混凝土廢料的循環(huán)利用探索國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

張鑫 王燕芬 李豹 劉浩

摘要：隨著我國科技、經(jīng)濟等各方面的高速發(fā)展，混凝土作為人類發(fā)展過程中使用量最多的一種人工建筑材料，其在制備和利用過程中，由于社會資源被過度使用、能源消耗量大以及對環(huán)境的污染和生態(tài)破壞，與地球資源的有限性和生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展性之間的沖突日益尖銳。除此之外，發(fā)展過程中廢棄建筑物解體產(chǎn)生大量的建筑垃圾，其中又以無法降解且危害環(huán)境、占用社會資源的混凝土為最。在這樣的背景下，迫切需要研究和制備具有較好的可持續(xù)發(fā)展性的、可應(yīng)用于不同建筑或構(gòu)筑的新型混凝土骨料，以有效緩解和減少一般混凝土現(xiàn)存的弊端。本文通過對混凝土拌和站廢漿、廢水、粗細(xì)骨料等二次利用，證明在一定摻量下廢漿可以代替混凝土中的水泥或混凝土拌和用水，對非耐久性混凝土工作性能和力學(xué)性能無明顯影響。通過進一步細(xì)化廢漿的循環(huán)利用系統(tǒng)，提高廢漿的利用率，可逐步實現(xiàn)混凝土拌和站廢漿的零排放，同時遵循綠色、環(huán)保、可持續(xù)性發(fā)展觀。

關(guān)鍵詞：混凝土廢漿;循環(huán)利用;粗細(xì)骨料;可持續(xù)發(fā)展

引言

我在新時代的發(fā)展下，人類對建筑物各方面有更高的要求，同時由于新舊建筑物的交替，有許多建筑物因?qū)е掳踩[患需要拆除改造，造成大量混凝土的廢棄。目前絕大部分建筑垃圾并沒有得到有效的處理，常見的處理方式只是露天堆放以及填埋，這對土壤和水質(zhì)都造成了難以修復(fù)的污染，加劇生態(tài)環(huán)境失衡。當(dāng)下正是我國大量興建基礎(chǔ)設(shè)施、以新代舊以及棚戶區(qū)改造時期，混凝土廢料的處理方式急需改變，同時混凝土的骨料也需要重新審視并進行改造，以節(jié)約國有資源、貼合可持續(xù)發(fā)展觀。

1 背景

自1980年以來，我國老舊城市建設(shè)不斷完善，新起城市建設(shè)不斷加快，在帶來土木工程快速發(fā)展的同時，導(dǎo)致廢物建材快速的增加，給社會帶來了一些難以避免的問題。我國對再生混凝土的研究目前尚處于初始階段。棚戶區(qū)改造時期，混凝土廢料的處理方法通常是未經(jīng)過任何處理就被運到城市周邊，采用露天的方式堆放或者是填埋。這些處理方式不僅會污染環(huán)境，不利于社會經(jīng)濟的發(fā)展，浪費大量資源，還耗材耗錢，但有一些研究機構(gòu)和學(xué)者已經(jīng)對再生骨料混凝土的物理化學(xué)性質(zhì)做了初步理論研究。

目前我國仍缺少相應(yīng)的再生混凝土使用規(guī)程和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，因此如何提高我國再生資源利用率、再生利用規(guī)?；?，系統(tǒng)的試驗研究及可靠的數(shù)據(jù)分析仍然是重要的技術(shù)手段。

2 混凝土被廢棄的原因

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，在90年代以來貴州六盤水地區(qū)的農(nóng)村開始大量改造自家房，農(nóng)民對養(yǎng)護混凝土、施工技術(shù)、強度要求，選址問題等原因，造成的技術(shù)強度達不到、伴有的混凝土出現(xiàn)雜物、水灰比的出錯、施工中出現(xiàn)的問題不及時改正。導(dǎo)致房屋未達到使用年限開始出現(xiàn)裂縫，倒塌等一系列問題。我們還發(fā)現(xiàn)，2010年至今，有大量開發(fā)商來開發(fā)六盤水地區(qū)，對當(dāng)?shù)氐呐飸魠^(qū)拆除改造，對以前的中心地段進行一個徹底的改變，這也是造成當(dāng)今混凝土廢料的主要部分，同時也存在，開發(fā)商、當(dāng)?shù)厝藗冞`建，政府要求拆除。

隨著我國城鎮(zhèn)化的發(fā)展，工業(yè)化速度發(fā)展較快，我國的混凝土廢料逐漸增多，比如說建筑物構(gòu)筑物的不達標(biāo)而拆除，以及道路破壞而產(chǎn)生的種種問題。因此，混凝土廢料的循環(huán)再生利用已經(jīng)成為國家的重點關(guān)注問題，針對這些問題我們可以把混凝土廢料經(jīng)過破碎選出強度較高的用作回填材料以及道路基礎(chǔ)的墊層、生產(chǎn)粗細(xì)骨料、公路路面基層等。

