建筑垃圾資源化再生混凝土研究現(xiàn)狀分析

于媛 白偉偉 袁登科 楊永強(qiáng) 李瑾 奚亞青

摘 要：該文簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)外建筑垃圾資源化利用與再生混凝土技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并從基本材料性能、構(gòu)件承載力性能及構(gòu)件抗裂變形性能3個(gè)方面，著重分析了我國(guó)針對(duì)再生混凝土及其結(jié)構(gòu)體系關(guān)鍵問(wèn)題的研究成果，明確了再生混凝土下一步的研究方向。

關(guān)鍵詞：建筑垃圾資源化 再生混凝土 關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：X799.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）01（b）-00-02

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，自然資源短缺與生態(tài)環(huán)境保護(hù)問(wèn)題日益突出。建筑業(yè)作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，近年來(lái)更是得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但粗放經(jīng)營(yíng)模式的背后是大量舊建筑拆除所帶來(lái)的數(shù)目驚人的建筑垃圾。據(jù)全國(guó)范圍統(tǒng)計(jì)，截至2014年我國(guó)總建筑廢棄物存量至少達(dá)23億t，其中廢棄混凝土至少達(dá)7.7億t，預(yù)計(jì)到2020年我國(guó)建筑垃圾總量將超過(guò)50億t，這其中廢棄混凝土將達(dá)到17億t。

將建筑垃圾中廢棄混凝土塊經(jīng)過(guò)破碎、篩選、清洗與分級(jí)后，按一定比例與級(jí)配混合形成再生骨料，部分或全部替代天然砂石骨料而生產(chǎn)得到再生混凝土，通過(guò)合理設(shè)計(jì)將其應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中成為再生混凝土結(jié)構(gòu)。再生混凝土與再生混凝土結(jié)構(gòu)的適時(shí)提出一方面利用了數(shù)目驚人的建筑垃圾，另一方面解決了天然骨料資源短缺的問(wèn)題。

1 國(guó)內(nèi)外關(guān)于建筑垃圾及再生混凝土技術(shù)的研究現(xiàn)狀

目前世界各國(guó)都在積極地開(kāi)展建筑垃圾資源化利用與再生混凝土技術(shù)的探索和研究。其中美國(guó)、日本和歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)對(duì)再生建筑材料循環(huán)利用的研究開(kāi)始較早，但再生混凝土技術(shù)主要應(yīng)用在一些非承重的次要結(jié)構(gòu)中[1]，同時(shí)由于國(guó)內(nèi)外在建材標(biāo)準(zhǔn)方面的差異使得國(guó)外部分研究成果不適用于我國(guó)實(shí)際情況。至21世紀(jì)初期，隨著國(guó)家對(duì)建筑垃圾資源化以及新型建筑材料可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重視，我國(guó)學(xué)者逐漸開(kāi)展了再生混凝土及其結(jié)構(gòu)體系理論的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題的研究。

近年來(lái)西安建筑科技大學(xué)白國(guó)良科研團(tuán)隊(duì)對(duì)再生混凝土及其結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用做了大量工作，系統(tǒng)完成了再生骨料、再生混凝土、再生混凝土結(jié)構(gòu)承載力、抗震等性能的研究工作，并與同濟(jì)大學(xué)分別在四川省都江堰地震災(zāi)區(qū)建成再生混凝土抗震示范房1棟。同濟(jì)大學(xué)肖建莊教授最早開(kāi)展了關(guān)于再生混凝土材料性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法方面的研究工作，北京工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、大連理工大學(xué)、浙江大學(xué)、廣西大學(xué)、鄭州大學(xué)等高校及科研院所對(duì)再生混凝土材料相關(guān)領(lǐng)域開(kāi)展了卓有成效的研究活動(dòng)。

2 我國(guó)再生混凝土及其結(jié)構(gòu)體系關(guān)鍵問(wèn)題研究成果

2.1 再生混凝土基本性能的研究

再生粗骨料表層存在無(wú)法剝離的凝固水泥膠凝體，而表層膠凝體上的微細(xì)裂縫導(dǎo)致再生骨料較天然骨料具有表觀密度小、吸水率大的特點(diǎn)[2]，因此再生混凝土與普通混凝土在材料性能方面存在一定差異。西安建筑科技大學(xué)白國(guó)良、劉豐等研究了C20、C30、C40、C50這4個(gè)系列的再生混凝土，對(duì)構(gòu)件中材料配比進(jìn)行了最早的研究，得出采用再生骨料預(yù)吸水法效果最佳的結(jié)論。這種方法與大連理工大學(xué)史巍等基于自由水灰比之上的配比研究方法是一致的，均針對(duì)再生骨料吸水率較大的特點(diǎn)。即將再生混凝土拌和用水量分為兩部分：一部分為骨料所吸附的水分，稱為吸附水；另一部分為拌和水用量。吸附水的用量根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定，拌和水用量按普通混凝土配比研究方法確定，而在試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，這兩部分水是同時(shí)加入的。

