廢棄混凝土再生利用的研究進(jìn)展

　　摘要：廢棄混凝土再生利用技術(shù)是發(fā)展綠色混凝土，實(shí)現(xiàn)建筑、資源、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的必然要求和主流趨勢(shì)，是推動(dòng)建筑垃圾資源化進(jìn)程的有效途徑。結(jié)合我國(guó)資源緊缺及環(huán)境污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀，從生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益方面分析了廢棄混凝土再生利用的必要性及可行性。通過查閱和研究大量文獻(xiàn)，對(duì)國(guó)內(nèi)外再生混凝土的研究動(dòng)態(tài)與應(yīng)用情況進(jìn)行了深入剖析和對(duì)比，綜述了再生混凝土基本力學(xué)性能、耐久性能及變形性能，對(duì)廢棄混凝土再生利用技術(shù)前景進(jìn)行了展望。

　　關(guān)鍵詞：廢棄棍凝土;再生骨料;再生混凝土;力學(xué)性能:耐久性;變形性能

　　前言：

　　隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快和城市建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，建筑業(yè)迎來(lái)了一個(gè)新的快速發(fā)展期，每年產(chǎn)生大量的建筑垃圾，其中廢棄混凝土約占建筑垃攝總量的30% - 40%0 2004年，全國(guó)建筑垃圾排放總量60億噸，其中廢棄混凝土約18 - 24億噸。廢棄混凝土(Wi創(chuàng)始Concrete， WC)是指舊建(構(gòu))筑物拆除、市政工程動(dòng)遷、路面返修、重大基礎(chǔ)設(shè)施改造、工程施工等過程中產(chǎn)生的廢混凝土塊及商品混凝土廠和預(yù)制構(gòu)件廠產(chǎn)生的不合格混凝土。廢棄混凝土通常采用露天堆放或填埋方式處理，故需要占用大面積的耕地，處理費(fèi)用與運(yùn)費(fèi)較高。廢棄混凝土清運(yùn)和堆放過程中易造成粉塵、灰砂飛揚(yáng)，嚴(yán)重宿染大氣，形成二次污染。另外，混凝土生產(chǎn)需要艷費(fèi)大量砂石骨料，隨著對(duì)天然砂石的不斷開采，天然骨料資源漸趨枯竭，生態(tài)環(huán)境日益惡化。廢棄混凝土循環(huán)再生利用可解決其導(dǎo)致的資源、能源、環(huán)境及相關(guān)社會(huì)問題，緩解骨料供求矛盾，具有顯著的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，是環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的迫切需求。

　　1再生混凝土的相關(guān)概念 

　　再生骨料混凝土[1](Recycled Aggregate Concrete， RAC)是指利用廢棄混凝土破碎加工而成的再生骨料，部分或全部代替天然骨料配制而成的新混凝土，簡(jiǎn)稱再生混凝土(RecycledConcrete， RC)。再生骨料(Recycled Aggregate， RA)是指廢棄混凝土經(jīng)特定處理、破碎、分級(jí)并按一定的比例混合后，形成的以滿足不同使用要求的粒徑在40mm以下的骨料。其中粒徑在0.5-5mm的骨料為再生細(xì)骨料(Recycled Fme Aggregate，RFA)，粒徑在5-40mm的骨料為再生粗骨料(Recycled Coarse Aggregate， RCA)。RCA[2]一般為表面包裹著部分水泥砂漿的石子，小部分是與砂漿完全脫離的石子，還有極少一部分為水泥石顆粒， RFA主要由砂漿體破碎后形成的表面附著水泥漿的砂粒、表面無(wú)水泥漿的砂粒、水泥石顆粒及少量破碎石塊所組成。
　　2廢棄混凝土再生利用在各國(guó)立法狀況 

