國內(nèi)再生混凝土研究進(jìn)展

黃世謀

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 三門峽 472000）

前言

混凝土是目前我國使用量最大的人工建筑材料之一。近年來，隨著我國早期建筑物的不斷更新，出現(xiàn)越來越多的混凝土廢棄物。據(jù)統(tǒng)計，我國每年產(chǎn)生的廢棄混凝土高達(dá)1億噸。處理方式主要為露天堆放或直接填埋，這樣處理不僅污染環(huán)境更是一種資源浪費。隨著社會發(fā)展越來越迅速，混凝土廢棄物的再生利用便成為當(dāng)前混凝土行業(yè)迫在眉睫急需解決的問題。近年來，關(guān)于廢棄混凝土的再生利用，研究和應(yīng)用較為廣泛的是將廢棄混凝土的骨料回收處理（也稱再生骨料）后生產(chǎn)再生混凝土[1-4]。需要明確的是，再生混凝土應(yīng)具備良好的力學(xué)性能、耐久性能與工作性能，再生混凝土梁柱及框架還需具有良好的抗震性能[5]。迄今為止，國外對再生混凝土的研究已具備相當(dāng)高的水平，生產(chǎn)工藝也越來越成熟，為我國再生混凝土的研究與應(yīng)用提供了很多很好的范例。

1 再生混凝土

1.1 再生混凝土的概念

再生混凝土是指將廢棄的混凝土塊經(jīng)過破碎、清洗、分級后，按一定比例與級配混合，部分或全部代替砂石等天然骨料 （主要是粗骨料），再加入水泥、水等配制而成的新混凝土。再生混凝土按骨料的組合形式可以有以下幾種情況：骨料全部為再生骨料；粗骨料為再生骨料、細(xì)骨料為天然砂；粗骨料為天然碎石或卵石、細(xì)骨料為再生骨料；再生骨料替代部分粗骨料或細(xì)骨料[6]。

1.2 再生混凝土的來源

近年來，由于城市住宅更新和市政動遷規(guī)模的不斷加大，大量舊建筑物被拆毀，或由于地震破壞產(chǎn)生的城市建筑垃圾量越來越大。2003年，全世界的水泥產(chǎn)量為15億噸，中國消費了8.2億噸，相當(dāng)于全世界55%左右的水泥都倒在中國的土地上。與此對應(yīng)的是，我國每年都會產(chǎn)生數(shù)以億噸的建筑垃圾。目前，我國建筑垃圾的數(shù)量已占到城市垃圾的40%左右，其中60%左右為廢棄混凝土[7]。另外，除去混凝土建筑等因年久老化拆卸產(chǎn)生的混凝土廢棄物，還有商品混凝土在生產(chǎn)、運輸和使用時產(chǎn)生的廢料以及不可預(yù)見的自然因素如地震等產(chǎn)生的建筑垃圾，這些建筑垃圾中廢棄混凝土占比例最高，若充分利用這些廢料，經(jīng)濟效益非?？捎^。

1.3 再生混凝土研究的背景

越來越多建筑垃圾的產(chǎn)生，嚴(yán)重污染環(huán)境，成為我們當(dāng)前急需解決的問題之一。在我國，砂的來源主要是河砂和山砂，開采山砂和山石必然導(dǎo)致大量毀林和破壞環(huán)境、危害生態(tài)平衡。實際上，我國對山石和山砂的大量開采，已付出了相當(dāng)大的環(huán)境代價[8]。隨著建筑業(yè)和交通運輸業(yè)的迅猛發(fā)展，預(yù)計今后混凝土廢料的產(chǎn)生量將呈逐年上升的趨勢，這些混凝土廢料經(jīng)過粉碎加工后可以生產(chǎn)出再生粗骨料重新加以利用，變廢為寶，既解決了環(huán)境污染問題也可減少山砂和山石的開采。因此，處理和利用好這些建筑垃圾，使其發(fā)揮出最大的經(jīng)濟效益是我們今后的努力方向之一。

1.4 再生混凝土的意義

廢棄混凝土的應(yīng)用既可以減少廢棄混凝土排放量和對環(huán)境造成的二次污染，節(jié)省大量的處理費用，又可以減少建筑業(yè)對天然砂石的消耗，保護自然資源和人類的生存環(huán)境，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)保效益。再生混凝土的開發(fā)應(yīng)用還從根本上解決了天然骨料日益匱乏及大量混凝土廢棄物造成生態(tài)環(huán)境日益惡化等問題，保證了人類社會的可持續(xù)發(fā)展[9]。再生混凝土技術(shù)可實現(xiàn)對廢棄混凝土的再加工，使其恢復(fù)原有的性能，形成新的建材產(chǎn)品，從而既能使有限的資源得以再利用，又解決了部分環(huán)保問題。

