廢棄混凝土的發(fā)展及利用

石 齊 曾春明 郭 遠(yuǎn)

(江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，江西 南昌 330001)

1 引言

21 世紀(jì)，世界建筑業(yè)行業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展。集居點(diǎn)建設(shè)以及水利工程發(fā)展的趨勢(shì)，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將增速發(fā)展，社會(huì)對(duì)混凝土的需求量迅速增加?；炷磷鳛樽畲蟮娜嗽觳牧?，原材開(kāi)采對(duì)于大自然的資源占用和環(huán)境破壞，成了可持續(xù)發(fā)展的負(fù)擔(dān)。城市拆遷及工程改造成為混凝土浪費(fèi)的主要原因。城市公用與民用建筑、市政設(shè)施正大量進(jìn)行更新、改造過(guò)程中，混凝土用量較大，作為混凝土重要原材料的粗細(xì)骨料出現(xiàn)了明顯不足，將數(shù)量龐大的廢棄混凝土有效處理和利用，加工成再生粗細(xì)骨料進(jìn)而配制成再生混凝土。堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展觀，具有明顯的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

再生骨料是將廢棄混凝土經(jīng)過(guò)破碎、清洗、分級(jí)和按一定比例相互配合后得到的骨料。而利用再生骨料作為部分或全部骨料配制的混凝土，稱(chēng)為再生骨料混凝土，簡(jiǎn)稱(chēng)再生混凝土。通過(guò)再生骨料混凝土技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(wèn)題。這是發(fā)展綠色混凝土，實(shí)現(xiàn)建筑資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的主要措施之一。

2 再生混凝土的發(fā)展和利用現(xiàn)狀

我國(guó)建筑業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一些發(fā)達(dá)國(guó)家，同時(shí)對(duì)再生混凝土的開(kāi)發(fā)研究晚于工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，因此我國(guó)政府也鼓勵(lì)廢棄物的研究和應(yīng)用，同時(shí)國(guó)內(nèi)的一些專(zhuān)家學(xué)者在這方面進(jìn)行已加緊對(duì)再生混凝土的研究利用進(jìn)行立項(xiàng)研究。要致力于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、綠色經(jīng)濟(jì)、可再生資源回收、加工和再利用。可對(duì)拆除下來(lái)的廢舊混凝土現(xiàn)場(chǎng)破碎加工成商品混凝土骨料、建筑砌塊集料、道路填鋪料、三合土集料等不同用途的再生集料，使加工后的建筑垃圾成為商品，并可直接應(yīng)用，大大提高了廢舊混凝土的利用效率，有效實(shí)現(xiàn)了拆除工程的環(huán)保化、無(wú)污染、零排放［1］。

與天然骨料相比，再生骨料的性能有較大差異。再生骨料一般是通過(guò)對(duì)廢棄混凝土破碎、篩分、清洗而獲得，因此，其不僅含有設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)高低不同的混凝土成分，而且含有許多低密度的建筑材料，如粘土磚、硬化石膏的碎塊，甚至含有用于混凝土表面的找平砂漿、用于找平砂漿表面的油漆或各種裝飾涂料和其它有機(jī)物?；炷两Y(jié)構(gòu)的表面在自然界中已經(jīng)發(fā)生了炭化，或者經(jīng)過(guò)其它腐蝕環(huán)境侵蝕后，已經(jīng)變得松軟，特別是十幾年前的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度較低，因此，很難獲得高強(qiáng)再生骨料。

我國(guó)廢棄混凝土的研究起步晚于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，國(guó)內(nèi)目前的再生骨料生產(chǎn)工藝主要有以下幾種:

(1)我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)采用包括油壓式履帶型碎石機(jī)和重物篩選機(jī)系統(tǒng)的廢棄混凝土塊破碎及處理設(shè)備，其生產(chǎn)工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 臺(tái)灣地區(qū)再生骨料生產(chǎn)工藝圖

(2)史巍和侯景鵬［2］設(shè)計(jì)了一套帶有風(fēng)力分級(jí)設(shè)備的骨料再生工藝，見(jiàn)圖2。該工藝構(gòu)思新穎，使用了風(fēng)力分級(jí)裝置及吸塵設(shè)備將粒徑為0.155mm 的骨料篩分出來(lái)，為循環(huán)利用再生細(xì)骨料奠定了基礎(chǔ)。

(3)經(jīng)對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外再生骨料的生產(chǎn)工藝，優(yōu)化后的工藝流程如圖3 所示。