2.2 再生混凝土構(gòu)件承載性能的研究

以再生混凝土基本性能的研究為基礎(chǔ)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)不同取代率（再生粗骨料占粗骨料總量比例）再生混凝土構(gòu)件承載力性能進(jìn)行了一系列試驗(yàn)研究。西安建筑科技大學(xué)劉超、白國(guó)良等以及同濟(jì)大學(xué)肖建莊等對(duì)再生混凝土梁抗彎性能的研究較早，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)取代率為50%的再生混凝土梁與取代率為100%的天然骨料混凝土梁進(jìn)行了承載力性能的對(duì)比[3]。研究表明，兩根再生混凝土梁與天然骨料混凝土梁的破壞機(jī)理相同，對(duì)于再生混凝土梁平截面假定對(duì)受彎的結(jié)果仍然適用，在極限承載力方面，再生混凝土梁均小于天然骨料混凝土梁。浙江大學(xué)白文輝分兩組6根梁，3種受拉縱筋的配筋率和3種再生骨料的替代率，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比分析再生混凝土梁的正截面抗彎性能。結(jié)果表明，采用現(xiàn)行混凝土設(shè)計(jì)計(jì)算公式不滿足再生混凝土梁正截面承載力計(jì)算，需對(duì)現(xiàn)行計(jì)算公式進(jìn)行修正。

2.3 再生混凝土構(gòu)件抗裂、變形性能的研究

西安建筑科技大學(xué)劉超、白國(guó)良等，同濟(jì)大學(xué)肖建莊等對(duì)不同取代率再生混凝土梁進(jìn)行了短期抗彎試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在開(kāi)裂彎矩方面，相同條件下再生混凝土梁要小于普通混凝土梁，而相同條件下普通混凝土梁裂縫寬度比再生混凝土小。廣西大學(xué)林俊等進(jìn)行了27塊非標(biāo)準(zhǔn)棱柱體試塊抗壓試驗(yàn)和6根再生混凝土梁短期抗彎試驗(yàn)[4]。試驗(yàn)結(jié)果表明，再生混凝土開(kāi)裂彎矩會(huì)隨著再生粗骨料取代率的增加而逐漸減小，現(xiàn)行混凝土規(guī)范公式不適合再生混凝土梁裂縫寬度計(jì)算。楊曦等研究了3根普通混凝土梁和27根再生混凝土梁的短期抗彎試驗(yàn)過(guò)程。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)得出結(jié)論：在抗裂性能方面，再生混凝土梁比普通混凝土梁差，而且抗裂計(jì)算不能沿用普通混凝土梁開(kāi)裂彎矩計(jì)算公式；相同條件下，再生混凝土梁裂縫間距比普通混凝土梁小。

鄭州大學(xué)李平先等通過(guò)不同取代率，不同配筋率的再生混凝土梁試驗(yàn)研究，得出結(jié)論：在梁撓度方面，相同荷載作用下再生混凝土梁比普通混凝土梁大10%左右。哈爾濱工業(yè)大學(xué)胡瓊等對(duì)不同取代率的15根再生混凝土梁在相同條件下進(jìn)行了短期抗彎試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：再生骨料混凝土梁與普通混凝土梁相比撓度大、剛度小。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)建筑垃圾資源化利用與再生混凝土技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，從上述研究成果不難看出在配合比以及強(qiáng)度方面，再生混凝土相比普通混凝土有較大不同，這主要是由于再生粗骨料表面包裹著無(wú)法剝離的水泥膠凝體；而再生粗骨料表面的老砂漿層在再生混凝土中與新砂漿形成新老砂漿界面過(guò)渡區(qū)，使得再生混凝土結(jié)構(gòu)性能發(fā)生了變化，特別是對(duì)再生混凝土構(gòu)件在長(zhǎng)期荷載作用下正常使用極限狀態(tài)的性能存在著很大的影響，這些變化成為影響再生混凝土工程推廣的重要因素。

通過(guò)目前國(guó)內(nèi)外研究的發(fā)展趨勢(shì)不難看出，再生混凝土與型鋼形成的再生混凝土組合結(jié)構(gòu)、再生粗骨料界面改性技術(shù)、再生粗骨料高品質(zhì)提升技術(shù)將成為下一步研究熱點(diǎn)方向。特別是在長(zhǎng)期荷載與環(huán)境因素耦合作用下再生混凝土的抗裂技術(shù)等研究成為工程技術(shù)推廣過(guò)程中的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1] 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.

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