再生混凝土填充墻在中國的研究與應(yīng)用前景

    [摘　要]本文介紹了使用廢棄混凝土塊代替天然骨料配制再生混凝土技術(shù)的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，并對再生骨料和再生混凝土的有關(guān)性能、技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行討論，旨在為再生混凝土作為填充墻體材料走向?qū)嵱锰峁┮恍﹨⒖己徒ㄗh，最后提出了推廣應(yīng)用新型墻體材料的措施與建議。

    [關(guān)鍵詞]環(huán)保；填充墻材料；再生混凝土

    1 　引言

    建筑材料作為我國的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，在建國后得到了巨大的發(fā)展。但是建材工業(yè)主要沿用大量消耗資源和粗放型經(jīng)營的傳統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略，輕視了發(fā)展的效益和質(zhì)量。對自然資源重開發(fā)，輕保護(hù)，對環(huán)境和生態(tài)缺少改善和保持，結(jié)果造成極大的資源浪費(fèi)和環(huán)境破壞。可以說，我國的建材工業(yè)是以資源和能源的過度消耗和環(huán)境的嚴(yán)重污染為代價(jià)的，因而發(fā)展新型環(huán)保建材意義重大。

    墻體材料是我國建材工業(yè)的重要組成部分，耗能占建材工業(yè)總能耗的一半左右。目前，全國磚瓦企業(yè)占地約30 億平方米，每年燒磚毀田達(dá)到約0.53萬平方米，不僅占用大量耕地，而且污染環(huán)境。同時(shí)，生產(chǎn)粘土磚每年要消耗1.13億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，約占全年能源消耗總量的15 %左右，比生產(chǎn)同體積新型建筑材料耗能高出一倍左右，嚴(yán)重浪費(fèi)資源和污染環(huán)境。可見，大力發(fā)展節(jié)能、節(jié)土、利廢、保溫隔熱的新型墻體材料，加快墻體材料革新是刻不容緩的大事。

    新型墻體材料節(jié)能、節(jié)土、利廢的效果十分顯著。以節(jié)能為例，我國現(xiàn)有的空心磚、混凝土砌塊、加氣混凝土等新型墻體材料，平均生產(chǎn)能耗每萬塊0.7 t 標(biāo)煤，比實(shí)心粘土磚的1. 32 t低47%。因此，進(jìn)行墻體材料改革，加速發(fā)展各種新型墻體材料，不僅是建材工業(yè)節(jié)能和調(diào)整結(jié)構(gòu)的重要措施， 而且對改善建筑功能、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約土地具有十分重要的意義。

    再生骨料混凝土(Recycled Aggregate Concrete ，RAC) ，是用舊建筑物上拆下來的廢混凝土碎塊經(jīng)破碎、清洗和分級后， 按一定的比例混合形成再生骨料，部分或全部代替天然骨料，加入水泥砂漿拌制的混凝土^[1]。長期以來，我國對砂石骨料的大量開采，已付出了相當(dāng)大的環(huán)境代價(jià)。另一方面， 混凝土建筑物因達(dá)到使用年限或由于市政建設(shè)的需要而被拆除，其中廢棄混凝土塊約占34%左右，對城市環(huán)境也造成污染。廢棄混凝土塊中含有大量砂石骨料，如果能將它們就地回收，經(jīng)過破碎、清洗、分級后作為骨料再利用，生產(chǎn)“再生混凝土”用到新建工程上，則不僅能降低成本、節(jié)省天然骨料資源，還能減輕廢棄混凝土塊對城市環(huán)境的污染，緩解日益突出的混凝土可持續(xù)發(fā)展與骨料危機(jī)的矛盾。

