可持續(xù)建筑中再生混凝土應(yīng)用研究

霍建梅

（山西旅游職業(yè)學(xué)院，山西 太原 030031）

在全球可持續(xù)發(fā)展的背景下，建筑行業(yè)正逐步向更環(huán)保、可持續(xù)的方向轉(zhuǎn)變。再生混凝土是一種重要的建筑材料，因其對(duì)資源的有效利用和環(huán)境保護(hù)的特點(diǎn)而被越來越多關(guān)注。隨著科技的進(jìn)步和實(shí)踐的不斷推進(jìn)，再生混凝土在可持續(xù)建筑中的應(yīng)用逐漸擴(kuò)大，為建筑產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性貢獻(xiàn)了新的可能性。本文的目的在于深入研究再生混凝土在可持續(xù)建筑中的應(yīng)用，探討其在不同領(lǐng)域的潛力和效益，從而為相關(guān)領(lǐng)域的研究者和從業(yè)者提供實(shí)用的指導(dǎo)和借鑒，促進(jìn)再生混凝土在可持續(xù)建筑中的廣泛應(yīng)用，為未來城市的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

1 再生混凝土的定義與意義

1.1 定義

再生混凝土是指通過對(duì)廢棄混凝土進(jìn)行處理和加工，將其中的再生骨料重新應(yīng)用于混凝土制備的一種建筑材料。再生骨料通常由廢棄混凝土經(jīng)過碎石化、篩分、洗凈等工藝得到，然后與水泥、砂、骨料等原材料按照一定比例混合制備而成。再生混凝土是在資源有限和環(huán)保意識(shí)提升的背景下為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)建筑發(fā)展而產(chǎn)生的一項(xiàng)重要?jiǎng)?chuàng)新。

1.2 意義

再生混凝土的引入與應(yīng)用在可持續(xù)建筑領(lǐng)域具有深遠(yuǎn)意義。首先，再生混凝土有助于減少天然資源的消耗。通過有效回收和再利用廢棄混凝土可以減少對(duì)天然骨料的需求，降低了采礦和開采活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響，從而促進(jìn)了資源的合理利用。其次，再生混凝土有助于減少碳排放。水泥生產(chǎn)是一個(gè)碳排放較大的工業(yè)過程，而再生混凝土的制備過程中需要的水泥量較少。通過減少水泥的使用，可以減少碳排放，為應(yīng)對(duì)氣候變化和環(huán)境保護(hù)作出貢獻(xiàn)。最后，再生混凝土的應(yīng)用還有助于減少廢棄物的產(chǎn)生。廢棄混凝土通常被視為固體廢棄物，其大量堆積會(huì)給環(huán)境造成不利影響。通過將廢棄混凝土轉(zhuǎn)化為再生骨料并應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，有效減少了廢棄物的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了資源的閉環(huán)利用。

2 再生混凝土的性能特點(diǎn)

再生混凝土作為可持續(xù)建筑領(lǐng)域的重要材料，其性能特點(diǎn)對(duì)于可持續(xù)建筑的實(shí)現(xiàn)和發(fā)展具有重要意義。以下將從力學(xué)性能、耐久性能、環(huán)境效益等方面深入探討再生混凝土的性能特點(diǎn)。

2.1 力學(xué)性能

近年來，關(guān)于再生混凝土的力學(xué)性能研究不斷深化。研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)控制再生骨料的使用比例和粒徑分布，可以明顯改善再生混凝土的力學(xué)性能。與傳統(tǒng)混凝土相比，再生混凝土在一定范圍內(nèi)的骨料摻量下仍能達(dá)到滿足設(shè)計(jì)要求的抗壓、抗彎等力學(xué)性能。此外，通過優(yōu)化再生骨料的加工工藝進(jìn)一步減少了骨料表面的粉狀物質(zhì)，提高了混凝土的強(qiáng)度和耐久性。

2.2 耐久性能

再生混凝土在耐久性能方面表現(xiàn)出良好的潛力。研究表明，再生骨料中的一些物質(zhì)，如含氧化鐵的顆粒，能夠有效抵御氯離子侵蝕，從而提高混凝土的抗氯離子滲透性。此外，通過優(yōu)化配料比例，再生混凝土還能降低堿-骨料反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)混凝土的耐久性。這些特點(diǎn)使再生混凝土在海洋工程、交通設(shè)施等長期受侵蝕的環(huán)境中表現(xiàn)出優(yōu)勢。

