混凝土骨料資源開(kāi)發(fā)的新途徑

　　混凝土自問(wèn)世至今的100多年來(lái)，因其具有原材料資源豐富，成本低廉，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，抗壓強(qiáng)度高以及經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在二十一世紀(jì)，硅酸鹽水泥混凝土仍將是各種基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的首選材料。但是，隨著混凝土用量的增加，其消耗的砂石等天然資源也越來(lái)越多，據(jù)估算，混凝土業(yè)現(xiàn)在正以每年約80億噸的速度消耗天然骨料。大量開(kāi)山、采石，已經(jīng)嚴(yán)重破壞了自然山體的景觀和綠色植被，挖河床取砂，改變了河床位置及形狀，造成水土流失或河流改道等嚴(yán)重后果，許多國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)沒(méi)有可取的碎石和砂子，混凝土的骨料資源出現(xiàn)了嚴(yán)重危機(jī)。針對(duì)這一現(xiàn)狀，人們開(kāi)始尋求新的骨料資源，并且取得了一定的成效，現(xiàn)綜述如下，供業(yè)界參考。
1、用海砂作骨料
　　 用海砂取代山砂和河砂，用作混凝土的細(xì)骨料，是解決混凝土細(xì)骨料資源問(wèn)題的有效途徑，因?yàn)楹Ｉ暗馁Y源很豐富。但是海砂中含有鹽分、氯離子，容易使鋼筋銹蝕，硫酸根離子對(duì)混凝土也有很強(qiáng)的侵蝕作用。此外，海砂顆粒較細(xì)，且粒度分布均一，很難形成級(jí)配。有些海砂往往混入較多的貝殼類(lèi)輕物質(zhì)。目前已開(kāi)發(fā)出一些對(duì)海砂中鹽分的處理方法，例如散水自然清洗法，1m3海砂大約用0.2t的淡水進(jìn)行清洗，清洗設(shè)備比較簡(jiǎn)單，但要消耗一定的淡水資源；如果采用機(jī)械清洗法，則1m3海砂大約需要1.5t以上的淡水，并且需要機(jī)械分級(jí)、離心機(jī)等機(jī)械和給排水設(shè)備，相對(duì)于散水自然清洗法質(zhì)量要好，但是成本較高，消耗的淡水資源量大；自然放置法是較為經(jīng)濟(jì)、節(jié)省資源的處理方法，自然堆放，使海砂含有的海水充分排干，但需要較大面積的場(chǎng)地和排水設(shè)備，根據(jù)季節(jié)至少需要兩個(gè)月時(shí)間，難以滿足施工速度的需求。對(duì)于海砂級(jí)配問(wèn)題，主要采取摻入粗粒碎砂的辦法進(jìn)行調(diào)整，使之滿足級(jí)配要求。海砂中由于混入扁平狀的貝殼類(lèi)物質(zhì)，細(xì)小的貝殼難以去除，影響混凝土的強(qiáng)度，所以高強(qiáng)度混凝土不適宜采用海砂。
　　 日本是一個(gè)島國(guó)，半個(gè)世紀(jì)前就出現(xiàn)“河砂短缺”現(xiàn)象，并著手開(kāi)發(fā)利用海砂資源。目前日本建筑用砂的90%以上是海砂，1995年海砂年產(chǎn)量達(dá)到5000萬(wàn)t以上。其采取的主要技術(shù)措施是摻加一種叫做“鋼筋防銹劑”的化學(xué)藥劑，以抑制、消除海砂中海鹽的腐蝕作用，同時(shí)嚴(yán)格遵守用砂標(biāo)準(zhǔn)和確保施工質(zhì)量。
　　 我國(guó)也有成功利用海砂的先例。原冶金部山東三山島金礦建設(shè)中（1984-1987年），因當(dāng)時(shí)無(wú)法得到河砂，不得不全部使用當(dāng)?shù)睾Ｉ?。因采取了摻加“鋼筋防銹劑”及其他綜合性防鹽腐蝕措施，至今工程完好。這證明只要采取適當(dāng)技術(shù)措施，海砂是可以變廢為寶的。我國(guó)沿海缺乏河砂現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，解決砂源問(wèn)題已成當(dāng)務(wù)之急。我國(guó)地域遼闊，向內(nèi)陸尋找砂源是途徑之一，但運(yùn)費(fèi)高且損害河床。若能象日本那樣，采取防鹽措施，就地利用海砂，可使海砂成為有用資源，而不對(duì)建筑造成危害。寧波市已有文件，規(guī)定采取技術(shù)措施后可使用海砂，但局部地區(qū)實(shí)施起來(lái)難度很大。必須中央制定法規(guī)，嚴(yán)格控制不采取任何措施而使用海砂作為建筑材料的行為。