    2 　廢棄混凝土及利用前景

    我國是一個自然資源相對貧乏的國家，要保持建筑材料的可持續(xù)發(fā)展，就應(yīng)該尋求新的發(fā)展道路。使用廢棄混凝土塊代替天然骨料配制再生混凝土技術(shù)，因具有明顯的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，被看作是發(fā)展綠色混凝土的主要措施之一，已受到人們的重視。美國每年大約有6000萬噸廢棄混凝土，日本每年約有1600萬噸廢棄混凝土，我國也已突破1360萬噸^{[2 ]} 。如此巨量的廢棄混凝土除處理費(fèi)用驚人外，還需要占用大量的空地存放，污染環(huán)境，浪費(fèi)耕地，成為城市的一大公害。隨著建筑業(yè)的發(fā)展，廢棄混凝土的量會越來越大。同時(shí)，現(xiàn)有的占地30億平方米的磚瓦企業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)檎嫉孛娣e較小的廢棄混凝土加工廠，甚至是現(xiàn)場加工，這些無疑都將有助于緩解我國緊張的土地資源。如果能將廢棄混凝土用于新建建筑中去，將體現(xiàn)出巨大的環(huán)境效益。另外，混凝土生產(chǎn)需要大量的砂石骨料，而隨著對天然砂石的不斷開采，為取得這些原材料，需要開山和挖取河床，破壞自然景觀，改變河床位置和形狀，造成水土流失或河床改道等嚴(yán)重后果，對生態(tài)環(huán)境的破壞十分嚴(yán)重。由于再生骨料的收集和制備需要耗費(fèi)一定的機(jī)械設(shè)備和人力，從純經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的角度來講，再生骨料的生產(chǎn)是微利甚至無利或虧損，因此再生混凝土的生產(chǎn)成本價(jià)格相對天然骨料混凝土要高，因此往往不易被用戶接受。但是，再生混凝土的經(jīng)濟(jì)性不能簡單地用其生產(chǎn)成本來衡量，應(yīng)當(dāng)從多方面綜合考慮其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

    再生混凝土的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析除要考慮其本身的生產(chǎn)成本外，還應(yīng)當(dāng)綜合考慮城市垃圾處理的有關(guān)費(fèi)用和再生混凝土產(chǎn)生的環(huán)保效益以及本地區(qū)天然骨料的儲量、生產(chǎn)、運(yùn)輸、價(jià)格、年需求量。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)水平的發(fā)展， 以及人類對環(huán)保的日益重視，經(jīng)濟(jì)性的概念也會隨之變化。從長遠(yuǎn)看來，作者認(rèn)為發(fā)展再生混凝土的經(jīng)濟(jì)前景較為廣闊。

    3 　再生混凝土的物理性質(zhì)和力學(xué)性能

    3. 1 　物理性質(zhì)

    a)和易性　由于再生骨料有較大的吸水率，以及骨料粗糙的粒形效應(yīng)、棱角效應(yīng)導(dǎo)致在同樣水灰比條件下，再生混凝土的流動性比普通混凝土差，坍落度隨再生骨料使用比例的增加而降低，但其粘聚性和保水性較好。由于用水量增多，導(dǎo)致單方水泥用量增多，這是再生混凝土不經(jīng)濟(jì)的地方。若摻入高效減水劑，則可減少單方水、水泥用量，提高流動性，滿足施工要求。

    b)表觀密度　雖然對于不同骨料的再生混凝土的表觀密度會略有不同，但總體上來說其表觀密度較普通混凝土低，這對減輕建筑物自重有利^{[3 ]} 。這主要是由于再生混凝土含有較多水泥砂漿的緣故。一方面，再生骨料本身粘著一部分水泥砂漿，另一方面，新拌再生混凝土所需的水泥砂漿也比普通混凝土多。

    c)吸水率　由于再生骨料表面粗糙、棱角較多，骨料表面還包裹著相當(dāng)數(shù)量的水泥砂漿，并且混凝土塊在解體、破碎過程中由于損傷積累使再生骨料內(nèi)部存在大量微裂紋，這些因素都會使再生骨料的吸水率和吸水速率增大，這對配置混凝土是不利的。因此，在制備再生骨料混凝土?xí)r，應(yīng)特別注意再生集料的高吸水率問題，否則會影響再生骨料混凝土的生產(chǎn)、使用及物理力學(xué)性能。