1.5 再生混凝土的用途

廢棄混凝土最有價值的處理方法就是把它當(dāng)做可再生資源重新利用生產(chǎn)建筑材料[10]。相關(guān)實驗表明：一般建筑物拆除下來的廢棄混凝土強度在C20左右，在水灰比為0.6并用再生骨料完全取代天然骨料時，其28d抗壓強度可達(dá)到23MPa，而它的抗拉強度和它的抗壓強度一樣，隨著期齡的增長而增長。可見，從再生混凝土的抗壓強度上看，是完全能夠滿足工程建設(shè)要求的。但由于我國廢棄混凝土回收利用的生產(chǎn)水平并未達(dá)到要求，所以再生混凝土并未應(yīng)用到建筑的主要結(jié)構(gòu)中，而主要用于基礎(chǔ)墊層、底板、臺子、填充墻和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件等對抗壓強度要求不是很高的部位[11]。

另外，我國很多再生混凝土運用到交通行業(yè)中，廣泛用于道路建設(shè)的路基、路面、路面磚和馬牙磚等工程。當(dāng)混凝土道路的混凝土路面達(dá)到其使用年限，或因重物碾壓等原因破損，需要修補或者重建時，現(xiàn)在的一般做法是破除并廢棄舊的水泥混凝土面層，修補基層后，重新進(jìn)行鋪筑。目前，在我國水泥混凝土路面再生技術(shù)中主要應(yīng)用的是現(xiàn)場再生技術(shù)，即破碎或粉碎現(xiàn)有路面，然后將破碎或粉碎后的路面用作新路面結(jié)構(gòu)中的基層或底基層，這一種做法在我國公路養(yǎng)護維修中普遍采用[12]。

2 再生混凝土的施工要求

2.1 再生混凝土的生產(chǎn)流程

經(jīng)濟可行的再生混凝土加工工藝是廢棄混凝土能夠進(jìn)行充分再生利用的前提。廢棄混凝土由于粒徑太大不能直接加以利用，需要解決一系列問題，包括對廢混凝土塊的回收、破碎、分級、預(yù)處理、運輸和貯存等。主要步驟如下：

（1）回收混凝土廢棄物，將其統(tǒng)一堆放；人工方法篩選，除去混凝土廢棄物中的大塊鋼筋、木料和塑料等雜質(zhì)。

（2）工人將篩選后的廢棄物倒入篩分機進(jìn)行第一次篩分（也就是一級篩分），在一級篩分中要除去粒徑小于5mm的顆粒；之后使用破碎機進(jìn)行破碎（破碎機有很多類型，有顎式破碎機、對輥式破碎機、錘式破碎機、反擊式破碎機、圓錐破碎機、立式復(fù)合破碎機等，可以根據(jù)破碎的要求選擇不同的破碎機），用磁鐵分離器分離出破碎后廢渣中的鐵屑，將其除去；放上分離臺，去除剩余的雜質(zhì)；再次放入篩分機進(jìn)行二次篩分。

（3）經(jīng)過二次篩分之后把大于40mm的骨料再次放入篩分機進(jìn)行一次篩分，重復(fù)上述步驟，并除去小于2.5mm的碎砂。

（4）將最后篩分出的骨料沖洗除去泥漿，再生粗骨料經(jīng)破碎后粗骨料含泥量較高，還有大量的水泥和砂漿顆粒依附在其表面，通過沖洗可以去除這些雜質(zhì)，最后便得到可以進(jìn)行再次使用的再生骨料。

2.2 再生骨料性能改善[13]

由于再生骨料在性能上較天然骨料差，對再生混凝土的許多性能產(chǎn)生不利影響，因此可以通過改善再生骨料性能來提高再生混凝土的性能。具體有四種方法：

（1）機械活化。其目的在于破壞弱的再生顆?；蛉コじ接谠偕w粒表面的水泥砂漿，從而提高再生骨料的強度。該方法能耗較高，同時會產(chǎn)生大量難以處理的粉末。

（2）酸液活化。將骨料置于酸液中，如冰醋酸、鹽酸溶液中，利用酸液與再生骨料中的水泥水化物Ca（OH）2反應(yīng)，起到改善再生骨料顆粒表面的作用，從而改善再生骨料的性能。

（3）化學(xué)漿液處理。用高強度水泥和水按照一定比例調(diào)成水泥漿，利用漿液對再生骨料進(jìn)行浸泡、干燥處理，以改善再生骨料的空隙結(jié)構(gòu)，從而提高再生骨料質(zhì)量。

（4）水玻璃溶液處理。用水玻璃溶液浸漬再生骨料，利用水玻璃與再生骨料表面的水泥水化物填充再生骨料孔隙，從而改善再生骨料的密度。

2.3 再生混凝土的施工要求

我國現(xiàn)在并沒有完備的再生混凝土施工要求，也沒有特定的文獻(xiàn)介紹，這里推薦的施工要求與天然骨料生產(chǎn)混凝土并無較大區(qū)別，只要注意以下四點：

