利用再生骨料制備透水混凝土研究進展

俞 璐 張春光 潘文杰

河南建筑材料研究設(shè)計院有限責任公司（450000）

0 前言

近年來，隨著人們環(huán)保意識的提高和我國生態(tài)型、環(huán)保型城市建設(shè)的快速發(fā)展，透水混凝土需求量不斷增加。透水混凝土作為環(huán)境負荷減少型混凝土，在我國城市建設(shè)中對雨水徑流控制起著較大的作用，因此被廣泛應用于公園、人行道、輕量級車道、停車場以及各種體育場所。目前，基于海綿城市建設(shè)需求，對透水混凝土的研究開發(fā)也越來越受到重視，其中研究應用最為廣泛的就是水泥基透水混凝土[1]。

透水混凝土的生產(chǎn)離不開大量砂石骨料的使用。長期以來，砂石骨料來源廣泛，價格低廉，被認為是取之不盡、用之不竭的原材料而被隨意開采，導致了山體滑坡、河床改道，嚴重破壞了自然環(huán)境。與此同時，隨著我國的城鎮(zhèn)化進程的進一步發(fā)展和城市的逐步更新，棚改、道路、橋梁等城市建設(shè)中原有建筑物的拆除和改造，產(chǎn)生了大量的建筑垃圾。大部分建筑垃圾未經(jīng)任何處理，被運往郊外或城市周邊進行簡單填埋或露天堆存，這不僅浪費了土地和資源，還污染了環(huán)境[2]。

水泥基透水混凝土是指內(nèi)部孔隙率大于10%，一般為15%～30%，多數(shù)孔徑大于1 mm，具有一定透水透氣性能的混凝土。透水混凝土由特殊級配的骨料、水泥、水和膠接劑按一定比例拌制而成的一種多孔材料，不含或者少含細骨料，由粗骨料表面包裹一薄層水泥漿體黏結(jié)而形成的空穴均勻分布的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，具有透氣性、透水性和重量輕的特點[3]。

由廢棄混凝土制備的骨料即再生骨料，生產(chǎn)和利用建筑垃圾再生骨料對于節(jié)約資源、保護環(huán)境和實現(xiàn)建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[4]。在建筑垃圾中，廢棄混凝土、廢棄砂漿塊和廢磚占比約為80%，將其合理回收并加以利用將會是未來的一個必由之路[5]。將建筑拆除后產(chǎn)生的建筑垃圾加工后用于制備透水混凝土，對建筑材料的回收利用、節(jié)能減排有著重要的意義[6]。因此，如何將建筑垃圾制備成骨料，實現(xiàn)再生粗骨料在透水混凝土中的應用，是重要的研究方向[7]。

1 國內(nèi)再生骨料制備透水混凝土的研究進展

再生骨料透水混凝土在我國的研究還處于初步階段，有待進行系統(tǒng)的研究。透水混凝土良好的透水性和強度是一大技術(shù)矛盾。

華南理工大學的黃健鵬等人通過調(diào)整水膠比以及骨料級配，研究了在不同變量條件下透水混凝土的性能。研究結(jié)果表明，水膠比和骨料級配是影響強度和透水系數(shù)的重要因素。他們提出了“造殼法”來制備透水混凝土，并制備出了能夠符合預定要求的透水混凝土。劉宇等提出用再生骨料配制凈水型生態(tài)混凝土,并參照相關(guān)試驗分析論證了該方法的可行性。國內(nèi)學者劉榮貴、劉軍、鄒志鵬、肖漢寧、何政卿等進行的有關(guān)再生磚骨料透水混凝土研究。池漪、杜婷、李秋義和楊青等研究了廢棄混凝土再生骨料的強化技術(shù)。張劍波和黃瑩等研究了利用廢棄混凝土再生骨料制備的再生骨料混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)特點和耐久性影響機理。姜新佩等研究了磚混結(jié)構(gòu)的建筑垃圾人工砂用于混凝土細骨料的可行性。研究結(jié)果表明，建筑垃圾人工砂用作低強度等級的混凝土細骨料是可行的，人工砂的取代率越高，混凝土的強度下降越大，所配制的混凝土強度越高，再生骨料混凝土的強度下降也越大。謝玲君研究了廢棄燒結(jié)磚瓦再生骨料的基本性質(zhì)、化學漿液強化再生骨料的效果和利用燒結(jié)磚瓦再生骨料所配制的再生骨料混凝土的力學性能。