2.3 環(huán)境效益

再生混凝土的使用明顯降低了水泥消耗，從而減少了碳排放。研究發(fā)現(xiàn)，再生混凝土的碳足跡較傳統(tǒng)混凝土降低了約30%，對(duì)于可持續(xù)建筑的碳減排目標(biāo)具有積極影響。此外，再生混凝土制備過程中采用了廢棄混凝土資源，有效減少了固體廢棄物的產(chǎn)生。這種環(huán)境效益在實(shí)際應(yīng)用中有助于推動(dòng)綠色建筑的發(fā)展。

2.4 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

再生混凝土的推廣應(yīng)用不僅有助于實(shí)現(xiàn)環(huán)保目標(biāo)，而且?guī)砹艘幌盗猩鐣?huì)經(jīng)濟(jì)效益。通過廢棄混凝土的有效利用不僅節(jié)約了原材料成本，而且降低了廢棄物處理費(fèi)用。此外，再生混凝土在施工過程中的應(yīng)用減少了施工噪聲和粉塵污染、改善了施工環(huán)境、提高了施工效率，進(jìn)一步推動(dòng)了建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3 再生混凝土的制備技術(shù)

再生混凝土的制備技術(shù)是可持續(xù)建筑中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它涉及廢棄混凝土資源的有效回收和再利用，以降低環(huán)境負(fù)荷并減少原材料消耗。在最近的研究中，針對(duì)再生混凝土的制備技術(shù)進(jìn)行了深入探索，以下將從廢棄混凝土處理、再生骨料加工、配料比例優(yōu)化等方面進(jìn)行綜述。

3.1 廢棄混凝土處理

廢棄混凝土的處理在再生混凝土制備過程中具有重要作用，直接影響著最終再生混凝土的質(zhì)量和性能。近年來，學(xué)術(shù)界提出了多種廢棄混凝土處理方法，包括機(jī)械破碎、濕法分選、化學(xué)處理等，以實(shí)現(xiàn)有效的廢棄混凝土回收和再利用。其中，機(jī)械破碎技術(shù)被廣泛采用，其通過碎石化過程將廢棄混凝土加工成再生骨料。機(jī)械破碎作為廢棄混凝土處理的常用手段已在多項(xiàng)研究中得到廣泛驗(yàn)證。研究者湯積仁、姚奇、章文峰等在其研究中探討了機(jī)械破碎對(duì)廢棄混凝土的影響，提出了一種高效的碎石化工藝，即逐級(jí)遞進(jìn)射流沖擊破碎廢棄混凝土分離骨料方法，可以有效地將廢棄混凝土加工成再生骨料。

3.2 再生骨料加工

再生骨料是廢棄混凝土處理后的主要產(chǎn)物，其質(zhì)量對(duì)再生混凝土的性能有重要影響。研究人員通過對(duì)再生骨料的篩分、洗凈、粒徑調(diào)控等工藝實(shí)現(xiàn)了對(duì)再生骨料質(zhì)量的提升。此外，通過優(yōu)化再生骨料的加工工藝還可以減少其中的粉狀物質(zhì)含量，進(jìn)一步提高再生混凝土的力學(xué)性能。

3.3 配料比例優(yōu)化

再生混凝土的配料比例是影響其性能的關(guān)鍵因素之一。近年來，研究人員通過試驗(yàn)、模擬等手段系統(tǒng)地研究了不同再生骨料摻量對(duì)混凝土性能的影響。研究結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)，適量的再生骨料摻入可以改善混凝土的力學(xué)性能和耐久性能。陶新明（2021）研究發(fā)現(xiàn)，硅灰替代率為7.5%時(shí)，再生骨料植生混凝土的力學(xué)性能得到明顯改善。硅灰的引入有效填充了混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了材料的致密性和抗壓強(qiáng)度。同時(shí)，添加0.8%長度為15mm 的聚丙烯纖維進(jìn)一步增強(qiáng)了混凝土的韌性和抗裂性能，提高了其在承載荷載下的表現(xiàn)。另外，苯丙乳液的最佳摻量為6.0%時(shí)，對(duì)再生骨料植生混凝土的力學(xué)性能也產(chǎn)生了積極影響。苯丙乳液的添加提升了混凝土的粘結(jié)性和抗?jié)B性，進(jìn)一步增強(qiáng)了材料的耐久性。然而，過高的再生骨料摻量可能會(huì)影響混凝土的工作性能，因此，在實(shí)際應(yīng)用中需要進(jìn)行合理的配料比例設(shè)計(jì)。

