廢棄混凝土試塊的再利用研究

蔣震，李紹鵬，李曦，汪亮

（中建西部建設(shè)湖南有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

廢棄混凝土試塊的再利用研究

蔣震，李紹鵬，李曦，汪亮

（中建西部建設(shè)湖南有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

廢棄混凝土試塊具有統(tǒng)一的尺寸、形狀與顏色，且干凈易于收集，可作為一種新型的磚石材料利用起來(lái)，從而緩解自然資源短缺與建筑垃圾排放及帶來(lái)的環(huán)境污染等問(wèn)題。通過(guò)試驗(yàn)表明：廢棄混凝土試塊仍然具有較高的強(qiáng)度，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)到原試塊抗壓強(qiáng)度的 80% 以上，抗拉強(qiáng)度也可達(dá)到原試塊抗拉強(qiáng)度的 80% 左右，且通過(guò)線性擬合得到了 7d、28d 齡期廢棄混凝土試塊剩余強(qiáng)度與原強(qiáng)度之間的相關(guān)方程，可以對(duì)廢棄混凝土試塊的抗壓與抗拉強(qiáng)度進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。并結(jié)合廢棄混凝土試塊的特點(diǎn)，對(duì)其用途進(jìn)行了描述，提出了詳細(xì)的利用對(duì)策。

廢棄混凝土試塊；抗壓強(qiáng)度；抗拉強(qiáng)度；用途與利用對(duì)策

0 引言

隨著我國(guó)城市化建設(shè)的不斷推進(jìn)，造成了眾多資源的短缺與浪費(fèi)、環(huán)境污染及占用土地等問(wèn)題。其中，混凝土的廣泛使用就是造成此類問(wèn)題的始作俑者之一[1]。有統(tǒng)計(jì)表明，2013 年，全國(guó)預(yù)拌混凝土產(chǎn)量為 16.41 億方，2014 年為 15.54億方， 2015 年混凝土產(chǎn)量與 2014 年大致持平[2]。根據(jù)現(xiàn)行檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中的混凝土出廠與交貨取樣檢驗(yàn)頻率，按每年 15 億方產(chǎn)量計(jì)算，將產(chǎn)生超 6000 萬(wàn)塊混凝土強(qiáng)度試塊，如此數(shù)量巨大的試塊在完成強(qiáng)度檢測(cè)后往往都成為了建筑垃圾，少有企業(yè)對(duì)其進(jìn)行循環(huán)利用[3]。

實(shí)踐表明：混凝土試塊在達(dá)到其極限荷載后，仍具有較為完整的表面形狀和較強(qiáng)的剩余強(qiáng)度，直接當(dāng)作建筑垃圾處理簡(jiǎn)直是暴殄天物，就算破碎再生利用仍是一種資源浪費(fèi)。因此，本文將對(duì)廢棄混凝土試塊的剩余強(qiáng)度進(jìn)行具體的試驗(yàn)研究，并結(jié)合其具有統(tǒng)一的顏色、尺寸形狀等優(yōu)勢(shì)進(jìn)行直接利用分析。以期對(duì)廢棄混凝土試塊形成精細(xì)化的再利用管理，將其變廢為寶，引導(dǎo)建筑廢棄物走向低碳循環(huán)之路。

1 廢棄混凝土試塊的強(qiáng)度試驗(yàn)與分析

1.1 抗壓強(qiáng)度

根據(jù) GB/T 50081－2012《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的試驗(yàn)方法，對(duì)中建西部建設(shè)湖南有限公司某廠站試驗(yàn)室不同等級(jí)（C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60）的7d、28d 混凝土試塊完成抗壓強(qiáng)度檢測(cè)后，再以同樣的方法將壓壞后的試塊再次進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表 1 與圖 1所示。

表1 混凝土試塊抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖1 廢棄混凝土試塊剩余抗壓強(qiáng)度占原抗壓強(qiáng)度比例

