新疆地區(qū)建筑垃圾再生骨料在混凝土中的應(yīng)用研究與展望

田盼盼關(guān)挺梁芮（新疆大學(xué) 建筑工程學(xué)院；中建新疆建工（集團(tuán)）有限公司）

新疆地區(qū)建筑垃圾再生骨料在混凝土中的應(yīng)用研究與展望

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（1新疆大學(xué) 建筑工程學(xué)院；2中建新疆建工（集團(tuán)）有限公司）

結(jié)合新疆地區(qū)的地域特點(diǎn)，將建筑廢棄混凝土處理成再生骨料應(yīng)用于混凝土的拌制中具有顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。本文對(duì)新疆烏魯木齊周邊收集到的建筑垃圾進(jìn)行加工，制備成再生粗骨料，繪制再生粗骨料顆粒級(jí)配曲線，測(cè)試粗集料基本性能指標(biāo)和配合比設(shè)計(jì)，試驗(yàn)研究了再生混凝土的工作性能和抗壓性能，對(duì)摻鋰渣再生混凝土試驗(yàn)研究了抗壓和抗拉性能，最后對(duì)新疆再生混凝土研究與應(yīng)用提出了建議和展望。

新疆地區(qū)；再生骨料；再生混凝土

1　前言

隨著國(guó)家“一帶一路”戰(zhàn)略的逐步落地和新疆首府烏魯木齊將申報(bào)亞歐經(jīng)貿(mào)合作試驗(yàn)區(qū)的計(jì)劃，新疆處于大發(fā)展，大建設(shè)的階段，城市化的進(jìn)程速度快，有大量建筑物建設(shè)，相應(yīng)有大量廢棄物拆除，產(chǎn)生大量的廢棄混凝土，以烏魯木齊為例，如表1所示。

表1　烏魯木齊連續(xù)五年廢棄混凝土量［1］

傳統(tǒng)建筑業(yè)發(fā)展基本模式如圖1所示，建筑廢棄混凝土既占用了大量土地，又污染了環(huán)境。另一方面，全球工程用混凝土粗骨料的開采量也非常巨大，造成了自然資源的過度消耗和環(huán)境破壞［2］。

圖1　傳統(tǒng)建筑業(yè)發(fā)展基本模式

為了尋求一種使建筑行業(yè)與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)的生產(chǎn)方式，再生混凝土的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，新型建筑發(fā)展模式如圖2所示。

2　再生粗骨料性能研究

2.1 再生粗骨料加工制備工藝

再生混凝土技術(shù)減輕了傳統(tǒng)建筑業(yè)發(fā)展所帶來的不利影響，實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的生命延續(xù)。前蘇聯(lián)學(xué)者Gluzhge［3］早在1946年就對(duì)利用廢棄混凝土制作再生骨料的可行性進(jìn)行了研究。20世紀(jì)中期，日本、美國(guó)和一些歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家先后開始了再生混凝土的研究和開發(fā)利用，其研究的重點(diǎn)集中在再生骨料和再生混凝土的力學(xué)性能方面［4～9］。

圖2　廢棄混凝土就用到新型建筑發(fā)展模式

目前，我國(guó)學(xué)者和科研工作人員對(duì)于廢棄混凝土骨料的研究已經(jīng)有了很大的進(jìn)展［10～11］，再生骨料加工制備工藝如圖3所示。

圖3　再生混凝土加工制備工藝

2.2 骨料級(jí)配曲線

課題試驗(yàn)組收集了烏魯木齊地區(qū)不同強(qiáng)度等級(jí)、不同使用環(huán)境等的廢棄混凝土，進(jìn)行試驗(yàn)樣本編號(hào)，如表2所示，測(cè)定并繪制出骨料級(jí)配曲線，如圖4所示。

表2　再生粗骨料收集樣本編號(hào)

圖4　試驗(yàn)再生骨料級(jí)配曲線

2.3 粗骨料基本性能測(cè)試

根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177-2010）［12］相關(guān)試驗(yàn)方法對(duì)RCA1-RCA6進(jìn)行基本性能試驗(yàn)，包括表觀密度、泥塊含量、堅(jiān)固性、微粉含量、針片狀顆粒、壓碎指標(biāo)、吸水率試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3和圖5所示。

隨著時(shí)間的增加，再生粗骨料的吸水率明顯大于天然粗骨料，天然骨料和再生骨料的吸水率均隨時(shí)間增加而增大。骨料粒徑越小，再生粗骨料吸水率越大；粒徑越大，則吸水率越小，試驗(yàn)結(jié)果如圖5（b）所示。

依照國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)烏魯木齊地區(qū)再生粗骨料進(jìn)行類別劃分，初步將其劃分到Ⅰ類和Ⅱ類，如表4所示。

表3　再生骨料基本性能試驗(yàn)研究結(jié)果

圖5　試驗(yàn)研究再生骨料吸水率結(jié)果分析

表4　烏魯木齊地區(qū)再生骨料劃分

3　再生混凝土基本性能研究

3.1 配合比設(shè)計(jì)

配制再生粗骨料混凝土，配合比設(shè)計(jì)如表5和表6所示，通過再生混凝土附加用水量公式（1）測(cè)定砂漿附著含量對(duì)附加用水量，選取凈用水量的5%、10%、15%，共制作18組×3個(gè)=54個(gè)試塊。