圖2 史巍和侯景鵬設(shè)計(jì)的再生骨料生產(chǎn)流程圖

圖3 優(yōu)化后再生骨料生產(chǎn)流程圖

總體而言，雖然再生集料的部分性能不如天然集料，利用再生集料研制和生產(chǎn)的混凝土構(gòu)件性能也比天然集料的差。但若通過(guò)摻加外加劑，則可以大大改善再生混凝土的性能，只要選擇合適的外加劑，再生混凝土的利用就可以十分廣泛，而且利用廢棄混凝土做集料來(lái)生產(chǎn)再生混凝土，對(duì)資源循環(huán)利用、凈化環(huán)境、造福社會(huì)具有重要意義。

3 再生混凝土的基本性能及存在的問(wèn)題

國(guó)外的許多研究人員［3］已經(jīng)論述了再生混凝土質(zhì)量與原生混凝土和砂漿性能、原生混凝土損壞狀況、破碎方法和新混合料成分之間的關(guān)系。一般認(rèn)為粘附在再生骨料上的基體混凝土水泥砂漿膠結(jié)料、砂漿和界面區(qū)的質(zhì)量、以及基體混凝土中砂漿含量對(duì)測(cè)定再生混凝土性能中起重要影響。試驗(yàn)結(jié)果表明再生混凝土強(qiáng)度特性受一些關(guān)鍵因素的影響，如基體混凝土強(qiáng)度，基體混凝土中粗細(xì)骨料的比率，基體混凝土中骨料最大粒徑與再生混凝土骨料最大粒徑之比及再生骨料的磨蝕損失和吸水性的影響。這些因素還影響水灰比、骨料最大粒徑和干拌時(shí)間對(duì)再生混凝土強(qiáng)度特性的作用。

3.1 再生混凝土的基本性能

(1)抗壓強(qiáng)度。相關(guān)試驗(yàn)表明:與天然骨料混凝土相比，同一水灰比的再生骨料混凝土的28d 抗壓強(qiáng)度約低15%，但其相差的幅度會(huì)隨著齡期的增長(zhǎng)而慢慢縮小。再生混凝土的強(qiáng)度和所使用的廢棄混凝土的強(qiáng)度有著緊密的聯(lián)系。在同一水灰比條件下，再生骨料強(qiáng)度越高再生混凝土的強(qiáng)度也就越高。從一般建筑物拆除下的廢棄混凝土強(qiáng)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(shí)，其28d 的抗壓強(qiáng)度可達(dá)到23.5MPa，完全符合普通混凝土的強(qiáng)度要求。

(2)抗拉強(qiáng)度。再生混凝土的抗拉強(qiáng)度和它的抗壓強(qiáng)度一樣，隨著齡期的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，而且再生混凝土的抗拉強(qiáng)度與天然骨料混凝土抗拉強(qiáng)度的差也隨著齡期的增長(zhǎng)而增大，到28d 齡期后才基本不變。但是如果在再生混凝土中摻加微細(xì)硅粉和高效減水劑則能明顯提高其抗拉強(qiáng)度，尤其在28d 齡期以后最為明顯。

(3)工作性。再生骨料比天然骨料吸水率大、空隙多、表面粗糙度高、用漿量多。有關(guān)研究成果表明，在相同水灰比條件下，再生混凝土中再生骨料所取代的比例越高其坍落度就越小。同時(shí)，骨料表面粗糙，增大了拌和物在拌和與澆筑時(shí)的摩擦力。

(4)干縮性。由于再生混凝土使用的是吸水率大、空隙率高的再生骨料，因此它的干縮性比天然骨料混凝土要大，且其干縮的程度和干縮持續(xù)時(shí)間隨著再生骨料取代比例的增大而增大和加長(zhǎng)。在再生骨料取代比例達(dá)到50%以上時(shí)，其干縮時(shí)間持續(xù)較長(zhǎng)，但在50d 齡期后干縮速率十分緩慢，干縮的增量也較小。

3.2 廢棄混凝土利用存在的問(wèn)題

(1)再生混凝土沒(méi)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。作為剛走向市場(chǎng)的新材料，再生混凝土推廣的第二個(gè)難關(guān)就是相關(guān)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)目前尚未確定。沒(méi)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，就無(wú)法確保在大量生產(chǎn)應(yīng)用中的質(zhì)量穩(wěn)定，再生混凝土就很難被大多數(shù)建筑承包商所接受。目前國(guó)內(nèi)這些領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)還幾乎是一片空白。

(2)集中建立再生混凝土生產(chǎn)基地。有條件的城市可建立再生骨料生產(chǎn)廠和利用再生骨料的混凝土攪拌站或預(yù)制品加工廠，以充分利用廢棄混凝土。結(jié)合城市規(guī)劃，廠址選在廢棄混凝土存放處附近，這樣不但節(jié)約土地，而且材料來(lái)源豐富，更便于就地取材。也可將粉碎——攪拌一體機(jī)直接安放在房屋拆除現(xiàn)場(chǎng)，當(dāng)場(chǎng)回收、利用廢棄混凝土，將其變成再生混凝土并隨即用于新建工程上，這樣可進(jìn)一步降低成本。

