機(jī)場(chǎng)道面再生混凝土研究應(yīng)用展望

胡栓科

摘 要：在對(duì)國(guó)內(nèi)外再生混凝土研究應(yīng)用現(xiàn)狀詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，提出了在機(jī)場(chǎng)道面工程中應(yīng)用再生混凝土的可行性。針對(duì)再生骨料的特點(diǎn)，提出了配制機(jī)場(chǎng)道面再生混凝土的技術(shù)路線、機(jī)理與研究方向，為在機(jī)場(chǎng)道面工程中研究、配制并鋪筑高性能再生混凝土道面提供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)場(chǎng)道面；再生混凝土；研究現(xiàn)狀；展望

再生混凝土是將廢棄混凝土塊經(jīng)破碎、清洗、分級(jí)后得到的“再生骨料”作為部分或全部骨料代替天然骨料配制的混凝土（也稱再生骨料混凝土，Recycled Aggregate Concrete， RAC）[1]。再生混凝土完全滿足聯(lián)合國(guó)提出的“綠色”的三大含義。因此，它是一種可持續(xù)發(fā)展的綠色環(huán)?；炷羀2]。水泥混凝土是機(jī)場(chǎng)道面的主要建筑材料，在軍用機(jī)場(chǎng)翻修、改（擴(kuò)）建工程和戰(zhàn)時(shí)搶修中，如果將廢棄混凝土道面板就地充分利用，經(jīng)破碎、清洗、分級(jí)后成為再生骨料，配制道面再生混凝土鋪筑道面，則可以節(jié)約資源、節(jié)省能源，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，具有重大的軍事、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)環(huán)保效益。

1.再生混凝土研究應(yīng)用現(xiàn)狀

第二次世界大戰(zhàn)后，蘇聯(lián)、美國(guó)、德國(guó)、荷蘭、日本等國(guó)開始對(duì)廢棄混凝土進(jìn)行開發(fā)研究和再生利用，并且已經(jīng)多次召開有關(guān)廢棄混凝土的再生利用的專題國(guó)際會(huì)議。我國(guó)關(guān)于廢棄混凝土回收利用的研究起步較晚，但再生混凝土現(xiàn)在也已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)混凝土研究領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外研究者已經(jīng)取得了一些理論與成果[1][3]。

1.1 研究應(yīng)用現(xiàn)狀

美國(guó)自1982年起，在ASTM-33-82“混凝土骨料標(biāo)準(zhǔn)”中將破碎的水硬性水泥混凝土包含在了粗骨料中。大約在同一時(shí)期，美國(guó)軍隊(duì)工程師協(xié)會(huì)（Society of American Military Engineers，SAME）也在相關(guān)規(guī)范和指南中鼓勵(lì)使用再生混凝土骨料[1]。美國(guó)政府還制定了《超基金法》[4]規(guī)定：“任何生產(chǎn)有工業(yè)廢棄物的企業(yè)，必須自行妥善處理，不得擅自隨意傾倒?！苯o再生混凝土的發(fā)展提供了法律保障。

日本由于國(guó)土面積小，資源相對(duì)匱乏，十分重視廢棄混凝土的重新開發(fā)利用。早在1977年日本政府就制定了《再生骨料和再生混凝土使用規(guī)范》，并相繼在各地建立了以處理混凝土廢棄物為主的再生加工廠，并制定了多項(xiàng)法規(guī)來保證再生混凝土的發(fā)展[1][3]。

我國(guó)政府制定的中長(zhǎng)期科教興國(guó)戰(zhàn)略和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，鼓勵(lì)廢棄物再生技術(shù)的研究和應(yīng)用，建設(shè)部將“建筑廢渣綜合利用”列入1997年科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，還先后頒布了《固體廢料污染環(huán)境保護(hù)法》、《城市固體垃圾處理法》，提高了其重視度[3]。我國(guó)再生混凝土的研究尚處于試驗(yàn)室階段，目前，國(guó)內(nèi)有數(shù)十家科研院所開展了再生混凝土的研究，武漢理工大學(xué)等都開展了再生混凝土研究[4]，研究工作逐漸深入。

關(guān)于再生混凝土的應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)外主要用于道路基礎(chǔ)和非承重結(jié)構(gòu)，較少用于承重混凝土結(jié)構(gòu)，機(jī)場(chǎng)道面中再生混凝土的研究應(yīng)用更少[3]。

1.2 目前已取得的理論與成果

國(guó)外，F(xiàn)ouad M.Khalaf和Alan S.DeVenny對(duì)建筑垃圾作為混凝土粗骨料再生利用進(jìn)行了回顧，對(duì)再生混凝土的配合比和強(qiáng)度等性能進(jìn)行了研究[5]。Mostafa Tavakoli和Parviz Soroushian對(duì)再生混凝土的干縮行為進(jìn)行了研究[6]，Nobuaki Otsuki等對(duì)再生骨料對(duì)混凝土的界面過渡區(qū)、強(qiáng)度、氯離子抗?jié)B性能和碳化的影響進(jìn)行了研究[1]。Salem R.M.和Oliveira M.B.對(duì)再生混凝土的抗凍融性能進(jìn)行了研究[1]。Dhir R.K.和Limbachiya M.C.等人研究了再生混凝土的耐磨性能[1]。國(guó)內(nèi)，張亞梅、史巍等對(duì)再生混凝土配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行了初步研究[7-8]。武漢理工大學(xué)等對(duì)再生混凝土的配合比、力學(xué)性能和耐久性能進(jìn)行了研究[4]。但是可能由于采用的再生骨料、再生混凝土的配合比、試驗(yàn)條件以及試驗(yàn)方法存在較大的差異，國(guó)內(nèi)外研究者取得的結(jié)論不盡一致，歸納起來，主要如下。