2、廢棄混凝土再生骨料
　　 廢棄混凝土的再利用最早開(kāi)始于歐洲，1976年，以當(dāng)時(shí)的西德、比利時(shí)和荷蘭為主成立了“混凝土解體與再利用委員會(huì)”，開(kāi)始研究廢棄混凝土的消化與再生利用，并且將廢棄混凝土再生骨料用于高速道路等實(shí)際工程。美國(guó)從1982年開(kāi)始承認(rèn)將混凝土廢棄物作為混凝土的粗、細(xì)骨料，并將相關(guān)的性能實(shí)驗(yàn)方法與條款寫(xiě)進(jìn)了有關(guān)規(guī)范，并在部分地區(qū)制定了使用再生混凝土鋪筑道路時(shí)的條件與實(shí)驗(yàn)方法。日本建設(shè)省于1981年開(kāi)始啟動(dòng)“綜合技術(shù)開(kāi)發(fā)工程———建設(shè)工程中廢棄物利用技術(shù)的開(kāi)發(fā)”，期間進(jìn)行了一系列以廢棄混凝土作為再生骨料的試驗(yàn)研究，到1986年3月，針對(duì)土木結(jié)構(gòu)物制定了“再生骨料混凝土的設(shè)計(jì)施工指針（草案）”，將廢棄混凝土作為再生骨料的研究已經(jīng)開(kāi)始走向?qū)嵱没A段。
　　 日本對(duì)廢棄混凝土的處理方法是將其破碎成直徑約40mm的粒狀，采用300℃高溫加熱，使粒料相互混合、摩擦，骨料及骨料外圍粘附的水泥組分變成粉末完全分離，所產(chǎn)生的水泥組分用于地基的改進(jìn)材料，分離出的骨料可與天然骨料一樣用于結(jié)構(gòu)物，達(dá)到100%的回收利用。
　　 廢棄混凝土的再利用最初主要用于填埋基礎(chǔ)、路基等，用作混凝土骨料的研究時(shí)間還不長(zhǎng)，還有許多問(wèn)題沒(méi)有得到圓滿的解決。例如，建筑物解體時(shí)鋼筋與混凝土的分離技術(shù)，破碎后的混凝土中原有的骨料和硬化砂漿塊的分離技術(shù)。如果原混凝土的強(qiáng)度較高，則其中的骨料和水泥砂漿塊可以同時(shí)破碎作為再生骨料，但是，如果原混凝土的強(qiáng)度較低，則其中的硬化水泥漿體或砂漿很難形成微粉或微粒，難以利用。同時(shí)，再生骨料混凝土的性能研究結(jié)果表明，與普通混凝土相比，使用再生骨料的混凝土需水量增大，強(qiáng)度、彈性模量降低，收縮增大，抗凍性等性能也有所降低。再生骨料替代率控制在30%以下，則混凝土的性能沒(méi)有明顯降低。如何提高再生骨料混凝土的性能，還有待進(jìn)一步研究。
　　 根據(jù)測(cè)算，我國(guó)每年施工產(chǎn)生的建筑垃圾達(dá)4000萬(wàn)噸，而僅僅從在建工程所做的試塊來(lái)說(shuō)，每年的垃圾就達(dá)250萬(wàn)噸左右，這些垃圾目前只簡(jiǎn)單地作一些填埋，這無(wú)疑造成了對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染，對(duì)能源的巨大浪費(fèi)。利用廢棄混凝土做再生骨料，將是充分、高效、經(jīng)濟(jì)利用建筑垃圾的好途徑。我國(guó)目前少量利用再生骨料制作的混凝土一般用于基礎(chǔ)、路面和非承重結(jié)構(gòu)的低強(qiáng)度混凝土，多數(shù)廢棄混凝土尚未得到較好的再生利用。
　　 由于利用廢棄混凝土做再生骨料，需要一系列的加工和分離處理，在現(xiàn)階段成本可能很高，在我國(guó)這種現(xiàn)象可能更加明顯。這些都妨礙廢棄混凝土利用的進(jìn)程，但如前所述，廢棄混凝土的利用從保護(hù)環(huán)境、節(jié)省資源的角度有重要的社會(huì)效益，需要國(guó)家從政策上給予支持。
3、利用尾礦制作骨料
　　 選礦過(guò)程中，尾礦顆粒不斷經(jīng)水沖刷，表面較干凈，無(wú)塵屑、無(wú)淤泥等有害物質(zhì)，其新鮮表面粗糙、具有梭角。尾礦顆粒可不必加工或經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)募庸?，得到不同的粒?jí)，作為混凝土的粗細(xì)骨料使用，所配制的混凝土具有較高的強(qiáng)度和較好的耐久性。