ΔW=r·m·g（0.1386X-1.6355）（式1）

3.2 工作性能和抗壓強(qiáng)度

可選取凈水灰比為0.45時(shí)的配合比作為再生混凝土最優(yōu)配合比，如圖6所示。不考慮附加用水量，再生混凝土的坍落度較普通混凝土都偏小，如圖7所示。

4　摻鋰渣再生混凝土基本性能

4.1 抗壓強(qiáng)度測(cè)定

基于再生粗骨料混凝土的研究現(xiàn)狀及新疆地區(qū)特點(diǎn)，通過研究立方體與棱柱體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)指標(biāo)，望能給摻鋰渣再生粗骨料混凝土實(shí)際應(yīng)用提供試驗(yàn)依據(jù)。

圖6　再生粗骨料混凝土性能研究流程

表5　C30混凝土配合比設(shè)計(jì)（未考慮△W）

表6　C30混凝土配合比設(shè)計(jì)（考慮△W）

圖7　再生混凝土試驗(yàn)研究工作性能和抗壓強(qiáng)度

圖8　摻鋰渣再生混凝土試塊抗壓強(qiáng)度測(cè)定

圖9　摻鋰渣再生混凝土試塊抗壓強(qiáng)度測(cè)定

采用相同配合比制作以鋰渣摻量是0%、10%、15%、20%、25%及再生粗骨料取代率是0%、30%、50%、70%作為變量的20種混凝土，制作360個(gè)150mm×150mm× 150mm標(biāo)準(zhǔn)立方體及120個(gè)150mm×150mm×300mm標(biāo)準(zhǔn)棱柱體試件，依照標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法測(cè)定3d、7d、28d的立方體抗壓強(qiáng)度和劈拉強(qiáng)度，以及28d棱柱體抗壓強(qiáng)度和彈性模量，結(jié)果如圖8所示。

4.2 抗拉強(qiáng)度

為探索鋰渣摻量、再生粗骨料摻量以及齡期對(duì)混凝土抗拉性能的影響規(guī)律，采用標(biāo)準(zhǔn)立方體試件進(jìn)行劈裂抗拉試驗(yàn)研究.結(jié)果表明，在再生混凝土中摻入鋰渣可以有效提高其抗拉強(qiáng)度.

綜上所述，取代70%粗骨料且摻10%鋰渣后，3d、7d劈拉強(qiáng)度達(dá)到最高，比未摻鋰渣的普通混凝土增長(zhǎng)119.66%和61.99%。而取代70%粗骨料及摻15%鋰渣后，28d抗拉強(qiáng)度達(dá)到峰值較未摻鋰渣普通混凝土增長(zhǎng)57.50%，如圖9所示。

5　發(fā)展新疆地區(qū)再生混凝土的建議與展望

5.1 推動(dòng)新疆地區(qū)建筑垃圾資源化的建議

⑴加強(qiáng)立法、管理工作；

⑵加強(qiáng)技術(shù)支撐；

⑶優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)；

⑷加強(qiáng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)及建筑垃圾收納廠的管理；

⑸合理利用建筑垃圾。

5.2 推動(dòng)新疆地區(qū)建筑垃圾資源化的建議

新疆地區(qū)的再生混凝土存在著很多問題，但是發(fā)展?jié)摿艽蟆Ｔ谛陆貐^(qū)對(duì)廢棄混凝土的回收利用也有一定的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合新疆地區(qū)的特點(diǎn)，大量工業(yè)廢棄物鋰渣和建筑廢棄物綜合利用，改善再生混凝土性能，推廣再生混凝土技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“雙廢”利用。從根本上解決環(huán)境污染的問題，使建筑垃圾的回收再利用走上可持續(xù)發(fā)展的道路。

［1］烏魯木齊統(tǒng)計(jì)年鑒2015.

［2］朱慈勉，李壇.廢棄混凝土摻合型再生混凝土的力學(xué)性能［J］.華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，42（2）：50-56.

［3］GluzhgePJ.Theworkofscientificresearch institute［J］.GidrotekhnicheskoyeStroitel'stvo，1946，4：27-28.

［4］ EvangelistaL，BritoDJ.Mechanicalbehaviorof concretemadewithfinerecycledconcreteaggregates［J］.Cement&Concrete Composites，2007，29（5）：397-401.

［5］Gayarre F L，Serna P，Domingo A，et al.Influence of recy-cled aggregate quality and proportioning criteria on recy-cled concrete properties［J］.Waste Management，2009（12）：3022-3028.

［6］楊海峰，孟少平，鄧志恒.高強(qiáng)再生混凝土常規(guī)三軸受壓本構(gòu)曲線試驗(yàn)［J］.江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，32（5）：597-601.

［7］朋改非，黃艷竹，張九峰.骨料缺陷對(duì)再生混凝土力學(xué)性能的影響［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，2012，15（1）：80-84.

［8］張永娟，何舜，張雄，等.再生混凝土Bolomey公式的修正［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，2012，15（4）：538-543.

［9］陳宗平，徐金俊，鄭華海，等.再生混凝土基本力學(xué)性能試驗(yàn)及應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，2013，16（1）：24-32.

［10］肖建莊.再生混凝土［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

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

［12］GB/T 25177-2010，混凝土用再生粗骨料［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

*項(xiàng)目來源：

烏魯木齊市建設(shè)科技項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)資助（項(xiàng)目編號(hào)：2015019）