3 混凝土廢料骨料分析

3.1 目前再生骨料研究

曾洋等將利用混凝土廢料進行破碎分離出粗骨料，通過改變循環(huán)利用粗骨料的含量來研究再生混凝土抗壓性能影響，他試驗設(shè)計了6種不同類型、強度等級不同的C30和C40的再生混凝土進行立方體抗壓試驗，通過最小二乘法進行對實驗數(shù)據(jù)處理并分析得到了不同替代率與相應(yīng)抗壓強度的函數(shù)關(guān)系，實驗結(jié)果分析當(dāng)替代率在30%～40%區(qū)間時抗壓強度達到最高水平;并利用MATLAB軟件基礎(chǔ)上進行函數(shù)模型擬合得到的函數(shù)式來預(yù)測差異性的替代率下再生混凝土廢料的抗壓強度。除此之外，趙海霞等通過測試再生粗骨料的特征性能，分析再生骨料混凝土特征的影響因素，系統(tǒng)性研究并分析了抗壓強度、彈性模量、干縮變形以及工作性等指標(biāo)，最后，該實驗對再生骨料混凝土的特征、變形性能、耐久性等特征進行了歸納總結(jié)。陳新杰等將 C30的混凝土廢料破碎篩分后獲得了再生粗骨料，并利用該粗骨料全部替代水泥穩(wěn)定碎石中的粗集料，通過研究發(fā)現(xiàn)利用再生粗骨料制備的混凝土隨著水膠比的增加，抗壓強度與抗折強度均降低。

楊醫(yī)博等針對混凝土廢料制備全再生細(xì)骨料中試研究需求，進行中試設(shè)備選型、中試生產(chǎn)線的設(shè)計以及工藝優(yōu)選研究。優(yōu)選出PE-250×400顎式破碎機進行一次粗破碎，振動給料機、圓振動篩、PCX-8040高效細(xì)碎機循環(huán)制砂的中試設(shè)備和工藝，并制備出性能滿足GB/T 25176—2010《混凝土和砂漿用再生細(xì)骨料》要求的全再生細(xì)骨料。全再生細(xì)骨料優(yōu)良的顆粒級配、較高的表觀密度、較低的壓碎指標(biāo)和吸水率，使得其能夠全取代河砂用于制備混凝土。戴鵬以預(yù)拌混凝土企業(yè)試驗后的混凝土廢料試塊為原材料，制備再生細(xì)骨料，研究了預(yù)濕含水率、取代率、復(fù)配減水劑對C30再生細(xì)骨料混凝土工作性和強度的影響。結(jié)果表明：混凝土廢料試塊再生細(xì)骨料預(yù)濕含水率應(yīng)接近其飽和面干含水率;再生細(xì)骨料各取代率下混凝土實際用水量為飽和面干用水量時，與未摻再生細(xì)骨料的混凝土強度接近，取代率為70%時強度最高;再生細(xì)骨料取代率較高時使用的外加劑應(yīng)提高減水和引氣組分。劉斌以分類再生細(xì)骨料、再生微粉為原料，分別取代天然砂及作為摻合料配制再生砂漿，并通過振動攪拌工藝及微觀形貌分析，探討分類再生細(xì)骨料、再生微粉及振動攪拌對再生砂漿基本性能的影響。

3.2 再生骨料條件要求

雜質(zhì)會嚴(yán)重影響再生骨料的質(zhì)量穩(wěn)定性。用此生產(chǎn)的再生骨料用作混凝土制品原料，會導(dǎo)致混凝土制品質(zhì)量不穩(wěn)定，給工程質(zhì)量造成隱患，堆放高度適宜，上方加裝水噴淋裝置

3.3 再生骨料分析

對于混凝土廢料骨料分析本團隊有以下見解，混凝土的組成：它是由砂，石，和水組成，而砂和石是在混凝土中作為骨架，也叫骨料，通過養(yǎng)護后得到堅硬的混凝土，我們研究的對象是因為某些原因廢棄后的混凝土將其利用。上述已經(jīng)提到廢棄的原因，我們將這些混凝土將其打碎篩出強度較低骨料將較硬的骨料再組成新的混凝土。對于混凝土再生骨料，近年來相關(guān)部門、單位也出臺一系列技術(shù)和財政支持的政策、標(biāo)準(zhǔn)?！痘炷劣迷偕止橇稀稧B/T25177-2010、《再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 240 -2011等標(biāo)準(zhǔn)。目前對于再生骨料的性能方面研究較少，因此研究再生骨料成為了當(dāng)今國家環(huán)保一大重點，這不僅僅解決了當(dāng)今最為泛濫的到處亂堆混凝土，還解決了因混凝土堆放環(huán)保問題，同時響應(yīng)了習(xí)近平主席所說的金山銀山就是綠水青山。

4 現(xiàn)狀問題分析

本次研究過程中，我們利用調(diào)查問卷，著重調(diào)研了貴州六盤水市區(qū)各個工地上混凝土廢料的廢棄原因和處理方法。本次調(diào)查，我們共走訪四個工地，取得共六種混凝土廢料試樣運回實驗室待用。根據(jù)問卷整理分析，70%的混凝土廢料來源于拌制過多，剩下的即為施工過程中掉落在地上的混凝土和部分構(gòu)件破損解體碎塊，而這些混凝土廢料的處理方法幾乎都是一樣的：放置不作處理，在工程后期作回填用料。