　　廢棄混凝土再生利用已受到許多國(guó)家的重視，有些國(guó)家采用立法形式來(lái)保證此項(xiàng)研究和應(yīng)用的發(fā)展。澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與產(chǎn)業(yè)研究組織(CSIRO) [3]于1998年頒布了《再生混凝土骨料配制非結(jié)構(gòu)混凝土指南)， 2002年頒布了《再生混凝土與砌筑材料使用指南)，推動(dòng)了再生混凝土骨料的應(yīng)用。日本早在上世紀(jì)七十年代初就已嘗試?yán)脧U棄混凝土作為再生骨料配制再生混凝土，廢棄混凝土再生利用工廠相繼在各地建立，制定了多項(xiàng)法規(guī)以保證再生混凝土發(fā)展，為廢棄混凝土資源化利用提供了法律和制度的保障。1977(4)年日本頒布《再生骨料和再生混凝土使用規(guī)范)， 1991年頒布《資源重新利用促進(jìn)法)，規(guī)定建筑施工過程中產(chǎn)生的渣土、混凝土塊、瀝青混凝土塊、術(shù)材、金屬等建筑垃圾，必須經(jīng)“再資源化設(shè)施”進(jìn)行處理。2001年頒布《建筑材料再循環(huán)法)，規(guī)定將C1、C2、C3三種 類型的再生粗骨料及F1、F2兩種類型的再生細(xì)骨料應(yīng)用于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。2001年頒布《推進(jìn)形成循環(huán)型社會(huì)基本法》、《促進(jìn)廢棄物處理指定設(shè)施配備》和《資源有效利用促進(jìn)法》。德國(guó)(5)制定了《在混凝土中采用再生骨料的應(yīng)用指南)，要求來(lái)用再生骨料的混凝土必須完全符合天然骨料混凝土的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)政府頒布可超級(jí)基金法)，規(guī)定：“任何生產(chǎn)宿工業(yè)靡棄物的企業(yè)，必須自行妥善處理，不得擅自隨意傾倒。”

　　3再生混疆土的研究及應(yīng)用進(jìn)展 

　　3.1廢棄混疑土破碎與再生骨料加工工藝 

　　廢棄混凝土塊的回收、破碎和再生骨料生產(chǎn)工藝是廢棄混凝土再生利用的前提。廢棄混凝土經(jīng)破碎加工后，骨料表面粗糙度加大，棱角效應(yīng)增加，骨料表面包裹著相當(dāng)數(shù)量水混砂漿，混凝土塊解體過程中的損傷積累導(dǎo)致再生骨料內(nèi)部形成大量微裂紋。上述因素使得再生骨料與天然骨料相比，壓碎指標(biāo)及孔隙率較高，密度較小，吸水性強(qiáng)，粘結(jié)力弱，骨料強(qiáng)度較低I時(shí)，所以再生骨料主要用來(lái)配制中低強(qiáng)度的混凝土，道路建設(shè)中用于路基、路面、路面磚、馬牙磚等工程，建筑工程中用于基礎(chǔ)墊層、底板、填充墻、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件等部位。再生骨料的加工方法是將各種破碎設(shè)備、傳送機(jī)械、篩分設(shè)備、清除雜質(zhì)設(shè)備一體化，經(jīng)破碎、篩分、去除雜質(zhì)等工序，在得符合質(zhì)量要求的再生骨料。日本問來(lái)用加熱碾磨法、螺旋精碎法、機(jī)械粉碎法、重力浮選法等先進(jìn)工藝改善了再生骨料的品質(zhì)，其性能與天然骨料相當(dāng)，可用以配制高強(qiáng)度混凝土。加熱碾磨法是指將廢棄混凝土加熱至約300℃，包裹于再生骨料表面硬化的舊水泥漿逐漸軟化，然后通過碾磨工序?qū)⑵渑c廢棄混凝土分離，獲得清潔的原生骨料。螺旋精碎法是指利用螺桿軸去除再生骨料表面的水泥漿。機(jī)械粉碎法的主要裝置是以鋼球?yàn)槊浇槲铩?nèi)部設(shè)有隔板的轉(zhuǎn)筒。它在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，銅球沿水平、堅(jiān)直方向移動(dòng)，混凝土塊在轉(zhuǎn)筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)，相互碰撞、摩擦、碾磨，利用隔板去除附著于骨料表面的水泥蒙和砂漿。重力浮選法是指當(dāng)采用頓式粉碎機(jī)、沖擊破碎艦、改進(jìn)式棒磨機(jī)對(duì)廢棄混凝土進(jìn)行處理后，粒徑大于8mm的骨料被分為再生粗骨料與砂漿顆粒，粒徑小子8mm的骨料被分為5mm及5-8mm的再生細(xì)骨料。然后采用溫式重力浮選機(jī)進(jìn)行分選，砂漿顆粒、木材等輕物質(zhì)位于上面，骨料等重物質(zhì)在下面。