3.4 制備工藝創(chuàng)新

為了進(jìn)一步提高再生混凝土性能，研究人員不斷探索創(chuàng)新制備工藝。例如，一些研究將再生混凝土與其他輕質(zhì)骨料進(jìn)行復(fù)合，以降低材料的密度、改善隔熱性能。此外，利用特殊的膠凝材料或化學(xué)添加劑可以在一定程度上彌補(bǔ)再生骨料與水泥膠漿之間的界面缺陷，提高混凝土的綜合性能。趙穎、陳博洋、楊振等研究發(fā)現(xiàn)再生骨料微粉的最優(yōu)摻量為12%，配合使用復(fù)配專用外加劑后，提高了水泥膠砂的力學(xué)性能。

4 可持續(xù)建筑中再生混凝土的應(yīng)用

再生混凝土是一種環(huán)保型建筑材料，在可持續(xù)建筑中的應(yīng)用已取得了顯著進(jìn)展。以下將從建筑結(jié)構(gòu)、道路和基礎(chǔ)設(shè)施、景觀設(shè)計(jì)等方面系統(tǒng)地探討再生混凝土的應(yīng)用實(shí)踐及其在可持續(xù)建筑中的潛在貢獻(xiàn)。

4.1 建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)用

近年來，再生混凝土在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用不斷擴(kuò)展。在高層建筑、住宅、商業(yè)項(xiàng)目等多個(gè)領(lǐng)域，再生混凝土廣泛用于制作梁、柱、樓板等關(guān)鍵構(gòu)件。但更多的是應(yīng)用在道路方面，在結(jié)構(gòu)方面的研究也僅限于結(jié)構(gòu)的某個(gè)構(gòu)件的研究，不敢對(duì)整體結(jié)構(gòu)綜合使用再生混凝土。通過科學(xué)的配料設(shè)計(jì)和精細(xì)的制備工藝，再生混凝土不僅滿足了建筑結(jié)構(gòu)所需的強(qiáng)度和耐久性要求，更為建筑賦予了獨(dú)特的環(huán)保特質(zhì)。這種應(yīng)用趨勢得到了諸多研究的支持。研究人員指出，通過優(yōu)化再生骨料的摻量和粒徑分布，再生混凝土在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中可以達(dá)到與傳統(tǒng)混凝土相媲美的性能。同時(shí)，再生混凝土在高層建筑項(xiàng)目中的使用不僅減少了天然資源的開采，而且減少了碳排放，為建筑可持續(xù)性發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。

4.2 道路和基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用

再生混凝土在道路、橋梁、隧道等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中也得到了廣泛應(yīng)用。研究表明，再生混凝土道路在抗壓、耐久性等方面表現(xiàn)出了良好性能，能夠滿足交通運(yùn)輸?shù)囊蟆４送?，再生混凝土可以用于隔聲墻、污水處理設(shè)施等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，為城市基礎(chǔ)設(shè)施的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。具體的應(yīng)用已體現(xiàn)在：在同濟(jì)大學(xué)校園內(nèi)，一條剛性路面成功建成，這條路面完全采用了再生混凝土技術(shù)。在湖南長沙機(jī)場項(xiàng)目中，機(jī)場跑道和道路路面均采用了再生混凝土技術(shù)，這不僅減少了碳排放，而且為機(jī)場的可持續(xù)發(fā)展作出了實(shí)際貢獻(xiàn)。高速公路領(lǐng)域也有許多成功案例。在襄陽市對(duì)一段16.8km 的高速道路進(jìn)行改造時(shí)，使用再生混凝土作為面板基層的路面達(dá)到了總長度的84.5%。此外，合寧高速公路項(xiàng)目也成功采用了再生混凝土技術(shù)，為高速公路的建設(shè)提供了環(huán)保和可持續(xù)的解決方案。

