再生骨料相關(guān)研究現(xiàn)狀綜述

馬嘯，張雙艷，姚宇飛，張凡

（武漢源錦商品混凝土有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

隨著開采量的增加，天然砂石資源已日益枯竭，近一段時(shí)期，國(guó)家環(huán)保政策也日益緊縮，這些因素導(dǎo)致混凝土企業(yè)面臨著空前的成本壓力。另一方面，隨著城市發(fā)展，老舊建筑、市政設(shè)施的拆除正產(chǎn)生著越來越多的混凝土碎塊等建筑垃圾，這些固體廢棄物的堆放和填埋浪費(fèi)了大量的土地資源，對(duì)土地河流造成了污染[1-2]，對(duì)建筑垃圾的處理和再利用已經(jīng)迫在眉睫。目前，針對(duì)再生骨料的利用，已經(jīng)開展了深入的研究。

1 再生骨料的基本特性

再生骨料由于表面附著廢舊的水泥石、砂漿等，其表觀密度、堆積密度均小于天然骨料。在廢棄混凝土構(gòu)件破碎的過程中，其表層舊有的水泥石、砂漿會(huì)產(chǎn)生裂紋，再加上水泥石、硬化砂漿的孔隙率本就高于天然骨料，所以再生骨料的壓碎指標(biāo)明顯大于天然骨料，吸水率也大于天然骨料。張名杰等在試驗(yàn)中檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)（表1），很明顯地體現(xiàn)了再生骨料的這些特性[3]。且原生混凝土的等級(jí)越高，再生骨料的性能越好[4]。

由于再生骨料存在的這些特性，導(dǎo)致了再生混凝土的抗壓強(qiáng)度低于普通混凝土[3-4]。普通混凝土在設(shè)計(jì)其配合比時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)水泥抗壓強(qiáng)度等數(shù)據(jù)，利用Bolomey 強(qiáng)度公式計(jì)算水灰比。當(dāng)用再生骨料配制混凝土?xí)r，混凝土強(qiáng)度與灰水比（C/W）具有良好的線性相關(guān)性，所以在設(shè)計(jì)再生骨料混凝土?xí)r，仍可使用Bolomey 公式進(jìn)行計(jì)算[5-7]。

但其中 A、B 值不能套用天然骨料混凝土的回歸系數(shù)，須通過大量試驗(yàn)進(jìn)行確定。王曉飛[7]、鄧壽昌[8]等通過試驗(yàn)測(cè)定了 A、B 值，但由于數(shù)據(jù)樣本小，仍然無法應(yīng)用于生產(chǎn)。

表1 骨料基本性能

2 再生骨料的處理

再生骨料來源復(fù)雜，質(zhì)量參差不齊，在使用前可先對(duì)其采取預(yù)處理，也可對(duì)配合比和生產(chǎn)工藝進(jìn)行處理，各種手段的預(yù)處理可顯著提高再生骨料的性能，從而使再生混凝土的質(zhì)量得到提高。

2.1 再生骨料生產(chǎn)時(shí)的處理

古松[9]等提出了一種多級(jí)破碎方式來生產(chǎn)再生骨料，將混凝土碎塊先經(jīng)過一次人工揀選，然后依次經(jīng)過一級(jí)篩分機(jī)、顎式破碎機(jī)、磁鐵分離器、分離臺(tái)、二次篩分機(jī)、沖洗裝置，這種生產(chǎn)方式可得到級(jí)配良好、含雜質(zhì)少的高質(zhì)量再生骨料，通過調(diào)整篩網(wǎng)，還可以得到不同粒徑、不同級(jí)配的產(chǎn)品，以滿足各種需求。再生骨料的生產(chǎn)過程中，清洗工序?qū)儆诒匾h(huán)節(jié)，經(jīng)過嚴(yán)格清洗的再生骨料，其含泥量、壓碎指標(biāo)等檢測(cè)數(shù)據(jù)可接近于天然骨料[10]。此外，顆粒整形也能顯著提高再生骨料的性能。