由表 1 與圖 1 可知：經(jīng)抗壓強(qiáng)度檢測(cè)壓壞后的廢棄混凝土試塊，仍具有很高的抗壓強(qiáng)度，不同等級(jí)的 28d 齡期試塊的剩余抗壓強(qiáng)度均達(dá)到原抗壓強(qiáng)度的 80%～90% 之間，7d 齡期試塊的剩余抗壓強(qiáng)度達(dá)到的比例更高，基本在 90% 以上。這主要是因?yàn)?28d 齡期試塊強(qiáng)度已基本形成，試塊較脆，壓壞后的損傷較 7d 齡期試塊大。

將表 1 中混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度與壓壞后的剩余抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，如圖 2 所示，可以得到廢棄混凝土試塊的剩余抗壓強(qiáng)度與原抗壓強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系，如式（1）、式（2）所示，且相關(guān)性系數(shù) R2分別為 0.999、0.994，說(shuō)明其擬合方程完全可以作為廢棄混凝土試塊的剩余抗壓強(qiáng)度預(yù)測(cè)公式。

式中：

y7、x7——7d 廢棄混凝土試塊的剩余抗壓強(qiáng)度與原抗壓強(qiáng)度；

y28、x28——28d 廢棄混凝土試塊的剩余抗壓強(qiáng)度與原抗壓強(qiáng)度。

圖2 廢棄混凝土試塊剩余抗壓強(qiáng)度與原抗壓強(qiáng)度擬合結(jié)果

1.2 劈裂抗拉強(qiáng)度

劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)則先選擇兩組標(biāo)準(zhǔn)試塊分別進(jìn)行抗壓強(qiáng)度與劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，再用壓壞的廢棄試塊進(jìn)行劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，C30、C40、C50 及 C60 混凝土試塊試驗(yàn)結(jié)果如表 2 與圖 3 所示。

圖3 廢棄混凝土試塊剩余抗拉強(qiáng)度占原抗拉強(qiáng)度比例

表2 混凝土試塊劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由表 2 與圖 3 可知：經(jīng)抗壓強(qiáng)度檢測(cè)壓壞后的廢棄混凝土試塊，仍具有較高的抗拉強(qiáng)度，28d 齡期試塊的剩余抗拉強(qiáng)度基本在原抗拉強(qiáng)度的 70%～90% 之間，而 7d 齡期試塊的剩余抗拉強(qiáng)度則均在 70%～80% 之間。并隨原試塊強(qiáng)度等級(jí)的增加，剩余抗拉強(qiáng)度占原抗拉強(qiáng)度的比例表現(xiàn)出先增加后減小的規(guī)律，強(qiáng)度等級(jí)為 C50 時(shí)達(dá)到最高，這主要是因?yàn)殡S著混凝土抗壓強(qiáng)度的增加，脆性就會(huì)增大，使其抗拉強(qiáng)度不能同步增長(zhǎng)。

考慮到混凝土強(qiáng)度等級(jí)大于 C50 時(shí)，其抗拉強(qiáng)度不能同步增長(zhǎng)，故將 C60 除外，把表 2 中其余混凝土試塊的劈裂抗拉強(qiáng)度與壓壞后的剩余抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，如圖4所示，可以得到廢棄混凝土試塊的剩余抗拉強(qiáng)度與原抗拉強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系，如式（3）、式（4）所示，且相關(guān)性系數(shù) R2分別為 0.999、0.990，說(shuō)明其擬合方程完全可以作為中低強(qiáng)度等級(jí)廢棄混凝土試塊的剩余抗拉強(qiáng)度預(yù)測(cè)公式。

