再生粗骨料在混凝土中應用的可行性研究

李 根

(山西建筑職業(yè)技術學院,山西 晉中 030619)

引言

再生粗骨料作為再生混凝土的主要原材料之一,近些年被我國各研究機構和高校研究,通過在再生混凝土中添加其他輔助材料從而可達到相應工程需要的指定性能,如抗壓強度、抗拉強度、抗折強度、耐久性、抗?jié)B性等。再生粗骨料是從拆遷的建筑物中,經(jīng)破碎、篩分、清洗后替代部分天然粗骨料應用至混凝土中。在混凝土中使用再生粗骨料替代天然石子,具有環(huán)保、再生循環(huán)使用、破壞生態(tài)小等優(yōu)點。

截至目前,再生混凝土在實際工程中的應用較少,應用范圍最大的是將再生混凝土應用在道路工程中,其次是應用在農(nóng)房建設中,真正應用于高層混凝土結構建筑中的實例幾乎沒有。目前單純研究再生混凝土的相關課題較少,多數(shù)是通過在再生混凝土中加入一定量的其他外加劑或摻料從而得到的新型再生混凝土,如太原理工大學研究的再生保溫混凝土[1]、同濟大學研究的海水海砂再生混凝土[2]、沈陽建筑大學研究的廢棄纖維再生混凝土[3]、新疆大學研究的摻鋰渣再生混凝土[4]等。本文對再生粗骨料在混凝土中的應用進行可行性分析,主要通過原材料供應量指標、經(jīng)濟指標、性能指標和實際應用四個方面進行可行性分析研究。

1 原材料供應量指標

再生粗骨料的主要產(chǎn)生地是拆遷工地,而能在混凝土中摻入的再生粗骨料為混凝土構件拆除后經(jīng)破碎、篩分、清洗而得到的石子。但在目前,我國拆遷工地拆遷的房屋多數(shù)為磚混結構,極個別情況下是對老舊的框架結構進行拆除,剪力墻結構拆除的數(shù)量較少。目前再生粗骨料的主要來源為市政道路、公路拆除所得到的道路混凝土廢棄物,此類再生粗骨料的產(chǎn)量大、產(chǎn)地較為集中,可小范圍內(nèi)的生產(chǎn)、應用。

在我國北京、上海、廣州、深圳、杭州、蘇州、成都、西安、武漢、鄭州、天津等一二線城市中混凝土結構、混凝土道路拆除的數(shù)量相對其他城市較多,能夠供應一定數(shù)量的再生粗骨料,而在其他城市中,由于經(jīng)濟發(fā)展相對落后,城市建設發(fā)展的步伐相對較慢,混凝土結構和道路拆除的數(shù)量較小，總體不適合規(guī)?；a(chǎn)應用。

2 經(jīng)濟指標

再生粗骨料經(jīng)現(xiàn)場拆除后,為避免在現(xiàn)場破碎生產(chǎn)而產(chǎn)生相應的噪聲污染和粉塵污染,需將拆除后的廢棄混凝土運送至特定的破碎廠進行破碎處理,破碎處理完成后需將初步處理的再生骨料進行篩分,選用合理的粒徑,將磚塊、泥土塊、碎玻璃等雜質人工篩分,最后將得到的再生粗骨料進行清洗,再運輸至商品混凝土攪拌站,經(jīng)試配后應用至商品混凝土中。

在此一系列的生產(chǎn)、加工、應用過程中,產(chǎn)生較高的成本費用。而若廢棄混凝土不進行加工使用,則直接運輸至建筑垃圾處理廠進行處理,產(chǎn)生的費用為:拆除費用+運輸費用+垃圾處理廠處理費用(目前垃圾廠主要將建筑垃圾用于回填城市周邊溝壑，此費用較低可以忽略不計)。而若將廢棄混凝土再次利用則產(chǎn)生的費用為:拆除費用+運輸費用+破碎費用+篩分費用+清洗費用+二次運輸費用。兩者相比,廢棄混凝土再次利用較直接拆除再處理的多余費用為:破碎費用+篩分費用+清洗費用+二次運輸費用+垃圾處理廠處理費用。在這些多余的費用中,破碎費用主要為機械化破碎,破碎費用相對較低;篩分費用為機械化篩+人工配合分檢,產(chǎn)生的人工費用相對較多;清洗費用主要為機械化清洗,產(chǎn)生的費用相對較低;二次運輸費用與初次運輸費用基本相同,產(chǎn)生的費用與再生粗骨料運輸遠近有關;垃圾處理用主要用以回填溝壑,此費用較低。據(jù)統(tǒng)計,目前全國多數(shù)省份的石子價格在正常供貨期內(nèi)的單價為35元/噸,而質量較差的再生粗骨料單價為80元/噸,質量上乘的再生粗骨料單價為200元/噸。質量較差的再生粗骨料一般應用于道路工程中,質量上乘的再生粗骨料一般應用于科研和學術研究中,在建筑工程中的應用較少。質量較差的再生粗骨料可小規(guī)?；a(chǎn),質量上乘的再生粗骨料可定制化少量生產(chǎn)。