2.2 化學(xué)強(qiáng)化

再生骨料的性能可通過化學(xué)強(qiáng)化來提升。郭遠(yuǎn)新[11]等用濃度為 6% 的有機(jī)硅溶液對(duì)再生骨料進(jìn)行了噴淋、浸漬、干燥處理，經(jīng)測(cè)試，其吸水率、壓碎指標(biāo)等性能指標(biāo)都得到了提升，可基本達(dá)到與天然骨料相當(dāng)?shù)乃?。這說明在生產(chǎn)應(yīng)用中，化學(xué)處理可顯著提高再生骨料的可利用性。朱從香[12]的研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過化學(xué)浸泡的再生骨料配制的混凝土，其抗碳化性能有了顯著的提高，這是由于化學(xué)浸泡處理，可使再生骨料內(nèi)部空隙率大大降低，使再生混凝土更加致密，從而提高了抗碳化能力。經(jīng)過顆粒整形的再生骨料，在經(jīng)過一次有機(jī)硅烷浸漬，其配制的再生混凝土，抗碳化性能甚至高于天然骨料配制的普通混凝土[13]。

2.3 物理強(qiáng)化

再生骨料配制而成的再生混凝土的抗拉伸性能往往低于普通混凝土。秦荷成[23]在配制過程中按 1.2kg/m3的摻量加入了聚丙烯纖維，得到的再生混凝土試件抗拉強(qiáng)度可提高 13%，這表明抗拉纖維外摻料也適用于再生混凝土。楊青[14]等在再生混凝土中引入了高活性納米SiO2和納米礦物摻合料，稱之為納米復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)，這種方法不僅能明顯提高再生混凝土的強(qiáng)度，還能顯著提升其抗氯離子滲透性能和抗?jié)B性能（抗?jié)B等級(jí)達(dá)到 P10以上）。

肖建莊[15]等對(duì)一種新穎的處理技術(shù)進(jìn)行了研究，即利用微波加熱的方法來去除再生骨料表面附著的舊有砂漿，來達(dá)到提升其品質(zhì)的目的。試驗(yàn)結(jié)果表面，微波加熱處理后的再生骨料，壓碎指標(biāo)、孔隙率、吸水性等性能均有提高，表觀密度也有所增大，配制出的再生混凝土強(qiáng)度值也接近于普通混凝土，這為再生骨料的處理提供了新的思路。

2.4 摻合料的使用

在設(shè)計(jì)再生混凝土配比時(shí)，合理地引入摻合料可大幅提高其性能。與普通混凝土相同，礦粉、粉煤灰、硅灰、超細(xì)礦粉等礦物摻合料也可以在再生混凝土中得到良好的應(yīng)用[16,17]。其中，將礦粉和超細(xì)礦粉復(fù)配用于再生混凝土，可較好地改善其工作性，同時(shí)也能獲得良好的力學(xué)性能[18]。在再生混凝土配合比中加入適量的粉煤灰，還可增強(qiáng)黏結(jié)強(qiáng)度，減弱滑移破壞的可能性，但粉煤灰用量過大時(shí)，黏結(jié)強(qiáng)度反而會(huì)降低[19]?？梢娫偕橇嫌糜阡摻罨炷林袝r(shí)，應(yīng)確定粉煤灰的最合適用量。除礦物摻合料外，混雜鋼纖維也能被用于再生混凝土的生產(chǎn)，隨著混雜鋼纖維的摻入，再生混凝土的坍落度會(huì)急劇減小，但力學(xué)性能提升明顯，尤其是劈拉、抗折強(qiáng)度增長(zhǎng)較多[20]，所以在路面工程中使用再生混凝土?xí)r，可考慮引入混雜鋼纖維。

2.5 拌制工藝的處理

除對(duì)再生骨料直接進(jìn)行處理外，對(duì)再生混凝土的生產(chǎn)工藝進(jìn)行處理，也能提高再生混凝土的性能。二次攪拌即是一種能達(dá)到此目的的生產(chǎn)工藝，它包括預(yù)拌水泥砂漿法、水泥裹石法、水泥裹砂法等[21]。王玲玲[22]采用水泥裹石法配制了再生混凝土，即按照水、水泥、石、砂的順序進(jìn)行投料，得到的再生混凝土其抗壓強(qiáng)度、抗凍性能和抗硫酸鹽侵蝕性能均有提高，若同時(shí)采用再生骨料化學(xué)強(qiáng)化法和二次攪拌工藝，得到的再生混凝土性能更佳。