我國同時也開始將再生骨料混凝土應用到實際工程中。2007年，北京建筑工程學院建筑材料試驗室建造了一棟建筑面積為1 100 m2的建筑垃圾再生骨料混凝土試驗樓。工程竣工后，對其進行了檢測和評估，工程質(zhì)量符合標準及設(shè)計要求。2009年7月，青島海逸景園6號工程的24層采用了強度等級為C40的再生骨料混凝土。工程結(jié)束后，經(jīng)評估工程質(zhì)量完符合要求。西安市一條Ⅰ級公路改擴建中，部分路段采用了再生骨料混凝土用于路面基層材料。工程完工后，使用效果良好。上海城建物資有限公司在“滬上·生態(tài)家”工程基礎(chǔ)部分應用了700多m3再生骨料混凝土。工程完工后，經(jīng)檢測工程質(zhì)量完全符合要求。深圳市華威環(huán)保建材有限公司在南方科技大學校區(qū)內(nèi)的部分路面采用了再生骨料混凝土，使用效果良好。

國內(nèi)目前對再生骨料制備透水混凝土所需的原材料、級配、配合比、成型方法、透水性能等均有所研究。結(jié)合上述原因，利用再生磚骨料制備透水混凝土并對其性能進行研究顯得尤為重要和迫切。

2 國外再生骨料制備透水混凝土的研究進展

很多發(fā)達國家建筑垃圾資源化率都已經(jīng)達到了相當高的水平。日本由于國土面積較小，天然資源相對較少，因此對再生骨料混凝土的研究和利用十分重視。從20世紀60年代末開始，日本就制定了相應的法律法規(guī)來促進建筑垃圾的轉(zhuǎn)化和利用。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，日本在再生骨料和再生骨料混凝土方面的技術(shù)處于領(lǐng)先地位，其再生骨料的加工設(shè)備也十分完善。日本的建筑廢棄物資源化率已經(jīng)超過了90%。日本的玉井元治等學者使用水泥作為膠凝材料，采用5～13 mm或者2.5～7 mm粒徑的石子制備透水混凝土進行了試驗研究。2016年，日本山口大學的Adel Gaddafi等學者在制備透水混凝土過程中加入了粉煤灰和輪胎碎片等。試驗結(jié)果表明，這種透水混凝土可以改善混凝土的透水性能，提高抗折度，不過其中的輪胎碎片很容易堵塞混凝土內(nèi)部的孔隙。

美國在再生骨料混凝土領(lǐng)域的研究起步較早，目前美國已有超過20個州將再生骨料混凝土用于公路建設(shè)，經(jīng)濟和環(huán)保效益十分明顯。德國同樣也是較早開展再生骨料混凝土研究和利用的國家，由于戰(zhàn)爭的破壞，德國出現(xiàn)了大量的廢棄建筑垃圾。戰(zhàn)爭結(jié)束后，德國在重建過程中開始了將廢棄混凝土破碎作為混凝土骨料的研究和利用，并成為了世界上最早循環(huán)經(jīng)濟立法的國家。

20世紀80年代，澳大利亞開始著手對利用再生骨料制備混凝土進行試驗研究。墨爾本城市每年大約有35萬t建筑垃圾被回收再利用。有研究認為，再生骨料中的片狀指數(shù)、軟弱物質(zhì)含量及再生骨料的抗壓強度等參數(shù)都會對回彈模量有著重要的影響。只要保證再生骨料能滿足有關(guān)的質(zhì)量檢測標準，再生骨料就完全可以作為骨料制備混凝土。

總體而言，一些發(fā)達國家經(jīng)過長期研究，在再生骨料制備或生產(chǎn)混凝土領(lǐng)域積累了大量的經(jīng)驗，已經(jīng)形成了完備的成套技術(shù)和方法，實現(xiàn)了再生骨料混凝土的高性能化。

3 結(jié)論與展望

在世界范圍內(nèi)，很多發(fā)達國家經(jīng)過長期的實踐，在建筑垃圾資源化利用方面積累了大量的經(jīng)驗，已經(jīng)形成了圍繞建筑垃圾資源化制備再生骨料的成套技術(shù)和設(shè)備，以及再生骨料混凝土的高性能化和應用技術(shù)。國內(nèi)目前對再生骨料制備透水混凝土所需的原材料、級配、配合比、成型方法、透水性能等也均有研究。但在應用領(lǐng)域尚有大量工作需要完成，成套技術(shù)和應用設(shè)備尚不成熟。

目前對建筑垃圾的綜合利用還處于初級階段，建筑垃圾資源化利用的數(shù)量同每年新增的建筑垃圾總量相比微不足道。因此，從企業(yè)的生存發(fā)展、環(huán)境保護、資源保護和建筑垃圾的綜合開發(fā)利用來看，建筑垃圾的資源化利用是大勢所趨，是符合我國持續(xù)發(fā)展、環(huán)境保護、節(jié)能利廢等產(chǎn)業(yè)政策的。隨著我國建筑垃圾資源化利用的不斷深化發(fā)展，再生骨料的制備及其應用技術(shù)會逐漸成熟完善，資源化利用率也將不斷提高。