　　3.2再生混凝土性能研究進(jìn)展 

　　發(fā)達(dá)國(guó)家早在二次世界大戰(zhàn)后即開展了再生混凝土方面的研究，取得了許多重要的研究成果，再生混凝土新技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外工程界和學(xué)術(shù)界關(guān)注和研究的熱點(diǎn)課題之一。

　　3.2.1再生混凝土力學(xué)性能研究現(xiàn)狀  [Page]

　　對(duì)再生混凝土主要力學(xué)性能的研究，大多側(cè)重于抗壓性能和彈性模量。再生骨料來(lái)源不同，組成成分、性能、碳化程度、配合比、養(yǎng)護(hù)條件、試驗(yàn)條件和試驗(yàn)方法各異，導(dǎo)致再生混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散性較大。李鏡、尹健等陰采用三因素、三水平的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，探討了水膠比、再生骨料摻量、超細(xì)粉煤灰摻量等試驗(yàn)因素對(duì)再生混凝土強(qiáng)度的影響規(guī)律和機(jī)理，采用多元回歸分析方法，建立了再生混凝土強(qiáng)度與水膠比、再生骨料摻量、超細(xì)粉煤灰摻量的經(jīng)驗(yàn)公式。結(jié)果表明：水膠比是影響再生混凝土強(qiáng)度的最主要因素，也是最顯著因素；與同強(qiáng)度等級(jí)的高強(qiáng)混凝土相比，摻粉煤灰再生混凝土的拉壓比較大，抗裂能力好；再生混凝土抗折強(qiáng)度與膠水比、再生骨料摻量以及超細(xì)粉煤灰摻量之間線性關(guān)系良好。陳兵(8)研究表明，與天然骨料混凝土相比，部分再生骨料混凝土后期抗壓強(qiáng)度較高。全部使用再生骨料的混凝土抗壓強(qiáng)度比天然骨料混凝土下降約8%。摻加微細(xì)硅粉與高效減水劑后，再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度及劈裂抗拉強(qiáng)度顯著提高。肖建莊對(duì)再生混凝土棱柱體試件進(jìn)行單軸直接拉伸試驗(yàn)，結(jié)果表明與普通混凝土相比，再生混凝土峰值拉應(yīng)變較大，彈性模量較低。隨再生骨料取代率的增加，再生混凝土抗拉強(qiáng)度逐漸減小，彈性模量逐漸降低。再生粗骨料取代率為100%時(shí)，與普通混凝土相比，其抗拉強(qiáng)度減小31%，原點(diǎn)切緝模量降低29%。相同應(yīng)力水平下，再生混凝土變形較大。夏琴(10)對(duì)再生混凝土與普通混凝土的單軸受壓性能進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)：在相同配合比條件下，再生混凝土彈性模量比普通混凝土降低8%－15%；再生混凝土的破壞形態(tài)與普通混凝土類似，其單軸受壓的應(yīng)力應(yīng)變曲線上升段形狀與普通混凝土相似；再生混凝土單軸受壓峰值應(yīng)變比普通混凝土高約10%。鄧旭華[11]通過試驗(yàn)建立了再生混凝土配制強(qiáng)度公式fcu，i=0.37fce(C/W+0.0071)。石建光(12)在水灰比0.55和水泥、細(xì)骨料、粗骨料的配合比為1 : 2 : 2.75時(shí)，測(cè)試了不同粗骨料級(jí)配情況下的再生混凝土工作性能和抗壓強(qiáng)度，結(jié)果表明：γ(包裹骨料需要的水泥漿體積與混凝土中水泥漿總體積的比值)大于0.085時(shí)，混凝土工作性能較差，抗壓強(qiáng)度低；γ小于0.085時(shí)，混凝土工作性能較好，抗壓強(qiáng)度高。采用再生骨料自然級(jí)配制備的混凝土盡管γ值較小，但工作性能差，抗壓強(qiáng)度低。再生骨料取代率分別 為50%、60%、100%時(shí)，調(diào)整粒徑范圍9.5-26.5 mm的骨料，使其級(jí)配接近，再生混凝土強(qiáng)度高于天然骨料的混凝土強(qiáng)度。孫成城(13)通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)相同配合比條件下，再生粗骨料二次攪拌工藝拌制的混凝土強(qiáng)度比一次攪拌工藝拌制的混凝土高約12%。鄧旭華(14)結(jié)合超聲和回彈的測(cè)試方法，探討了水灰比對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明：當(dāng)水灰比大于0.57時(shí)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著水灰比的增大而減小；當(dāng)水灰比小子0.57時(shí)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著水灰比的增大而增大?；鶞?zhǔn)混凝土和再生混凝土超聲聲速和回彈值隨水灰比的變化規(guī)律與其實(shí)際抗壓強(qiáng)度值的變化規(guī)律基本一致。王軍強(qiáng)(15)發(fā)現(xiàn)隨著再生骨料取代率的提高，再生混凝土的7d和28d抗壓強(qiáng)度總體呈下降趨勢(shì)；再生骨料取代率為100%時(shí)，與普通混凝土相比，再生混凝土28d抗壓強(qiáng)度下降約5%。再生混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量低于普通混凝土。 