包容型再生混凝土也是一種可提升性能的生產(chǎn)工藝，即將再生骨料直接摻入特殊配比的新拌混凝土中進(jìn)行拌制，使新拌混凝土包裹在其周圍。蔣鳳昌[23]等的試驗(yàn)結(jié)果表明，用此種工法，在保證強(qiáng)度的前提下，再生骨料的摻入率可達(dá)到 30%。

高林[24]等在配制過程中，對(duì)再生骨料采取了骨架密實(shí)堆積法，通過合理搭配各級(jí)配區(qū)間骨料的用量，盡可能地減小再生骨料的孔隙率。試驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了設(shè)想，合理的級(jí)配合比法，可以有效地提高再生混凝土的強(qiáng)度性能。何士欽[25]等提出了一種利用再生骨料的新方法，將大塊混凝土不經(jīng)完全破碎形成堆體，然后在堆體中澆筑高性能自密實(shí)混凝土，自密實(shí)混凝土因具有良好的流動(dòng)性可充滿堆體形成堆體混凝土。經(jīng)檢測(cè)，堆體混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均與所澆筑的自密實(shí)混凝土相當(dāng)。這種方法簡(jiǎn)化了再生骨料的生產(chǎn)處理過程，提高了廢棄混凝土的利用率，在一些特殊的工程中，具有很高的利用價(jià)值。

為使再生混凝土能更好的應(yīng)用于鋼筋混凝土構(gòu)件中，崔正龍[26]等探索了再生混凝土內(nèi)填充法。設(shè)計(jì)的試驗(yàn)將再生混凝土注入普通鋼筋混凝土制作的外殼之中，制作了內(nèi)填充再生混凝土短柱，并進(jìn)行了單軸抗壓測(cè)試。結(jié)果顯示，此種工法澆筑的內(nèi)填充鋼筋再生混凝土短柱，軸向的抗變形能力與普通鋼筋混凝土并無大的差別，具有良好的韌性。

3 再生混凝土的特性

由于再生骨料與天然骨料在本身性質(zhì)的差別，再生混凝土配制完成后，也具有與普通混凝土不同的特性，了解再生混凝土的特性，有助于對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行指導(dǎo)。在決定再生骨料可被用于何種工程、何種構(gòu)件部位時(shí)，必須充分了解其特性。

3.1 新拌再生混凝土的工作性

如再生混凝土在拌制完成后，坍落度比相同配合比的普通混凝土要小，流動(dòng)性差，且坍落度經(jīng)時(shí)損失較大，這是由于再生骨料吸水率高所致，另一方面，再生混凝土粘聚性、保水性也較好[3]。若能控制得當(dāng)，再生混凝土也可取得良好的工作性能，能夠滿足一般的泵送要求。

3.2 力學(xué)性能

如前文所述，再生骨料的堅(jiān)固性低于天然骨料，這必然會(huì)導(dǎo)致再生混凝土強(qiáng)度的降低，大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，再生混凝土的抗壓、抗折、劈裂抗拉等力學(xué)性能均普遍低于普通混凝土。但其差值在可控范圍之內(nèi)，若控制得當(dāng)，再生混凝土的力學(xué)性能仍可接近或達(dá)到普通混凝土的水平。

陳宗平[27]為研究再生混凝土在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的力學(xué)性能，對(duì)再生混凝土進(jìn)行了三軸加載，測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)在三向受壓狀態(tài)下，再生混凝土主要表現(xiàn)為剪切型破壞，而且隨著壓力值的增大，再生混凝土的彈性模量、峰值應(yīng)力及峰值應(yīng)變均顯著增大。

3.3 耐久性能

而在荷載過程中，再生混凝土的其它性質(zhì)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，研究發(fā)現(xiàn)，在加上荷載以后，氯離子滲透率比普通混凝土要大，而且氯離子滲透率隨水灰比增大而增大[28]。

研究發(fā)現(xiàn)再生混凝土的抗凍性能較差[29]。曹芙波[30]等從微觀角度對(duì)再生混凝土的凍融破壞機(jī)理進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示，這一特性是由于再生混凝土內(nèi)部受凍脹破壞加劇所致。SEM 照片顯示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)最薄弱處存在于水泥砂漿與再生骨料界面過渡區(qū)內(nèi)。

