筑廢棄物的臨時堆放場所，缺少應(yīng)有的防護(hù)措施，在外界因素的影響下，建筑廢棄物堆出現(xiàn)崩塌，阻礙道路甚至沖向其他建筑物的現(xiàn)象時有發(fā)生。

這些建筑廢棄物會對人體健康、生命安全構(gòu)成潛在的威脅，對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染以及損害人體健康。而建筑廢棄物經(jīng)過分撿、剔除或粉碎后，大多可作為再生資源重新利用。綜合利用建筑廢棄物是節(jié)約資源、保護(hù)生態(tài)的有效途徑。大力開展建筑廢棄物的回收再利用技術(shù)研究，不僅是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，也是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要舉措。為了使建筑廢棄物的回收再利用取得良好的效果，必須結(jié)合我國國情，在國策、法律、制度、技術(shù)和管理等方面進(jìn)行深入細(xì)致的研究，開發(fā)建筑廢棄物處理和綜合利用的新領(lǐng)域。

1.3 建筑廢棄物的利用價值

建筑廢棄物的主要成分有：渣土、廢鋼筋、廢鐵絲和各種廢鋼配件、金屬管線廢料、廢竹木、木屑、刨花、各種裝飾材料的包裝箱、包裝袋、散落的砂漿和混凝土、碎磚和碎混凝土塊、搬運(yùn)過程中散落的黃砂、石子和塊石等，這些材料約占建筑施工垃圾總量的 80%。不同結(jié)構(gòu)形式的建筑工地，建筑廢棄物組成比例略有不同；施工管理水平不同，建筑廢棄物數(shù)量差異也很大。建筑廢棄物中的許多廢棄物經(jīng)過分撿、剔除或粉碎后，大多可作為再生資源重新利用，如廢鋼筋、廢鐵絲、廢電線和各種廢鋼配件等金屬，經(jīng)分揀、集中、重新回爐后，可以再加工制造成各種規(guī)格的鋼材；廢竹木材則可以用于制造人造木材；磚、石、混凝土等廢料經(jīng)破碎后，可以代砂，用于砌筑砂漿、抹灰砂漿、打混凝土墊層等，還可以用于制作砌塊、鋪道磚、花格磚等建材制品；磚、瓦經(jīng)清理可以重復(fù)使用；廢磚、瓦、混凝土經(jīng)破碎、篩分分級、清洗后，可以作為再生骨料配制低強(qiáng)度等級再生骨料混凝土，用于地基加固、道路工程墊層、室內(nèi)地坪及地坪墊層、非承重混凝土空心砌塊、混凝土空心隔墻板或蒸壓粉煤灰磚等。所以建筑廢棄物是一種重要的可利用資源。

在我國，再生骨料主要用于取代天然骨料來配制普通混凝土或普通砂漿，或者作為原材料用于生產(chǎn)燒結(jié)砌塊或非燒結(jié)磚。用于混凝土中的再生骨料主要是廢混凝土加工而成的，它主要來源于：混凝土建筑物使用年限期滿或者老化被拆除產(chǎn)生的廢混凝土；市政工程的動遷以及重大基礎(chǔ)設(shè)施的新建或改造產(chǎn)生的廢混凝土；商品混凝土廠和預(yù)制構(gòu)件廠的不合格產(chǎn)品或其他原因產(chǎn)生的不能加以使用的混凝土；新建建筑物施工和裝修過程中散落混凝土；施工單位試驗室和科研機(jī)構(gòu)測試完畢的混凝土試件或者構(gòu)件；地震、風(fēng)災(zāi)和火災(zāi)等自然災(zāi)害造成建筑物倒塌而產(chǎn)生的廢混凝土等。再生骨料的性能有別于天然骨料，其應(yīng)用也有一定的特殊性。為了保證再生骨料應(yīng)用的效果和質(zhì)量，推動再生骨料在建筑工程中的應(yīng)用，我國制定了 GB/T 25177—2010《混凝土用再生骨料》、GB/T 25176—2010《混凝土和砂漿用再生細(xì)骨料》兩部國家標(biāo)準(zhǔn)于 2011 年 8 月 1 日開始實施。JGJ/T 240—2011《再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，于 2011 年 12 月 1 日開始實施。

1.3.1 再生骨料的破碎工藝

再生骨料的破碎工藝主要是由破碎和篩分兩部分組成，具體見圖 2。

圖 2 再生骨料破碎工藝圖

2 再生粗骨料混凝土的試驗

再生粗骨料混凝土是指再生粗骨料部分或全部取代天然粗骨料的混凝土，再生骨料經(jīng)過處理，各方面性能均有提高，但仍然低于天然骨料。另外全部采用再生骨料會對混凝土性能有較大影響，一般對于粗骨料采用不同的取代率，細(xì)骨料則全部采用天然砂來配制混凝土。再生骨料混凝土的影響因素多，質(zhì)量波動大。大量試驗表明，影響再生粗骨料混凝土性能的主要因素為：再生粗骨料種類、再生粗骨料取代率、水泥用量、外加劑摻量。

2.1 試驗原材料

水泥：浙江剛石水泥廠生產(chǎn)的 42.5 級普通硅酸鹽水泥。礦粉：沙鋼 S95 級礦粉。

粉煤灰：嘉興熱電廠Ⅱ級粉煤灰。

粗骨料：5～31.5mm 連續(xù)級配的天然碎石、再生粗骨料，具體性能見表 1。

表 1 再生骨料與天然砂石性能表 %

細(xì)骨料：符合 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)》要求的贛江砂，細(xì)度模數(shù)為 2.4。