　　3.2.2再生混凝土耐久性研究現(xiàn)狀 

　　對(duì)再生混凝土的研究大多集中在物理性能與力學(xué)性能方面，而對(duì)其耐久性方面的研究相對(duì)較少，尤其對(duì)于多因素復(fù)雜環(huán)境條件下再生混凝土耐久行為與特性的研究尚顯薄弱。對(duì)再生混凝土在多種破壞因素作用下的耐久性能進(jìn)行研究，可為再生混凝土耐久性評(píng)估體系的建立提供科學(xué)的理論依據(jù)。
崔正龍(16)研究表明隨著水灰比的增加，全再生混凝土抗凍融循環(huán)的耐久性指數(shù)及抗碳化能力均有所降低；水灰比分別為0.45、0.55時(shí)，全再生混凝土的耐久性指數(shù)比普通混凝土分別降低6%和9%，抗碳化能力差，碳化速度比普通混凝土幾乎快3倍。張雷順[11]發(fā)現(xiàn)，加入引氣劑后再生混凝土能達(dá)到甚至超過普通混凝土的抗凍融性能；降低水灰比，再生混凝土抗凍性能提高；宜于來(lái)用強(qiáng)度損失表征再生混凝土抗凍性能。宋少民研究表明再生混凝土收縮較大，抗碳化和抗氯離子滲透性能中等，抗凍融性就差。摻加粉煤灰和高效減水劑、降低水膠比可以提高再生混凝土耐久性。摻加粉煤灰后，再生混凝土密實(shí)度地大，抗氯離子擴(kuò)散性能增大，碳化深度稍有增大，深度為10m，可以滿足工程需要。孫家瑛(19)研究表明：再生混凝土坍落度隨再生骨料的增加而降低，抗?jié)B性和抗融化能力較普通混凝土差。摻加活性摻合料后，再生混凝土工作性可有效改善，抗氣滲性和抗碳化能力大幅度提高。朱崇績(jī)研究了顆粒整形對(duì)再生骨料混凝土耐久性的影響，結(jié)果表明顆粒整形去除了骨料表面粘附的水泥石，再生骨料變得圓滑，混凝土需水量減小，顯著改善了混凝土收縮性、抗氯離子滲透性、抗碳化性能和抗凍性能。陳愛玖發(fā)現(xiàn)：隨著再生粗骨料摻量的增加，再生混凝土抗凍融能力減弱，但較普通混凝土的抗凍性降低不多；引氣減水劑摻量是影響再生混凝土抗凍性的主要因素，再生粗骨料摻量為70%、聚丙烯纖維摻量為0.7kg/m3、引氣減水劑摻量為0.6%的配合比拌制的再生混凝土抗凍耐久性較好，抗凍等級(jí)可達(dá)到F250以上;提出將飽和面干吸水增長(zhǎng)率作為評(píng)判再生混凝土抗凍性能的技術(shù)指標(biāo)?？紤]再生提凝土的強(qiáng)度和耐久性，吳缸利(22)建議再生混凝土水膠比不高于0.36，在不影響早期強(qiáng)度的情況下盡量摻加30%左右粉煤灰，再生骨料的最大粒徑建議使用16mm。 

