機場道面再生混凝土研究應用展望

胡栓科

摘 要：在對國內外再生混凝土研究應用現狀詳細分析的基礎上，提出了在機場道面工程中應用再生混凝土的可行性。針對再生骨料的特點，提出了配制機場道面再生混凝土的技術路線、機理與研究方向，為在機場道面工程中研究、配制并鋪筑高性能再生混凝土道面提供參考。

關鍵詞：機場道面；再生混凝土；研究現狀；展望

再生混凝土是將廢棄混凝土塊經破碎、清洗、分級后得到的“再生骨料”作為部分或全部骨料代替天然骨料配制的混凝土（也稱再生骨料混凝土，Recycled Aggregate Concrete， RAC）[1]。再生混凝土完全滿足聯合國提出的“綠色”的三大含義。因此，它是一種可持續發展的綠色環保混凝土[2]。水泥混凝土是機場道面的主要建筑材料，在軍用機場翻修、改（擴）建工程和戰時搶修中，如果將廢棄混凝土道面板就地充分利用，經破碎、清洗、分級后成為再生骨料，配制道面再生混凝土鋪筑道面，則可以節約資源、節省能源，實現可持續發展，具有重大的軍事、經濟和社會環保效益。

1.再生混凝土研究應用現狀

第二次世界大戰后，蘇聯、美國、德國、荷蘭、日本等國開始對廢棄混凝土進行開發研究和再生利用，并且已經多次召開有關廢棄混凝土的再生利用的專題國際會議。我國關于廢棄混凝土回收利用的研究起步較晚，但再生混凝土現在也已經成為國內混凝土研究領域中的一個熱點。目前，國內外研究者已經取得了一些理論與成果[1][3]。

1.1 研究應用現狀

美國自1982年起，在ASTM-33-82“混凝土骨料標準”中將破碎的水硬性水泥混凝土包含在了粗骨料中。大約在同一時期，美國軍隊工程師協會（Society of American Military Engineers，SAME）也在相關規范和指南中鼓勵使用再生混凝土骨料[1]。美國政府還制定了《超基金法》[4]規定：“任何生產有工業廢棄物的企業，必須自行妥善處理，不得擅自隨意傾倒。”給再生混凝土的發展提供了法律保障。

日本由于國土面積小，資源相對匱乏，十分重視廢棄混凝土的重新開發利用。早在1977年日本政府就制定了《再生骨料和再生混凝土使用規范》，并相繼在各地建立了以處理混凝土廢棄物為主的再生加工廠，并制定了多項法規來保證再生混凝土的發展[1][3]。

我國政府制定的中長期科教興國戰略和社會可持續發展戰略，鼓勵廢棄物再生技術的研究和應用，建設部將“建筑廢渣綜合利用”列入1997年科技成果重點推廣項目，還先后頒布了《固體廢料污染環境保護法》、《城市固體垃圾處理法》，提高了其重視度[3]。我國再生混凝土的研究尚處于試驗室階段，目前，國內有數十家科研院所開展了再生混凝土的研究，武漢理工大學等都開展了再生混凝土研究[4]，研究工作逐漸深入。

關于再生混凝土的應用，目前國內外主要用于道路基礎和非承重結構，較少用于承重混凝土結構，機場道面中再生混凝土的研究應用更少[3]。

1.2 目前已取得的理論與成果

國外，Fouad M.Khalaf和Alan S.DeVenny對建筑垃圾作為混凝土粗骨料再生利用進行了回顧，對再生混凝土的配合比和強度等性能進行了研究[5]。Mostafa Tavakoli和Parviz Soroushian對再生混凝土的干縮行為進行了研究[6]，Nobuaki Otsuki等對再生骨料對混凝土的界面過渡區、強度、氯離子抗滲性能和碳化的影響進行了研究[1]。Salem R.M.和Oliveira M.B.對再生混凝土的抗凍融性能進行了研究[1]。Dhir R.K.和Limbachiya M.C.等人研究了再生混凝土的耐磨性能[1]。國內，張亞梅、史巍等對再生混凝土配合比設計進行了初步研究[7-8]。武漢理工大學等對再生混凝土的配合比、力學性能和耐久性能進行了研究[4]。但是可能由于采用的再生骨料、再生混凝土的配合比、試驗條件以及試驗方法存在較大的差異，國內外研究者取得的結論不盡一致，歸納起來，主要如下。