（1）再生混凝土價格偏高

目前垃圾處理中廢棄的混凝土回收方法一般需要經(jīng)過拆卸、運輸、破碎、篩分、沖洗、運輸、送到混凝土攪拌廠等流程，這一系列過程都需要額外的費用支撐，采取就地破碎或者篩洗方式的措施相當(dāng)于大多數(shù)城市普遍建設(shè)的工程來說并非太實際，同時在同一城市無法完整地完成以上流程，且存在復(fù)雜、繁瑣等問題且無法解決。因此混凝土廢料變成再生骨料，能夠降低價格，也方便快捷。

（2）再生混凝土沒有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

再生混凝土材料作為剛剛進入市場的一種新型材料，其正在推廣的第二道難關(guān)便是相應(yīng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)目前仍未得到明確規(guī)定。對混凝土廢料進行循環(huán)再生利用無疑將成為可持續(xù)發(fā)展的重點方向，但是由于它本身的優(yōu)勢和特性，與原來的建材有所差異，這種差異主要表現(xiàn)為在結(jié)構(gòu)、強度、力學(xué)等方面的指標(biāo)都會出現(xiàn)不同程度的下降，無法保證再生混凝土的剛度、強度、穩(wěn)定性等符合國家建筑要求。因此對再生混凝土的適應(yīng)范圍也將得到了區(qū)別及其限定，如果沒有了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，就使得我們無法保證在大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用過程中時，其質(zhì)量可以繼續(xù)地保持穩(wěn)定，從而造成了再生混凝土難以被大多數(shù)建設(shè)工程承包商認(rèn)可。目前國內(nèi)這些領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)仍然幾乎都是一片空白，這就必須要求各級政府職能部門盡可能地為了再生建材進行研發(fā)和推廣，并且建立一套相應(yīng)規(guī)范化的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

（3）管理體系不健全

由于目前我國對于廢棄鋼筋混凝土的監(jiān)督管理仍然是剛剛起步的階段，因此監(jiān)督管理制度方面存在著空白與缺口很多，現(xiàn)有的管理制度中也仍然存在著一些失誤與不合理的方面。從工業(yè)廢棄鋼筋混凝土對于環(huán)境的影響而言，其產(chǎn)生、運送、處置等整個過程，都是應(yīng)該納入到安全監(jiān)督的范疇。同時從資源與環(huán)境管理的視角出發(fā)，還要做到包括如何對廢棄鋼筋混凝土進行循環(huán)利用、資源的回收進行相關(guān)技術(shù)。

（4）科研投入嚴(yán)重不足

關(guān)于廢棄鋼筋混凝土如何實現(xiàn)資源化和循環(huán)利用的探討，是實現(xiàn)環(huán)境保護和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。但是目前由于我國這一領(lǐng)域在技術(shù)上的科研和投入比較西歐、美國等產(chǎn)業(yè)發(fā)達國家還相距甚遠，而且我國自身的技術(shù)和設(shè)備短缺也遠遠地超過了這些發(fā)達國家，這不能說服任何人為之感到擔(dān)憂。

（5）缺少關(guān)于廢棄建筑物循環(huán)利用的專項制度和政策

涉及到混凝土廢料再生利用雖然有很多，但是并未明顯規(guī)定混凝土廢料如何處理，怎么處理才有效。目前，我國對混凝土廢料再生利用還處于上升階段，以可持續(xù)綠色發(fā)展為牽引。并且，相關(guān)部門對混凝土廢料丟棄存在意識問題以及再生利用體系還未完善，監(jiān)管體系不夠齊全。除此之外，對混凝土廢料實行循環(huán)利用缺少了相關(guān)配套制度，目前還處于填埋或者堆放的狀態(tài)，企業(yè)雖然回收混凝土廢料，但是措施還是有所欠缺。責(zé)任方也缺少可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略意識，且管理制度和獎懲制度還存在問題，獎勵少于懲罰，難以調(diào)動企業(yè)以及相關(guān)部門的積極性，如美國對混凝土廢料再生利用采用稅收優(yōu)惠制度，并且有獎勵支持。所以。制度和政策完善加快并促進混凝土廢料循環(huán)利用的步伐。

5 結(jié)語

隨著城鄉(xiāng)規(guī)劃不斷深入發(fā)展，鄉(xiāng)村振興不斷深入推進建設(shè)，對于如何使混凝土廢料循環(huán)利用的問題也變得緊張起來。如果將廢棄的混凝土加以重新利用，不僅省去巨額的原料開采費用，也完美的解決了建筑垃圾對環(huán)境的負(fù)面影響，既符合可持續(xù)發(fā)展的要求，又滿足環(huán)境保護的要求。

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作者簡介

張鑫（1998.06-）男，漢族，河南省信陽市，在讀本科，主要從事土木工程專業(yè)方面學(xué)習(xí)研究。

六盤水師范學(xué)院大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃項目（項目編號：LPSSYDXS2083）。