式中：

y7、x7—7d 廢棄混凝土試塊的剩余抗拉強(qiáng)度與原抗拉強(qiáng)度；

y28、x28—28d 廢棄混凝土試塊的剩余抗拉強(qiáng)度與原抗拉強(qiáng)度。

圖4 廢棄混凝土試塊剩余抗拉強(qiáng)度與原抗拉強(qiáng)度擬合結(jié)果

2 廢棄混凝土試塊的用途

混凝土生產(chǎn)與澆筑時(shí)預(yù)留的用于檢測(cè)其力學(xué)性能而制作的混凝土試塊，在檢測(cè)完成后便成了廢棄混凝土試塊，廢棄混凝土試塊的外觀雖有一定的破損，但仍具有較為完整統(tǒng)一的尺寸形狀，如圖 5 所示?；炷猎噳K的形狀主要分為立方體、圓柱體和棱柱體三類，其中 150mm×150mm×150mm 與100mm×100mm×100mm 的立方體試塊數(shù)量最多也最為常見。除形狀標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一外，混凝土試塊還具有顏色統(tǒng)一、干凈及易于收集的特點(diǎn)，且已通過(guò)試驗(yàn)證明其具有較高的剩余強(qiáng)度，因此，廢棄混凝土試塊的直接再利用是完全可行的。

圖5 廢棄混凝土立方體試塊外觀

考慮到廢棄混凝土試塊表面或內(nèi)部存在裂縫等缺陷，因而不能將其作為重要結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的組成材料，但仍然可以作為磚石材料，具有較為廣闊的應(yīng)用空間。

（1）作為墻體材料。如用于圍墻、矮墻等圍護(hù)墻體結(jié)構(gòu)。

（2）作為園林景觀材料。如用于砌筑石凳、桌椅、花壇以及景觀墻等。

（3）作為道路材料。如用于小區(qū)、花園等道路鋪裝，以及作路緣石使用。

（4）作為再生骨料。對(duì)于破損較小的試塊可以直接或用水泥漿簡(jiǎn)單修護(hù)后作為磚石材料使用，對(duì)于破損較為嚴(yán)重的試塊則可將其破碎，作為再生骨料繼續(xù)使用。

3 廢棄混凝土試塊的利用對(duì)策

建筑垃圾的循環(huán)利用是一項(xiàng)繁瑣、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，通常由建筑垃圾的產(chǎn)生、運(yùn)輸、分類存儲(chǔ)、分類再生、推廣應(yīng)用等一系列環(huán)節(jié)組成，需要考慮經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、管理、環(huán)境等眾多問(wèn)題[4,5]。廢棄混凝土試塊作為建筑垃圾中的一種，因具有尺寸形狀統(tǒng)一、顏色統(tǒng)一、強(qiáng)度較高且干凈易于收集的特點(diǎn)，完全可以作為一種新的磚石產(chǎn)品使用。但我國(guó)對(duì)建筑垃圾的回收利用起步較晚，目前也并未將廢棄混凝土試塊單獨(dú)分離出來(lái)作為一種新產(chǎn)品再次使用。因此，要真正實(shí)現(xiàn)將廢棄混凝土試塊變廢為寶，還需考慮以下幾個(gè)方面：

（1）健全法律法規(guī)。對(duì)于建筑垃圾的利用處理，我國(guó)雖出臺(tái)了一些相關(guān)的法律法規(guī)，但對(duì)復(fù)雜多樣的建筑垃圾并沒(méi)有做出實(shí)質(zhì)性的詳細(xì)處理規(guī)定。因此，國(guó)家應(yīng)該制定相應(yīng)的詳細(xì)處理制度（如：明文規(guī)定將廢棄混凝土試塊作為一種的新的磚石產(chǎn)品使用），讓建筑垃圾的資源化利用成為唯一的處理途徑。

（2）政府加大扶持力度與宣傳工作。建筑垃圾的資源化利用是一項(xiàng)節(jié)約資源、改善人類生存環(huán)境的公益性事業(yè)，政府應(yīng)刺激與激發(fā)企業(yè)對(duì)建筑垃圾利用的欲望，對(duì)生產(chǎn)與使用建筑垃圾的企業(yè)給予補(bǔ)貼與優(yōu)惠。同時(shí)，政府還需加強(qiáng)宣傳力度，讓企業(yè)與市民充分認(rèn)識(shí)、理解與使用廢棄混凝土試塊等建筑垃圾資源。

