再生混凝土研究現(xiàn)狀與展望★

黃小琴 黃 琴 蔣必鳳 陳圣寧

(1.三亞學院,海南 三亞 572011; 2.91515部隊,海南 三亞 572011)

1 概述

建筑垃圾被隨意處置或簡單填埋，占用了大量土地、污染環(huán)境，成為城市發(fā)展中急需解決的問題。建筑垃圾具有非常大的潛在利用價值和社會效益，將其回收處理作為骨料重新加入水泥基體中，有望制備出環(huán)保節(jié)能的新型建筑材料，對其進行深入研究具有重要的科學意義及工程實用價值。

再生混凝土的制備方法通常是將建筑垃圾進行分類，破碎后得到再生微粉、再生細骨料與粗骨料，加入水泥或混凝土基體中，替代部分的粗、細骨料或礦物摻合料，制備再生混凝土，對其制備工藝、新拌漿體和易性、物理及力學性能微觀組織形貌、界面結合情況、斷裂機理、耐久性等進行研究。國內(nèi)外學者對再生混凝土的制備與性能做了廣泛的研究，擬解決問題包括水灰比、顆粒級配、外加劑影響、微觀界面等。本文旨在對再生混凝土的骨料特點、骨料強化方法、研究現(xiàn)狀進行分析綜述，以期為后續(xù)該方向的研究提供一定的參考。

2 再生骨料特點分析

建筑垃圾分揀處理后得到的廢棄磚塊、廢棄混凝土塊與砂漿塊經(jīng)過破碎、過篩處理，得到可制備再生混凝土中的再生骨料，其形態(tài)包括再生粉末、再生細骨料和再生粗骨料。劉俊華等[1]的研究表明經(jīng)過破碎機強制力破碎的再生骨料處于高能不穩(wěn)定狀態(tài)，其顆粒表面粗糙且微裂紋較多，與普通骨料的對比研究表明，再生骨料制備的再生混凝土新拌漿體流動性降低、硬化后再生混凝土密度降低、吸水率增大、但后期強度提高較快。再生細骨料的表觀密度約為天然中砂的85%左右，堆積密度約為天然中砂的75%～90%左右，而且吸水率是天然砂的十幾倍。材料的組成和結構決定材料的性質(zhì)，再生骨料的這些性質(zhì)特點也是由其內(nèi)部微觀結構決定的，再生骨料在加工破碎過程中吸收較大能量，內(nèi)部和表面均有較多微裂紋，這導致其密度較低，吸水率較大。再生骨料顆粒表面的硬化水泥漿也為多孔結構，進一步提高再生骨料的吸水率。與普通混凝土相比，再生骨料表面的硬化水泥漿層會導致再生混凝土的界面結構更為復雜化，影響再生混凝土的新拌漿體和易性和硬化后的力學性質(zhì)與耐久性。

3 再生骨料強化方法分析

采用未經(jīng)處理的再生骨料制備的混凝土強度一般較低，為提高再生骨料質(zhì)量，學者提出通過物理、化學以及復合的手段對骨料進行改性強化處理研究，取得一定的研究成果。韓嵐嵐[2]采用化學改性方法，使用有機、無機、有機無機復合溶液對再生骨料浸泡處理風干后測試強化骨料的性能，實驗表明硅烷能夠較好的提高骨料的密度，PVA處理能夠較多降低骨料的吸水率。黃苗周[3]利用納米材料獨特的滲透作用和較高的活性特點，采用納米碳酸鈣和納米二氧化硅溶膠對再生骨料浸漬處理，研究納米溶膠強化再生骨料制備的再生混凝土的力學性能與微觀結構，研究表明納米碳酸鈣可以填充再生骨料的孔隙，從微觀結構上對再生骨料進行了改良，但新拌再生混凝土漿體的流動性會受到較大的影響，實驗過程中納米碳酸鈣和納米二氧化硅溶膠的沉降，導致浸漬溶膠不均質(zhì)現(xiàn)象，影響浸漬效果，還有待進一步研究解決。

4 研究現(xiàn)狀分析

發(fā)達國家的研究成果表明再生混凝土基本能滿足工程的一般要求，再生混凝土的應用范圍和應用效率也在不斷提高中。我國關于再生混凝土研究正在不斷深入中，但是還未形成較好的理論體系?；痉椒ㄊ菍⒔ㄖM行加工、破碎，制備再生粗骨料與細骨料部分替代混凝土中的粗、細骨料，制備再生混凝土，并對其新拌混漿體和易性、硬化后的密度、無側限抗壓強度、力變形曲線、微觀結構和界面結構等進行分析研究，并進行一定的數(shù)值模擬。再生骨料本身的性質(zhì)缺點導致其不適合作為高性能混凝土的骨料使用，其應用主要是作為混凝土墊層、基礎或制備再生混凝土實心或空心小型砌塊。