（1）再生混凝土的工作性

水灰比相同情況下，再生混凝土工作性要比天然骨料混凝土差，但粘聚性和保水性較天然骨料混凝土好，同時(shí)由于再生骨料在30min內(nèi)吸水率達(dá)到其總吸水率的90%左右，再生混凝土30min工作性經(jīng)時(shí)損失較大。

（2）再生混凝土的抗折、抗壓強(qiáng)度

Nixon等人發(fā)現(xiàn)，與天然骨料混凝土相比，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度降低5～30%。但是，Ridzuan、Yoda、朋改非和張亞梅等人發(fā)現(xiàn)再生混凝土的抗壓強(qiáng)度較天然骨料混凝土高2～20%。對(duì)于抗折強(qiáng)度，Kawamura等人的試驗(yàn)表明再生混凝土的抗折強(qiáng)度與天然骨料混凝土幾乎相同。而Ravindrarajah和Tam等的試驗(yàn)表明，再生混凝土的抗折強(qiáng)度較天然骨料混凝土降低10%左右。

（3）再生混凝土的收縮變形

再生骨料中含有舊水泥砂漿，導(dǎo)致再生混凝土干縮值增加。大量試驗(yàn)結(jié)果均表明再生混凝土的收縮比天然骨料混凝土大50%左右。

（4）再生混凝土的抗凍性能

Malhotra和Buck對(duì)不同水灰比的再生混凝土的抗凍融性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明再生混凝土的抗凍融性能并不低于甚至優(yōu)于天然骨料混凝土。但是，Nishibayashi和Yamura的試驗(yàn)則發(fā)現(xiàn)再生混凝土抗凍融性較天然骨料混凝土差。原因可能在于生產(chǎn)再生骨料的基體混凝土的差異，特別是基體混凝土的含氣量，對(duì)再生混凝土抗凍性能有較大影響。

（5）再生混凝土的抗?jié)B性能

伍超進(jìn)行的再生混凝土靜水壓力抗?jié)B試驗(yàn)表明，再生混凝土的抗?jié)B標(biāo)號(hào)高于一般工程設(shè)計(jì)要求的混凝土抗?jié)B標(biāo)號(hào)S8，完全可以保證在一般環(huán)境條件下混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B要求。肖開濤、Otsuki等人對(duì)再生混凝土抗氯離子滲透能力進(jìn)行研究表明，再生混凝土抗氯離子滲透能力稍低于天然骨料混凝土，主要原因是再生骨料孔隙率高。

（6）再生混凝土的耐磨性能

Dhir等人研究了水灰比相同而再生骨料取代率不同的混凝土的耐磨性。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，再生骨料取代率低于50%時(shí)，再生混凝土的磨損深度與普通混凝土差別不大；再生骨料取代率超過50%時(shí)，再生混凝土的磨損深度隨著再生骨料取代率的增加而增加。當(dāng)再生骨料取代率為100%時(shí)，再生混凝土的磨損深度較普通混凝土增加34% 。

2.技術(shù)路線與研究方向

在機(jī)場(chǎng)道面工程中研究應(yīng)用再生混凝土，關(guān)鍵是突破再生骨料表面粗糙、孔隙多、吸水率大等缺點(diǎn)，改善再生混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，采用摻加優(yōu)質(zhì)礦物摻合料和高效外加劑的“雙摻”技術(shù)路線，通過摻加高效減水劑，降低混凝土水灰比，減少孔隙率，提高密實(shí)度，摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰，其火山灰效應(yīng)改善再生混凝土過渡區(qū)，提高強(qiáng)度和耐久性，科學(xué)合理地配制出工作性好，施工方便，強(qiáng)度、抗凍、抗?jié)B、耐磨性能良好，滿足機(jī)場(chǎng)道面工程要求的道面再生混凝土。

2.1 “雙摻”技術(shù)路線機(jī)理

（1）摻優(yōu)質(zhì)粉煤灰。優(yōu)質(zhì)粉煤灰的滾珠效應(yīng)、分散效應(yīng)可以顯著改善混凝土拌合物的工作性，使新拌混凝土具有良好的流動(dòng)性、粘聚性和保水性。親水性效應(yīng)可以加速水泥的水化，提高再生混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度?；鹕交倚?yīng)可以改善再生骨料的過渡區(qū)，對(duì)再生骨料有強(qiáng)化作用，大大提高再生混凝土的綜合性能[1][19～20]。