減水劑：江蘇蘇博特脂肪族高效減水劑，摻量為膠凝材料的 1.5%，減水率為 25%。

水：自來水。

2.2 試驗方案

試驗設(shè)計主要考慮三個條件：

（1）粗骨料為天然碎石與再生骨料；

（2）再生粗骨料取代率分別為 0%，50%，70% 和100%；

（3）混凝土砂率為 39%，減水劑摻量為 1.5%，通過調(diào)整用水量控制坍落度在 160～180mm?；炷僚浜媳燃靶阅芙Y(jié)果見表 2。

表 2 再生粗骨料配制混凝土配合比及其性能結(jié)果

通過表 2 可以看出：

（1）再生粗骨料取代率越高，坍損越大，當(dāng)取代率為100% 的時候，1 小時混凝土坍落度損失為 75mm，所以要提高取代率，還需通過技術(shù)手段調(diào)整配合比，以滿足運(yùn)輸與施工需求。

（2）再生粗骨料混凝土的強(qiáng)度與天然石料相比相對要低，隨著取代率的增高，強(qiáng)度有所下降，從試驗中 7d、28d、60d 的強(qiáng)度來看，總體還是天然碎石的強(qiáng)度要高。

（3）再生粗骨料在任何取代率的情況下，碳化深度都要高于天然碎石混凝土，而且隨著取代率的增加，其碳化深度不斷增加，碳化速度也反映出同樣的結(jié)果。但通過多次試驗證明，相同的取代率，隨著單位水泥用量的增加，其碳化深度減少。

3 再生細(xì)骨料混凝土

再生細(xì)骨料混凝土是指以再生細(xì)骨料部分或全部取代天然細(xì)骨料的混凝土。再生骨料經(jīng)過處理，各方面性能均有提高，但仍低于天然骨料。另外全部采用再生骨料對混凝土的性能有較大的影響，細(xì)骨料采用不同的取代率，粗骨料全部采用天然碎石來配制混凝土。影響再生細(xì)骨料混凝土性能的主要因素為：再生粗骨料取代率、水泥用量、外加劑摻量。

3.1 試驗原材料

水泥：浙江剛石水泥廠生產(chǎn)的 42.5 級普通硅酸鹽水泥。

礦粉：沙鋼 S95 級礦粉。

粉煤灰：嘉興熱電廠 Ⅱ 級粉煤灰。

粗骨料： 5～31.5mm 連續(xù)級配的天然碎石。

細(xì)骨料：包括符合 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)》要求的贛江中砂，細(xì)度模數(shù)為 2.4，與再生細(xì)骨料，具體性能見表 3。

表 3 再生細(xì)骨料與天然砂性能表

減水劑：江蘇蘇博特脂肪族高效減水劑，摻量為膠凝材料的 1.5%，減水率為 25%。

水：自來水。

3.2 試驗方案

試驗設(shè)計主要考慮三個條件：

（1）細(xì)骨料為天然中砂與再生細(xì)骨料。

（2）再生細(xì)骨料取代率分別為0%，40%，70%和100%。

（3）混凝土砂率為 39%，減水劑摻量為 1.5%，通過調(diào)整用水量將坍落度控制在 160～180mm。混凝土配合比及性能結(jié)果見表 4。

表 4 再生細(xì)骨料混凝土的配合比及性能結(jié)果

通過表 4 可以看出：

（1）再生細(xì)骨料的取代率越高，坍損越大，當(dāng)取代率為 100% 的時候，1 小時混凝土坍落度損失為 95mm，所以當(dāng)我們要提高取代率，還需通過其他技術(shù)手段調(diào)整配合比，以滿足運(yùn)輸與施工需求。對于運(yùn)輸距離比較遠(yuǎn)，取代率為 100%的時候，還是存在風(fēng)險，故要依據(jù)企業(yè)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行取代。

（2）再生細(xì)骨料混凝土的強(qiáng)度與天然中砂相比，相對要低，隨著取代率的增高，強(qiáng)度有所下降，從試驗中 7d、28d、60d 的強(qiáng)度來看，總體還是天然中砂的強(qiáng)度要比取代再生細(xì)骨料高。

再生細(xì)骨料顆粒菱角較多、表面粗糙、吸水率大，不利于增加混凝土密實度，但通過多次試驗證明，顆粒細(xì)骨料級配合理，用水量有較大幅度降低，使得混凝土的密實度提高，碳化深度降低，抗碳化性能提高。

4 總結(jié)

（1）試驗證明，再生骨料的強(qiáng)度接近天然碎石，這說明對于普通混凝土使用，不影響混凝土的強(qiáng)度，可以在普通混凝土中使用。

（2）再生粗骨料混凝土?xí)绊懟炷恋奶蓟疃?，隨著再生骨料的取代率增長，混凝土的碳化深度逐漸增加。

（3）混凝土拌合用水量隨著再生骨料的取代率的增加而逐漸增加。

（4）混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著再生骨料取代率的增加而逐漸降低。

在試驗中發(fā)現(xiàn)，再生骨料的破碎設(shè)備對于再生骨料的質(zhì)量影響相當(dāng)大，破碎的再生骨料質(zhì)量越好，則對混凝土的取代率越高，而且混凝土的工作性能越好。普通破碎與破碎整形好的再生骨料差異特別大，為此，在使用過程中應(yīng)該結(jié)合企業(yè)自身實際，試驗論證后使用，勿套用其他企業(yè)的配比，因為再生骨料破碎質(zhì)量不同，結(jié)果也不同。

［通訊地址］浙江省嘉興市乍浦港區(qū)乍王路 60 號（314002）

黃清林（1973—），男，江西吉安人，多年來一直致力于商品混凝土與混凝土制品的新技術(shù)的開發(fā)與集團(tuán)化企業(yè)的運(yùn)營管控。