李健華等[4]利用發(fā)泡技術，將建筑物廢棄再生集料加入水泥基體中制備再生泡沫混凝土，分析水泥摻量、水灰比和再生骨料摻量對最終再生泡沫混凝土強度的影響，結果表明：再生骨料摻量的影響最大，其次是水泥摻量，水灰比的影響最小。設計出最佳配合比，制備出的再生氣泡混凝土性能滿足CJJ/T 177—2012氣泡混合輕質(zhì)土填筑工程技術規(guī)程要求。黃修林等[5]分別采用建筑垃圾復合微粉與粉煤灰粉加入混凝土中，研究建筑垃圾復合微粉對混凝土性能的影響，探討其工程適用性，得出建筑垃圾復合微粉添加到C30的混凝土中可以改善新拌漿體的和易性并提高長期強度。這為建筑垃圾的回收利用提供較好的方向指導。

馬永志等[6]研究再生粗骨料和再生細骨料的替代率對再生混凝土抗壓強度的影響，研究表明：再生粗骨料的替代率小于25%時，再生混凝土強度保持較好，當大于該比例時混凝土強度下降較快。再生細骨料的加入量少時，對再生混凝土的抗壓強度影響較大，加入量大時對再生混凝土的抗壓強度反而影響較小。王少偉等[7]根據(jù)水利工程項目部分構件部位對混凝沒有太高要求的現(xiàn)實情況，綜合眾多學者對再生混凝土骨料替代率的影響研究結果，提出將再生混凝土運用于要求較低的水利工程，該服役條件更切合再生混凝土本身的力學性質(zhì)，由于不要求對再生骨料進行二次處理，體現(xiàn)出較好的經(jīng)濟性，難點在于再生混凝土的耐久性有待進一步研究，得出結果以判斷再生混凝土在水利工程運用的適應性。張喜民等[8]基于對建筑垃圾回收利用的再生骨料組成、結構和性能的研究，依托高速公路工程建設中非承重部件再生混凝土工程規(guī)模應用，設計得到C25混凝土的施工配合比，表明摻量在30%以內(nèi)的再生混凝土在高速公路工程非承重部位上具有良好的工程適用性，值得進一步推廣應用。

總體而言，歐美等發(fā)達國家的建筑垃圾回收利用已經(jīng)達到較高的發(fā)展水平，形成較完整回收、處理與再生混凝土制備、利用體系。國內(nèi)采用建筑垃圾制備的再生混凝土也在公路工程和基礎墊層工程中得到較好的應用，但對比西方發(fā)達國家的產(chǎn)業(yè)鏈運用，就利用效率和應用范圍而言，再生混凝土在我國的發(fā)展還是有不小的差距。隨著環(huán)境保護要求的進一步提高，再生混凝土的研究與運用將會有更好的發(fā)展前景。

5 研究展望

建筑垃圾本土化高效處置和消納，對節(jié)能減排、節(jié)約土地、保護生態(tài)環(huán)境具有巨大作用。再生混凝土的研究初步取得一定的研究成果，理論體系的建立還需要國內(nèi)外學者在這方面的不斷努力，以下幾個方面可作為研究參考方向：

1)混凝土的整體強度由骨料自身強度與骨料、水泥漿的界面強度共同決定，再生混凝土內(nèi)部界面情況復雜，其對混凝土最終強度有很大影響，分析再生混凝土的微觀結構，研究再生混凝土微觀界面的物理和化學相容性，探討二者界面結合微觀機理，尋找提高界面結合強度的方法，有關再生混凝土的界面結構與性質(zhì)還有待進一步的深入研究。

2)混凝土越密實其強度越高，且混凝土的強度與其他性質(zhì)具有正相關性，混凝土密實度在組分一定的情況下，由水灰比和集料的級配決定，再生骨料表面吸水性較大，適當提高再生混凝土的水灰比，并研究再生骨料的顆粒形貌與結構、粒度級配對混凝土強度的影響，利用有限元等數(shù)值模擬形成理論體系十分重要。

3)再生骨料的吸水性較大導致新拌漿體的和易性受到影響，國內(nèi)外在骨料改性方向上做了許多研究，但存在工序復雜或成本過高的缺點，對再生骨料顆粒還應做進一步的研究，力求尋找到一種經(jīng)濟簡便而高效的方法，降低再生骨料裂紋多、吸水大對新拌漿體和易性的影響，提高再生混凝土的工程適用性。

4)由于建筑垃圾制備的再生骨料在性質(zhì)上與天然骨料存在巨大差異，這些差異的產(chǎn)生一部分是由于再生骨料本身混凝土拌制條件與工程服役條件導致的，另外一部分原因是由于回收處理工藝導致的二次結構損傷，第一種情況導致的差異無法減弱，而由于破碎工藝導致的再生骨料結構損傷則可以通過進一步對建筑垃圾的處理工藝進行研究，尋求解決辦法。