（1）鋼筋要綁扎完好；（2）模板要安裝密封牢固；（3）混凝土的配合比及澆筑；（4）混凝土的自然養(yǎng)護。

2.4 再生混凝土的施工范例

2008年5月，北京建筑工程學(xué)院建成了一座用廢舊混凝土為原料的再生混凝土澆筑而成的實驗樓，它的建成證明了我國在再生混凝土研究方面的喜人成就。它證明了再生混凝土在施工過程中表現(xiàn)出良好的施工性能，具有良好的流動性、保水性、黏聚性。施工場所留的17組混凝土試塊經(jīng)檢測28天強度均大于設(shè)計強度等級要求，達(dá)到混凝土質(zhì)量控制優(yōu)級水平。再生混凝土使用到新的建筑物上，不僅降低成本，節(jié)省天然資源，緩解骨料供求矛盾，還能減輕廢棄混凝土對環(huán)境的污染。在后續(xù)施工和使用過程中，再生混凝土結(jié)構(gòu)與普通混凝土、再生磚墻體與內(nèi)外飾面材料表現(xiàn)出良好的適用性[14]。

3 問題及建議

3.1 問題

（1）近年來，我國加快了城鄉(xiāng)建設(shè)的步伐。如果我國繼續(xù)消耗現(xiàn)有的可利用資源，短期內(nèi)或許不會出現(xiàn)原料危機，但這并不符合我國可持續(xù)發(fā)展的要求。中國建筑業(yè)在這幾年發(fā)展尤為迅速，但對再生混凝土的研究起步較晚，雖有所建樹卻仍然落后于其他發(fā)達(dá)國家。

（2）由于工藝的落后，建筑垃圾無法全面進(jìn)行循環(huán)使用，造成極大的環(huán)境污染和資源浪費。由于再生骨料的性能不如天然骨料好，只能適用于道路、隔墻等承重較小的建筑中。另外，由于工藝的不成熟在生產(chǎn)中質(zhì)量波動大，也有可能造成二次浪費，這都成為制約再生混凝土發(fā)展的因素。

（3）我國幅員遼闊，東部發(fā)展迅速，人口過于集中；西部發(fā)展緩慢，人口分散。在再生混凝土工廠的選址、運輸及裝拆都應(yīng)該根據(jù)本地區(qū)的發(fā)展要求來建設(shè)。如東部地區(qū)人口多、發(fā)展快，產(chǎn)生的建筑垃圾也多，如何選擇廠址才能將運輸費用降到最低、工程量大的建筑要如何裝拆、西部地區(qū)如何選址、如何運輸?shù)榷际潜仨毥鉀Q的問題。

3.2 建議

（1）參考國外優(yōu)良的制作工藝，要進(jìn)一步研究符合我國國情的再生混凝土技術(shù)，改善研究方面的薄弱環(huán)節(jié)，加強在此方面的科學(xué)研究與應(yīng)用支持力度。相關(guān)學(xué)者也應(yīng)全面考慮再生混凝土發(fā)展中的各項制約因素并有效地解決它。

（2）政府應(yīng)大力扶持再生混凝土技術(shù)，鼓勵廢棄物的研究和應(yīng)用，建立相關(guān)法律法規(guī)引導(dǎo)廢棄混凝土在工程中應(yīng)用，并確立廢棄混凝土再利用的技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用范圍等。還應(yīng)加大宣傳力度，增強人們對循環(huán)利用廢棄混凝土的認(rèn)識。

（3）雖然再生骨料的部分性能不如天然骨料，利用再生骨料研制和生產(chǎn)的混凝土構(gòu)件性能也比天然骨料的差。但若通過摻加外加劑，則可以大大改善再生混凝土的性能，因此只要選擇合適的外加劑，再生混凝土的利用將會更廣泛。

4 結(jié)束語

隨著再生混凝土技術(shù)的發(fā)展、人們環(huán)保意識的增強以及政府越來越多的關(guān)注，再生混凝土作為一種可持續(xù)發(fā)展的綠色混凝土，將成為未來混凝土發(fā)展的一個方向。在全國，以利用1億噸建筑垃圾計算，可節(jié)省燒磚標(biāo)煤270萬噸，減少有害氣體排放130萬噸?？梢?，再生混凝土項目對解決建筑垃圾的處理、保護土地和環(huán)境、生產(chǎn)綠色建材、發(fā)展低碳經(jīng)濟，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會都有十分重要的意義，是發(fā)展綠色混凝土、實現(xiàn)建筑資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的主要措施之一，是造福子孫后代的重大工程。

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