　　3.2.3再生混凝土變形性能研究現(xiàn)狀 

　　崔正龍[23)等在溫度(20土2)℃、相對(duì)濕度(60土5)%條件下讓全再生混凝土試件自由干燥收縮180d，研究了其抵抗干燥收縮能力。試驗(yàn)結(jié)果表明：再生混凝土干燥收縮長(zhǎng)度變化率與干燥收縮后的質(zhì)量減少率均大于普通混凝土;再生混凝土干燥收縮長(zhǎng)度變化率及質(zhì)量喊少率隨水灰比增大而相應(yīng)變大;全再生混凝土早期干燥收縮率比普通混凝土大得多，40d的干燥收縮率幾乎占整個(gè)齡期180d干燥收縮率的90%。A.Domingo-Cabo(24)在水泥用量與水灰比一定的條件下，對(duì)比了再生混凝土(再生骨料取代率分別為20%、50%、100%)與普通混凝土徐變與收縮變形發(fā)展過程。試驗(yàn)結(jié)果表明:隨著再生骨料取代率的提高，再生混凝土彈性模量逐漸減??；再生骨料取代率分別為20%、50%的再生混凝土，180d收縮率比普通混凝土分別增加4%、12%; 180d后，再生骨料取代率為100%的再生混凝土收縮與徐變比普通混凝土分別離70%、51%。

　　4結(jié)論 

　　再生混凝土技術(shù)解決了大量混凝土廢棄物處理困難和由此引發(fā)的對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響等問題，節(jié)省了垃圾清運(yùn)費(fèi)用和處理費(fèi)用;可以充分利用可再生資源，減少對(duì)天然砂石的開來(lái)，保護(hù)了自然資源和人類生存環(huán)境。再生混凝土技術(shù)是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的必然要求和主流趨勢(shì)，是解決建筑垃圾問題最有效的途徑。隨著人類對(duì)廢棄混凝土再生利用方面研究和開發(fā)的深入發(fā)展，再生混凝土的應(yīng)用范圍將逐漸拓展。作為一種極具發(fā)展?jié)摿Φ沫h(huán)境友好材料，再生混凝土技術(shù)必將成為混凝土材料科學(xué)的一個(gè)發(fā)展方向，并推動(dòng)混凝土生產(chǎn)最終走上良性發(fā)展的必由之路。 [Page]

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