4.3 景觀設(shè)計(jì)與綠化應(yīng)用

再生混凝土在景觀設(shè)計(jì)中的應(yīng)用也越來越受到重視。通過創(chuàng)新的制備工藝和設(shè)計(jì)理念，再生混凝土可以塑造出多樣化的景觀構(gòu)件，如花壇、座椅、雕塑等。這種應(yīng)用不僅豐富了城市景觀，更重要的是，有效地促進(jìn)了再生資源的可持續(xù)利用，為城市的綠色發(fā)展作出了積極貢獻(xiàn)。在景觀設(shè)計(jì)中，再生混凝土的創(chuàng)新應(yīng)用呈現(xiàn)出顯著的成果。通過精細(xì)的制作工藝，再生混凝土不僅能夠滿足景觀構(gòu)件的美觀要求，而且能確保其耐久性，適應(yīng)多種戶外環(huán)境。此外，再生混凝土在景觀設(shè)計(jì)中的應(yīng)用還具有環(huán)保和可持續(xù)性的顯著優(yōu)勢。這種創(chuàng)新應(yīng)用有助于減少廢棄混凝土，減輕廢棄物對(duì)環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)，同時(shí)，為可持續(xù)建設(shè)貢獻(xiàn)了一份力量。許鳳博、胡士娟、趙瀅等表明，再生混凝土在園林景觀中具有廣泛的應(yīng)用前景，尤其是隨著以海綿城市建設(shè)思想引領(lǐng)的現(xiàn)代城市建設(shè)的迅速發(fā)展。石振慶、陳昊、張榮等的研究發(fā)現(xiàn)，裝配式再生混凝土通用塊在建筑室外景觀構(gòu)件中的應(yīng)用可在一定程度上提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率,降低施工難度且能兼顧結(jié)構(gòu)的多樣化需求。

4.4 可持續(xù)建筑實(shí)踐中的案例

近年來，涌現(xiàn)了眾多可持續(xù)建筑實(shí)踐案例，其中，再生混凝土的應(yīng)用發(fā)揮著舉足輕重的作用。這些案例充分展示了再生混凝土在不同類型的可持續(xù)建筑中的廣泛應(yīng)用前景，不僅為建筑結(jié)構(gòu)賦予了強(qiáng)大的功能性，而且為環(huán)境保護(hù)和碳減排作出了積極貢獻(xiàn)。瑞士作為可持續(xù)建筑的典范，對(duì)再生混凝土的應(yīng)用制定了嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。在該國，混凝土被定義為可回收材料時(shí)，需要含有至少25%的拆除廢物。此外，在水泥產(chǎn)品制造過程中，CO2減排也成為重要考量，最終水泥產(chǎn)品中熟料含量比率在不同水泥類型間存在差異，從低于50%至超過70%的熟料系數(shù)不等，這些規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)在瑞士的可持續(xù)建筑實(shí)踐中發(fā)揮了重要作用。瑞士的主要城市蘇黎世在市政建筑項(xiàng)目中廣泛采用綠色材料，尤其在蘇黎世昆斯特豪斯博物館的擴(kuò)建工程中，高達(dá)98%的再生混凝土被成功應(yīng)用，為新建筑注入了環(huán)保元素。同時(shí)，新醫(yī)院和幾個(gè)住宅綜合體的材料比例也已達(dá)到95%，進(jìn)一步展示了再生混凝土在不同類型建筑中的實(shí)際應(yīng)用。

綜上所述，再生混凝土在可持續(xù)建筑中的多重應(yīng)用已在國內(nèi)外取得了顯著成果。無論是在建筑結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)還是景觀設(shè)計(jì)領(lǐng)域，再生混凝土都展現(xiàn)出了優(yōu)越性能和廣闊的應(yīng)用前景。通過合理的配料設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的制備工藝，再生混凝土不僅滿足了建筑的功能性需求，而且為環(huán)保和碳減排作出了實(shí)際貢獻(xiàn)。在未來的城市規(guī)劃和建設(shè)中，再生混凝土必將繼續(xù)發(fā)揮重要作用，為可持續(xù)建筑的實(shí)現(xiàn)作出積極貢獻(xiàn)。