(3)加強(qiáng)再生混凝土立法。加強(qiáng)立法，利用經(jīng)濟(jì)杠桿的調(diào)節(jié)作用制定再生骨料推廣應(yīng)用的強(qiáng)制性措施。發(fā)達(dá)國(guó)家普遍采用立法形式來(lái)保障廢棄混凝土的再生利用，國(guó)際上已召開(kāi)三次有關(guān)廢棄混凝土再生利用的專(zhuān)題會(huì)議。歐洲一些國(guó)家在再生骨料應(yīng)用方面開(kāi)展的研究較早并制定了相應(yīng)的“應(yīng)用指南”，也有成功的工程應(yīng)用實(shí)例。因此，政府在政策上要對(duì)再生骨料的回收利用給以扶持，把再生骨料的回收利用作為一個(gè)新的建筑產(chǎn)業(yè)。

4 再生混凝土發(fā)展方向

再生混凝土的生產(chǎn)和合理利用將會(huì)把建筑業(yè)、建材業(yè)的發(fā)展與保護(hù)生態(tài)環(huán)境、治理環(huán)境污染有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，在獲得經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，又消納了大量垃圾，減少了污染及土地占用［4］。對(duì)于建筑用砂緊缺的城市，又解決了混凝土骨料的來(lái)源，而且不但可降低成本，又可滿(mǎn)足施工規(guī)范的要求。

再生混凝土目前廣泛應(yīng)用于道路建設(shè)中的路基、路面、路面磚和馬牙磚等工程，在建筑工程中主要用于基礎(chǔ)墊層、底板、臺(tái)子、填充墻和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件等抗壓強(qiáng)度要求不是很高的部位。由于對(duì)再生混凝土的耐久性目前尚無(wú)突破性研究，因此它還沒(méi)有被用于房屋結(jié)構(gòu)中柱、梁、板等重要部位或構(gòu)件。

對(duì)再生混凝土開(kāi)發(fā)研究出多種產(chǎn)品，如制成再生混凝土預(yù)制構(gòu)件、砌塊或其他產(chǎn)品，從而拓寬其應(yīng)用道路，提高利用率。另外，若能通過(guò)摻加活性超細(xì)礦物粉(如粉煤灰、高爐礦渣、硅粉、氟石粉等)和高效減水劑等外加劑，通過(guò)一定的技術(shù)途徑對(duì)再生骨料進(jìn)行改性，制成強(qiáng)度高、耐久性好的高性能綠色混凝土，從而廣泛應(yīng)用于承重結(jié)構(gòu)中，這將會(huì)有更為明顯的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

5 結(jié)束語(yǔ)

(1)再生混凝土技術(shù)能夠從根本上解決廢棄混凝土的出路問(wèn)題，既能減輕環(huán)境的污染，又能節(jié)省天然骨料資源，緩解骨料供求矛盾，減少自然資源和能源的消耗，具有顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，是發(fā)展綠色混凝土的主要途徑之一。

(2)再生混凝土實(shí)際應(yīng)用的研究中，不僅要對(duì)如何提高再生混凝土強(qiáng)度進(jìn)行研究，而且對(duì)其耐久性如抗?jié)B性、耐磨性及抗碳化等也要進(jìn)行進(jìn)一步研究，從而逐步實(shí)現(xiàn)再生混凝土的高性能化。

(3)再生混凝土與普通混凝土在原材料、配合比以及施工工藝等方面存在較大的差別，現(xiàn)行普通混凝土的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程等不適合再生混凝土;另一方面，由于水泥、骨料與國(guó)外使用的水泥、骨料在成分和性能上差別較大，因而不能直接使用國(guó)外的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

(4)再生骨料作為有潛在發(fā)展能力的材料，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)募庸ぬ幚?，能夠得到符合?guī)范要求的再生骨料。

［1］杜婷，李惠強(qiáng)，吳賢國(guó).再生混凝土的研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題［J］.建筑技術(shù)，2007(2):25 -27.

［2］候景鵬，史巍，宋玉普.再生混凝土技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用推廣［J］.建筑技術(shù)，2002，33(1):15 -17.

［3］任慶旺.再生混凝土的研究現(xiàn)狀及其基本性能［J］.建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2005，32(2):44 -46.

［4］邢振賢，周曰農(nóng).再生混凝土性能研究與開(kāi)發(fā)思路［J］.建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，1998，25(5):28 -31.