（2）摻高效外加劑。高效減水劑使水泥在攪拌和凝結(jié)硬化過程中產(chǎn)生的絮凝狀結(jié)構(gòu)分散解體，將其包裹的游離水釋放出來，水泥—水體系處于相對(duì)穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，達(dá)到減水增強(qiáng)的目的。高效引氣減水劑，則在減水增強(qiáng)的同時(shí)，在混凝土攪拌過程能引入大量均勻分布、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡，這些氣泡能隔斷混凝土中毛細(xì)管，阻止水分遷移，緩解水分滲透壓力和結(jié)冰時(shí)的凍脹應(yīng)力[9]。

2.2 主要研究方向

（1）再生骨料生產(chǎn)工藝及基本性能研究

研究再生骨料生產(chǎn)工藝，包括舊道面的破除、破碎、清洗、分級(jí)等；對(duì)用于機(jī)場(chǎng)道面混凝土的再生骨料，研究其顆粒級(jí)配、堆積密度、表觀密度、吸水率、強(qiáng)度等指標(biāo)，提出適合機(jī)場(chǎng)道面混凝土的再生骨料性能指標(biāo)。

（2）道面再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)研究

通過摻加優(yōu)質(zhì)礦物摻合料和高效外加劑，進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化，對(duì)水泥用量、水灰比、礦物外摻料摻量、砂率和外加劑摻量進(jìn)行優(yōu)選，配制出工作性能好，易施工，強(qiáng)度、變形和耐久性能滿足機(jī)場(chǎng)道面工程要求的道面再生混凝土，提出適合機(jī)場(chǎng)道面工程的再生混凝土配合比設(shè)計(jì)方法。

（3）道面再生混凝土物理力學(xué)性能研究

①測(cè)定新拌道面再生混凝土的含氣量，與同配比道面天然骨料混凝土的含氣量進(jìn)行比較，提出用于寒冷地區(qū)道面再生混凝土合適的含氣量范圍。

②對(duì)新拌道面再生混凝土的初始工作度及工作度經(jīng)時(shí)損失進(jìn)行試驗(yàn)研究，提出合適的機(jī)場(chǎng)道面再生混凝土施工技術(shù)。

③進(jìn)行道面再生混凝土的抗折、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，研究道面再生混凝土與同配比天然骨料混凝土的強(qiáng)度、不同水膠比的道面再生混凝土的強(qiáng)度，分析水灰比對(duì)道面再生混凝土的影響規(guī)律。

（4）道面再生混凝土耐久性能研究

對(duì)道面再生混凝土的抗凍、抗?jié)B和耐磨等耐久性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，提出改善措施，配制出滿足機(jī)場(chǎng)道面工程要求的高耐久性道面再生混凝土。

（5）道面再生混凝土變形性能研究

對(duì)道面再生混凝土的干縮變形進(jìn)行試驗(yàn)研究，測(cè)定各齡期收縮值，研究道面再生混凝土的變形性能，配制出滿足機(jī)場(chǎng)道面工程要求再生混凝土。

3.結(jié)束語

（1）國(guó)內(nèi)外對(duì)再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)和性能等方面均取得不少理論與成果，但由于再生骨料自身的復(fù)雜性、變異性，使再生混凝土的應(yīng)用受到限制，在機(jī)場(chǎng)道面工程中應(yīng)用更少。

（2）在機(jī)場(chǎng)道面工程中開發(fā)應(yīng)用再生混凝土，可以采用摻加優(yōu)質(zhì)礦物摻合料和高效外加劑的“雙摻”技術(shù)路線，進(jìn)行道面再生骨料的生產(chǎn)工藝及基本性能、道面再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)、物理力學(xué)性能、耐久性能、變形性能等幾個(gè)方向的研究，促進(jìn)再生混凝土在機(jī)場(chǎng)道面工程中的研究應(yīng)用與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉數(shù)華、冷發(fā)光著.再生混凝土技術(shù)[M].北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2007

[2] 吳中偉、廉慧珍著.高性能混凝土[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1998

[3] 鄧壽昌、張學(xué)兵、羅迎社.廢棄混凝土再生利用的現(xiàn)狀分

析與研究展望[J].混凝土，2006（11）

[4] 肖開濤.再生混凝土的性能及其改性研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004

[5] Fouad M. Khalaf， Alan S. DeVenny. Recycling of Demolished Masonry Rubble as Coarse Aggregate in Concrete： Review[J]. Journal of Materials in Civil Engineering ？ asce. july/august 2004

[6] Mostafa Tavakoli， Parviz Soroushian. Drying Shrinkage Behavior of Recycled Aggregate Concrete[J]. Concrete International. November/1996

[7] 張亞梅、秦鴻根、孫偉等.再生混凝土配合比設(shè)計(jì)初探[J].混凝土與水泥制品，2002（1）

[8] 史巍、侯景鵬.再生混凝土技術(shù)及其配合比設(shè)計(jì)方法[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2001（8）

[9] P·梅泰、覃維祖、王棟民、建彤譯.混凝土微觀結(jié)構(gòu)、性能與材料[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008