據(jù)有關(guān)試驗(yàn)得出的結(jié)論，采用相同配合比，同樣的成型和養(yǎng)護(hù)條件，不論蒸汽養(yǎng)護(hù)或標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，尾礦混凝土各齡期的強(qiáng)度都較石灰石混凝土高。采用某些尾礦，按普通混凝土配合比設(shè)計(jì)的300號(hào)尾礦混凝土，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，與黃砂混凝土相比，除混合料的和易性稍差些外，其余各項(xiàng)性能均優(yōu)于黃砂混凝土。研究表明，用尾礦代替普通砂石配制一般混凝土是可行的，若選擇合適的配合比，其各項(xiàng)物理力學(xué)性能均能達(dá)到甚至超過(guò)配比相近、水泥用量相同的普通砂石混凝土。
　　 北京市已做出規(guī)定，禁止天然砂的開(kāi)采，正在開(kāi)展尾礦的利用。由北京建筑工程學(xué)院與首鋼礦業(yè)公司聯(lián)合進(jìn)行的“尾礦砂石商品混凝土技術(shù)研究”取得成功。實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果表明：尾礦砂石替代天然砂石配置混凝土，拌合物和易性良好，抗壓強(qiáng)度提高，抗?jié)B、抗凍、抗碳化與堿活性等耐久性指標(biāo)完全可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2002年11月在首鋼礦業(yè)公司采礦區(qū)擋墻工程中，“高密實(shí)尾礦砂石混凝土”試點(diǎn)成功。
　　 我國(guó)國(guó)土遼闊，礦山資源非常豐富，由于貧礦多，所以選礦產(chǎn)生的尾礦多。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有800多個(gè)國(guó)營(yíng)礦山和11萬(wàn)多個(gè)集體所有制礦山，積存的尾礦已達(dá)40多億噸，而且每年還以1億多噸的速率增長(zhǎng)。礦山尾礦不僅占用土地，而且污染環(huán)境。目前我國(guó)礦山尾礦綜合利用基本上還處于回收金屬組分上，利用率很低。進(jìn)一步開(kāi)發(fā)綜合利用尾礦，已成亟待解決的問(wèn)題。因此，利用尾礦制作混凝土將為尾礦的利用找到一條新的途徑，能變廢為寶，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
4、人造骨料
　　 人造骨料一般以天然的膨脹頁(yè)巖或工業(yè)廢渣、城市垃圾、下水道污泥為原材料，對(duì)環(huán)境保護(hù)有積極的作用。用于人造骨料原材料的工業(yè)廢渣有高爐水淬礦渣、電爐氧化礦渣、銅渣、粉煤灰、下水道污泥等，經(jīng)高溫煅燒而成。日本以水淬礦渣為原材料制造的骨料，命名為礦渣碎石。通常熔融狀態(tài)的礦渣經(jīng)急劇冷卻形成玻璃體結(jié)構(gòu)，質(zhì)地脆硬。在水淬礦渣中添加化學(xué)外加劑，再進(jìn)行熔融，然后緩慢冷卻使其形成結(jié)晶體，則得到堅(jiān)硬的結(jié)晶體，可用來(lái)做混凝土骨料。日本東京以下水道污泥為原材料生產(chǎn)輕骨料，這種技術(shù)是先將下水道污泥進(jìn)行脫水處理，再經(jīng)高溫焚燒處理，去掉其中的有機(jī)物質(zhì)，得到污泥燃燒灰，以這種燃燒灰為主要原料，加入適當(dāng)?shù)哪z結(jié)材料，制造粒狀物，放入1050℃左右的高溫下使粒狀物軟化，表面呈半熔融狀態(tài)。同時(shí)粒狀物內(nèi)部高溫?fù)]發(fā)成分變成氣體揮發(fā)，使軟化的粒狀物膨脹發(fā)泡，然后將粒狀物在空氣中冷卻得到輕質(zhì)的骨料。采用這種下水道污泥為原料制作的輕質(zhì)細(xì)骨料拌制砂漿，其強(qiáng)度可達(dá)到普通河砂砂漿的90%-91%?？梢?jiàn)其很有利用的前途。
　　 粉煤灰陶粒是以粉煤灰為主要原料加工而成的多孔輕質(zhì)材料，其生產(chǎn)工藝分為原材料處理、配料混合、成球、焙燒、成品篩分等。近年來(lái)，為了適應(yīng)墻體材料革新和建筑節(jié)能的需要，輕集料及其制品發(fā)展很快，輕集料的密度向更輕方向發(fā)展，這就使粉煤灰陶粒獲得了用武之地，用它做集料可配制300～500號(hào)輕集料混凝土小砌塊和制作墻板，在節(jié)省資源的同時(shí)，可減輕結(jié)構(gòu)物的自重，提高建筑物的保溫隔熱性能，減少建筑能耗。