（3） 加強(qiáng)科研工作。目前，對(duì)于廢棄混凝土試塊的直接再利用研究還未見報(bào)導(dǎo)，本文雖對(duì)廢棄混凝土試塊的剩余強(qiáng)度做了較為系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需對(duì)其耐久性能、抗疲勞性能以及加工處理等方面繼續(xù)進(jìn)行研究，以擴(kuò)展其使用空間與發(fā)展前景。

（4）開展廢棄混凝土試塊的收集與管理工作。廢棄混凝土試塊主要源于預(yù)拌混凝土企業(yè)與建筑施工單位，可成立專門的部門分區(qū)域進(jìn)行收集與分強(qiáng)度等級(jí)存儲(chǔ)，并對(duì)破損較為嚴(yán)重的試塊進(jìn)行修復(fù)。

（5）積極開展廢棄混凝土試塊的綜合利用示范工程。從工程設(shè)計(jì)入手，提高廢棄混凝土試塊的利用率，建設(shè)示范工程，利用工程的示范作用將廢棄混凝土試塊的利用價(jià)值淋漓盡致地展現(xiàn)出來(lái)。

4 結(jié)論

（1）試驗(yàn)表明廢棄混凝土試塊仍然具有較高的強(qiáng)度，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)到原試塊抗壓強(qiáng)度的 80% 以上，抗拉強(qiáng)度也可達(dá)到原試塊抗拉強(qiáng)度的 80% 左右，且通過(guò)線性擬合得到了7d、28d 齡期廢棄混凝土試塊剩余強(qiáng)度與原強(qiáng)度之間的相關(guān)方程，可以對(duì)其抗壓與抗拉強(qiáng)度進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。

（2）除強(qiáng)度外，廢棄混凝土試塊的外觀形狀也并未受到較大的破損，加上其顏色統(tǒng)一且干凈易于收集與存儲(chǔ)等特點(diǎn)，使得廢棄混凝土試塊具有較為廣闊的利用空間。

（3）結(jié)合廢棄混凝土試塊的特點(diǎn)，對(duì)其用途進(jìn)行了描述，并提出了詳細(xì)的利用對(duì)策。

[1] 朱東風(fēng)．城市建筑垃圾處理研究[D]．華南理工大學(xué)，2010.

[2] 張紅．2015 年中國(guó)混凝土行業(yè)十大聚焦面[N]．中國(guó)建材報(bào)，2016-02-01001.

[3] 李浩，翟寶輝．中國(guó)建筑垃圾資源化產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究[J]．城市發(fā)展研究，2015,(03):119-124．

[4] 周文娟，陳家瓏，路宏波．我國(guó)建筑垃圾資源化現(xiàn)狀及對(duì)策[J]．建筑技術(shù)，2009,08:741-744.

[5] 姚磊．建筑垃圾的再生利用及其產(chǎn)業(yè)化研究[D]．長(zhǎng)安大學(xué)，2012．

［通訊地址］湖南省長(zhǎng)沙市開福區(qū)湘江北路與開順路交界處中建五局?jǐn)嚢枵荆?10000）

The study on reuse of waste concrete test block

Jiang Zhen, Li Shaopeng, Li Xi, Wang Liang
( China Construction Western Construction Hunan Co., Ltd., Hunan Changsha 410000)

As the waste concrete test block has uniform size shape and color, and it is easy to recycle, it could be reused as a new kind of masonry materials to relieve problems of shortage of natural resources, construction waste emissions and environment pollutions caused by them. Tests show that waste concrete test blocks still have high strength.The compressive strength is more than 80% of the compressive strength of the original test block, and the tensile strength is about 80% of the tensile strength of the original test block. Both compressive strength and tensile strength can be predicted precisely by linear equations between residual strength and original strength of different kind of test blocks (7d and 28d, respectively). According to the characteristics of waste concrete test block, this paper described several possibleapplications and proposed detailed utilization methods.

waste concrete test block; compressive strength; tensile strength; applications and utilization methods

蔣震，男，湖南長(zhǎng)沙，碩士，中建西部建設(shè)湖南有限公司技術(shù)部經(jīng)理，工程師。