    d)熱工性能　再生混凝土由于孔隙較多，導(dǎo)熱系數(shù)比相同配比的普通混凝土降低28 %左右，若摻入引氣劑，還可進(jìn)一步降低^[4] 。

    3. 2 　力學(xué)性能

    a)強(qiáng)度　用再生骨料配制的再生混凝土的強(qiáng)度變化規(guī)律性較差，不同研究者得到的結(jié)論有所不同。與天然骨料混凝土相比，同一水灰比的再生骨料混凝土28d抗壓強(qiáng)度低6 %～15% ，抗拉強(qiáng)度低7%～28%^{[5 ]} 。這主要是廢混凝土骨料中含有大約30%水泥砂漿，而這些砂漿較巖石強(qiáng)度小，孔隙率大。

    b)彈性模量　再生混凝土的彈性模量比普通混凝土低3%～28% ，視加入再生骨料的種類和數(shù)量不同，彈性模量會有較大差異，通常再生細(xì)骨料對彈性模量的影響比再生粗骨料的影響更為明顯。當(dāng)全部骨料為再生骨料，彈性模量降低30 %左右；而當(dāng)粗骨料為再生骨料、細(xì)骨料為天然砂時(shí)，彈性模量降低5 %～10 %左右^[6] 。

    c)其它性能　再生混凝土由于水泥砂漿含量多，所以其干縮值和徐變值較大，這是影響其應(yīng)用的最不利因素^[5] 。因?yàn)楦稍锸湛s和蠕變大，加之再生混凝土孔隙率較大，其耐久性也較差。但一些試驗(yàn)表明，再生混凝土比普通混凝土的抗裂性要好，延性也比較好，可用于抗震結(jié)構(gòu)。

    4 　再生混凝土用于填充墻的設(shè)想

    4.1 　再生混凝土使用現(xiàn)狀

    再生骨料混凝土的研制是在人類尋求與自然和諧、維護(hù)生態(tài)平衡和可持續(xù)發(fā)展的思想指導(dǎo)下進(jìn)行的。國內(nèi)外對再生混凝土基本性能的研究成果已表明再生混凝土基本能滿足普通混凝土的性能要求，其應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)是可行的。但由于拆除建筑物的建成年代一般較早，在當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平下，混凝土的強(qiáng)度等級不會很高，新生產(chǎn)的再生混凝土的強(qiáng)度也就不高，一般只適用于非承重結(jié)構(gòu)混凝土，如基礎(chǔ)墊層、廣場磚、道路墊層、水溝、排水槽、重力護(hù)壁、海岸防護(hù)堤、砌塊等。

    4.2 　再生混凝土用于填充墻的可行性

    再生混凝土如果能推廣應(yīng)用，一方面解決了大量混凝土廢棄物處理困難和由此引發(fā)的對環(huán)境的負(fù)面影響等問題，同時(shí)又節(jié)省了大量的垃圾清運(yùn)費(fèi)用和處理費(fèi)用；另一方面可以減少對天然砂石的開采，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，保證了人類社會的可持續(xù)發(fā)展。由此可見，很有必要尋求對其充分利用的可能途徑，盡可能地?cái)U(kuò)大再生混凝土的應(yīng)用范圍。再生骨料混凝土由于具有以下特性，因此特別適合在框架結(jié)構(gòu)填充墻中的推廣應(yīng)用:

    a)僅采用再生粗骨料制成的再生混凝土，其強(qiáng)度同普通混凝土相比雖然有所下降，但可滿足作為填充墻的要求。為擴(kuò)大再生混凝土的應(yīng)用范圍，可以采用再生粗骨料和天然砂組合，或者再生粗骨料和部分再生細(xì)骨料、部分天然砂組合， 制成強(qiáng)度相對較高的再生混凝土。

    b)再生混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)小，熱工性能好，若用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)，可明顯增強(qiáng)建筑物的保溫隔熱效果。

    c)再生混凝土的密度小、自重低，用來生產(chǎn)砌塊、空心磚、墻板，取代傳統(tǒng)的實(shí)心粘土磚，成為良好的填充墻體材料，具有明顯的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益。