在復(fù)雜的使用環(huán)境中，混凝土不可避免會(huì)受到各種化學(xué)侵蝕，硫酸鹽侵蝕是化學(xué)侵蝕中最普遍的存在形式。賈文亮[31]在試驗(yàn)中將再生混凝土和普通混凝土分別進(jìn)行了硫酸鹽環(huán)境中的干濕循環(huán)處理，然后測(cè)試了混凝土試樣的表觀形貌、質(zhì)量、強(qiáng)度等指標(biāo)，結(jié)果顯示，再生混凝土的抗侵蝕能力隨再生骨料替代率降低。王忠星[32]等對(duì)經(jīng)硫酸鹽侵蝕的再生混凝土的界面顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)各種界面過渡區(qū)變化規(guī)律不盡相同，但再生混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高，同種界面的顯微強(qiáng)度隨之升高，界面過渡區(qū)寬度隨之減小，界面抗硫酸鹽侵蝕能力隨之增強(qiáng)。

4 再生骨料的應(yīng)用

在日常生產(chǎn)中，再生骨料已經(jīng)得到了越來越多的應(yīng)用，一些高性能混凝土也可用再生骨料來生產(chǎn)。侯永利[33]等采用相同砂漿體積法配制了大流動(dòng)性再生混凝土，測(cè)定了其坍落度、干濕表觀密度、立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度以及彈性模量，得到的各項(xiàng)結(jié)果均可接近天然骨料混凝土的水平。

雷斌[34]等研究了再生骨料在道路工程中的應(yīng)用，按不同取代比例配制了再生混凝土，重點(diǎn)測(cè)試了各組試件的抗折強(qiáng)度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著再生骨料所占比例升高，試件抗折強(qiáng)度下降較多，這說明再生骨料對(duì)抗折強(qiáng)度的影響較大，所以在道路工程中使用再生骨料時(shí)，應(yīng)控制其用量。除了普通路面，透水路面混凝土也可用到再生骨料，透水混凝土除需要一定的強(qiáng)度外，透水系數(shù)是一個(gè)很重要的指標(biāo)，夏群[35]等探究了再生骨料對(duì)透水混凝土的強(qiáng)度和透水系數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)再生透水混凝土的表現(xiàn)出的各種規(guī)律均與普通混凝土類似，例如隨著成型壓力的增加，抗壓強(qiáng)度隨之升高而透水系數(shù)隨之降低，試驗(yàn)總體表明再生骨料是十分合適的生產(chǎn)透水混凝土的原材料。

一般來說，由于廢棄混凝土的來源復(fù)雜且性質(zhì)不穩(wěn)定，多被生產(chǎn)成粗骨料使用，但是如果控制得當(dāng)，也可將廢棄混凝土加工成細(xì)骨料來使用。余乃宗[36]等摻加一定量的再生細(xì)骨料配制了試驗(yàn)砂漿，并改變粉煤灰占比進(jìn)行了正交試驗(yàn)，對(duì)砂漿強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)與再生粗骨料類似，再生細(xì)骨料會(huì)造成砂漿強(qiáng)度的降低，而且這種影響大于粉煤灰的影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)依據(jù)GB/T 25176—2010《混凝土和砂漿用再生骨料》分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 三類，控制每一類的取代率，研究表明，Ⅰ類再生細(xì)骨料不宜超過 50%，Ⅱ、Ⅲ 類再生細(xì)骨料不宜超過 30%[37]。

5 結(jié)論與展望

再生骨料具有良好經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益，在可以預(yù)見的未來，會(huì)越來越多的被用于實(shí)際生產(chǎn)。從以上各研究成果中，不難得出以下結(jié)論：

（1）再生骨料會(huì)使混凝土各項(xiàng)性能下降，使用時(shí)應(yīng)控制其所占比例，若控制得當(dāng)，仍然可以配制出高性能的混凝土。

（2）再生骨料經(jīng)過各種處理后，性能可以得到顯著的提高，從而增加了再生骨料的適用范圍。

（3）再生骨料出用于普通建筑結(jié)構(gòu)外，還可很好的用于透水混凝土等特種混凝土中，在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)積極開發(fā)再生骨料的新用途。

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