從上文可知,質量較差的再生粗骨料單價是普通石子的2.29倍,質量上乘的再生粗骨料加價是普通石子的5.71倍。在最常用的混凝土強度標號中,本文以C30為例,一立方米混凝土中所用的石子質量為1280 kg,而若以試驗室配制的再生粗骨料在混凝土粗骨料中替代率為30%進行配制,則一立方米混凝土中使用的再生粗骨料量為384 kg,天然石子為896 kg。經(jīng)計算后得到一立方米普通混凝土中的石子費用為44.8元,再生混凝土中所使用的質量較差的再生粗骨料與石子的總費用為62.1元,再生混凝土中所使用的質量上乘的再生粗骨料與石子的總費用為108.2元。綜上所述,使用質量較差的再生粗骨料配制一立方米的混凝土僅粗骨料成本增加17.3元,使用質量上乘的再生粗骨料配制一立方米的混凝土僅粗骨料成本增加63.4元。常規(guī)的普通商品混凝土單價為350元/m3,而使用再生粗骨料配制的混凝土單價分別為367.3元/m3和413.4元/m3,費用增加4.94%和18.11%,經(jīng)濟可行性較差。

3 性能指標

再生粗骨料是由廢棄混凝土經(jīng)破碎、篩分、清洗而得到的再生石子。再生粗骨料在拆遷現(xiàn)場經(jīng)爆破、機械拆除后,多數(shù)廢棄混凝土已經(jīng)受到較大的物理受力,之后再經(jīng)破碎機破碎后產(chǎn)生的再生粗骨料中含有大量的裂縫,且粗骨料外部被水泥漿包裹,將其摻入至混凝土配合比中,由于原水泥漿與石子的粘結力受到一定破壞,因此所配制的混凝土抗壓強度較低,抗拉強度更低,耐久性能及抗?jié)B性更差。

盡管在后期篩分再生粗骨料中,人工將骨料中的多數(shù)磚塊祛除,但仍含有大量的磚塊。破碎的磚塊與再生石子的壓碎指標、強度等相差較大,若將此類再生粗骨料加入混凝土配合比中后,混凝土的強度會更低,其他性能指標也隨之降低,再生粗骨料的摻量越高,性能下降的越多。在混凝土中摻入少量的再生粗骨料,對混凝土的性能影響較小,但摻入量低應用意義較小,不具備實用性和可行性。

4 實際應用可行性

再生粗骨料摻入至混凝土中,可改善混凝土內(nèi)的孔隙結構。由于再生骨料自重相對較小,摻入至混凝土中可減小混凝土的自重,應用至建筑結構中利于結構抗震。

由于再生粗骨料來源不同必然會產(chǎn)生較大的離散性?；炷帘旧砭蛯儆陔x散性較大的混合物,加之再生粗骨料性能離散性也大,最終配制出的再生混凝土離散性也較大。而隨著現(xiàn)代建筑結構對高強度混凝土的要求以及業(yè)主對經(jīng)濟性能的要求不斷提高,這種性能不穩(wěn)定的混凝土材料并不能得到業(yè)主的青睞。只是在一些公益性的政府小型項目中、低層框架結構、磚混結構中可應用再生混凝土,在這些建筑結構中使用再生混凝土既可達到環(huán)保要求、又可產(chǎn)生廢棄物再利用的社會效益,由于再生粗骨料的摻入量較小,因此原材料成本增加的也較少,在此方面實用性較強。

在對老舊道路進行拆除重新澆筑混凝土時,可將廢棄混凝土現(xiàn)場進行破碎篩分,在商品混凝土攪拌站清洗后直接摻入再生粗骨料進行攪拌,可直接應用至對性能要求較低的原道路施工中,實用性也較高,目前再生混凝土也主要應用于道路工程中。

5 綜合可行性研究

通過對上文的分析可知,目前在我國進行大面積推廣再生混凝土的可能性和意義不大,原因為產(chǎn)量小、運輸總費用高、篩檢碎磚塊難度大、人工篩檢費用高、清洗再生骨料浪費大量的水資源、建設單位不敢用,市場認可度低。上述所列原因并非是絕對的限制再生混凝土的應用,首先目前在道路工程中已經(jīng)在小范圍的使用,其次上述所列原因未來可解決,如再生粗骨料產(chǎn)量小,該問題可隨著時間的推移,大量混凝土結構達到壽命期限時則開始大面積拆除,產(chǎn)生大量的廢棄混凝土,若對此類廢棄物不進行有效利用,則無處安放;篩檢碎磚塊難度大、人工費用高,隨著破碎篩分技術的不斷發(fā)展,機械智能化水平也不斷提高,將機械智能篩分應用至篩檢工作中可降低人工操作,加快篩檢速度,提高篩檢質量。

通過上述分析,得知在目前的經(jīng)濟水平、城市發(fā)展水平不適合將再生混凝土大范圍的應用到混凝土建筑結構中,而將其應用到道路工程中可行,但也僅限于小范圍的道路改造工程。

6 結論

1)從原材料性能指標分析可知，在大中型城市中可一定規(guī)模的生產(chǎn)、應用再生粗骨料，而在其他城市中則不適宜規(guī)?；a(chǎn)應用。

2)從經(jīng)濟指標分析可知，再生粗骨料混凝土的定價比普通混凝土的定價高4.94%和18.11%，經(jīng)濟可行性較差。

3)從性能指標分析可知，在混凝土中摻入再生粗骨料的量越大，混凝土性能越差，再生粗骨料的利用率越高；反之混凝土性能越好，再生粗骨料的利用率越低。

4)從實際應用可行性分析可知，再生粗骨料混凝土可直接應用于道路工程中，實用性較強。

5)從綜合可行性研究分析可知，在我國目前的經(jīng)濟水平、城市發(fā)展水平中，不適合將再生粗骨料混凝土大范圍的應用至混凝土結構中，而在未來卻具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。