    5 　推廣應(yīng)用新型墻體材料的措施和建議

    環(huán)保墻體材料正以其節(jié)能、節(jié)土、利廢、安全、健康、改善環(huán)境和提高建筑功能等特色，顯示強(qiáng)大生命力。尤其是我國人多地少，資源相對貧乏，長期不改變?nèi)⊥翢u現(xiàn)狀，將對子孫后代帶來威脅。因此，發(fā)展環(huán)保墻體材料勢在必行。環(huán)保墻體材料的推廣應(yīng)用一方面有賴于研究的進(jìn)一步深入，同時(shí)更需要政府采取一系列的扶植和推廣措施。筆者認(rèn)為，目前應(yīng)該強(qiáng)調(diào)以下幾個方面:

    a) 進(jìn)一步提高對墻體改革重要性、緊迫性的認(rèn)識。

    b) 應(yīng)盡快制定出臺相應(yīng)政策措施，特別是要從源頭抓起，把好設(shè)計(jì)關(guān)，根據(jù)國家試點(diǎn)要求，限制本地區(qū)內(nèi)所有設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)中不得采用粘土磚。

    c) 要積極扶持新型墻材企業(yè)的發(fā)展。新型墻材企業(yè)要努力提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，為市場提供質(zhì)優(yōu)物美、經(jīng)濟(jì)適用的粘土磚替代材料。

   d) 國家建設(shè)部門要做好幫助粘土磚生產(chǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)產(chǎn)新型墻材的工作，提供產(chǎn)品、設(shè)備、技術(shù)信息，以解除粘土磚企業(yè)的后顧之優(yōu)。

    對于廢棄混凝土的回收利用必將成為一個新的發(fā)展方向，應(yīng)進(jìn)行大力扶持積極發(fā)展。要鼓勵創(chuàng)新，避免低層次的重復(fù)試驗(yàn)。目前人們對再生骨料在新拌混凝土中的作用機(jī)理知之甚少，例如，新鮮砂漿對再生骨料中的陳舊砂漿表面的作用機(jī)理、硬化混凝土的收縮與控制收縮的措施、應(yīng)用再生骨料的中高強(qiáng)度混凝土配制技術(shù)等等。因而將再生混凝土應(yīng)用于填充墻材料還需要更系統(tǒng)的研究，直至制定相應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，以便使廢棄混凝土應(yīng)用成為一套成熟的技術(shù)。

    總之，大力發(fā)展新型墻體材料，作好墻體改革這一“利在當(dāng)代，功在千秋”的大業(yè)，需要全社會共同努力。只要我們把握有利時(shí)機(jī)，認(rèn)真研究、解決墻體材料生產(chǎn)和應(yīng)用中的問題， 我國新型環(huán)保填充墻材料一定會持續(xù)的、快速的、健康的向前發(fā)展。

    參考文獻(xiàn)

    1 　侯景鵬，宋玉普，史巍，再生混凝土技術(shù)研究與應(yīng)用開發(fā)[J] ，低溫建筑技術(shù)，2001 ， (2)

    2 　杜婷，李惠強(qiáng)，覃亞偉，鐘聲華. 再生混凝土未來發(fā)展的探討[J] ，混凝土，2002 ， (4)：49250

    3 　邢振賢，周日農(nóng)，再生混凝土的基本性能研究[J] ，華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)，1998 ，19 ， (2)

    4 　邢振賢，周日農(nóng)，再生混凝土性能研究與開發(fā)思路，建筑技術(shù)開發(fā)，1999 ，25 ，(7)：28231

    5 　李松嶺，杜惠芳，再生混凝土的技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用的可行性探討[J] ，焦作工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) ，2001 ，20 ， (4) :3122313

    6 　侯景鵬，史巍，宋玉普，再生混凝土技術(shù)的研究開發(fā)與應(yīng)用推廣[J] ，建筑技術(shù)，2002 ，33 ， (1) ：15216