（1）再生混凝土的工作性

水灰比相同情況下，再生混凝土工作性要比天然骨料混凝土差，但粘聚性和保水性較天然骨料混凝土好，同時由于再生骨料在30min內吸水率達到其總吸水率的90%左右，再生混凝土30min工作性經時損失較大。

（2）再生混凝土的抗折、抗壓強度

Nixon等人發現，與天然骨料混凝土相比，再生混凝土的抗壓強度降低5～30%。但是，Ridzuan、Yoda、朋改非和張亞梅等人發現再生混凝土的抗壓強度較天然骨料混凝土高2～20%。對于抗折強度，Kawamura等人的試驗表明再生混凝土的抗折強度與天然骨料混凝土幾乎相同。而Ravindrarajah和Tam等的試驗表明，再生混凝土的抗折強度較天然骨料混凝土降低10%左右。

（3）再生混凝土的收縮變形

再生骨料中含有舊水泥砂漿，導致再生混凝土干縮值增加。大量試驗結果均表明再生混凝土的收縮比天然骨料混凝土大50%左右。

（4）再生混凝土的抗凍性能

Malhotra和Buck對不同水灰比的再生混凝土的抗凍融性進行了研究，結果表明再生混凝土的抗凍融性能并不低于甚至優于天然骨料混凝土。但是，Nishibayashi和Yamura的試驗則發現再生混凝土抗凍融性較天然骨料混凝土差。原因可能在于生產再生骨料的基體混凝土的差異，特別是基體混凝土的含氣量，對再生混凝土抗凍性能有較大影響。

（5）再生混凝土的抗滲性能

伍超進行的再生混凝土靜水壓力抗滲試驗表明，再生混凝土的抗滲標號高于一般工程設計要求的混凝土抗滲標號S8，完全可以保證在一般環境條件下混凝土結構的抗滲要求。肖開濤、Otsuki等人對再生混凝土抗氯離子滲透能力進行研究表明，再生混凝土抗氯離子滲透能力稍低于天然骨料混凝土，主要原因是再生骨料孔隙率高。

（6）再生混凝土的耐磨性能

Dhir等人研究了水灰比相同而再生骨料取代率不同的混凝土的耐磨性。試驗結果發現，再生骨料取代率低于50%時，再生混凝土的磨損深度與普通混凝土差別不大；再生骨料取代率超過50%時，再生混凝土的磨損深度隨著再生骨料取代率的增加而增加。當再生骨料取代率為100%時，再生混凝土的磨損深度較普通混凝土增加34% 。

2.技術路線與研究方向

在機場道面工程中研究應用再生混凝土，關鍵是突破再生骨料表面粗糙、孔隙多、吸水率大等缺點，改善再生混凝土的內部結構，采用摻加優質礦物摻合料和高效外加劑的“雙摻”技術路線，通過摻加高效減水劑，降低混凝土水灰比，減少孔隙率，提高密實度，摻加優質粉煤灰，其火山灰效應改善再生混凝土過渡區，提高強度和耐久性，科學合理地配制出工作性好，施工方便，強度、抗凍、抗滲、耐磨性能良好，滿足機場道面工程要求的道面再生混凝土。

2.1 “雙摻”技術路線機理

（1）摻優質粉煤灰。優質粉煤灰的滾珠效應、分散效應可以顯著改善混凝土拌合物的工作性，使新拌混凝土具有良好的流動性、粘聚性和保水性。親水性效應可以加速水泥的水化，提高再生混凝土的密實度和強度。火山灰效應可以改善再生骨料的過渡區，對再生骨料有強化作用，大大提高再生混凝土的綜合性能[1][19～20]。

（2）摻高效外加劑。高效減水劑使水泥在攪拌和凝結硬化過程中產生的絮凝狀結構分散解體，將其包裹的游離水釋放出來，水泥—水體系處于相對穩定的懸浮狀態，達到減水增強的目的。高效引氣減水劑，則在減水增強的同時，在混凝土攪拌過程能引入大量均勻分布、穩定而封閉的微小氣泡，這些氣泡能隔斷混凝土中毛細管，阻止水分遷移，緩解水分滲透壓力和結冰時的凍脹應力[9]。

2.2 主要研究方向

（1）再生骨料生產工藝及基本性能研究

研究再生骨料生產工藝，包括舊道面的破除、破碎、清洗、分級等；對用于機場道面混凝土的再生骨料，研究其顆粒級配、堆積密度、表觀密度、吸水率、強度等指標，提出適合機場道面混凝土的再生骨料性能指標。

（2）道面再生混凝土的配合比設計研究

通過摻加優質礦物摻合料和高效外加劑，進行配合比設計優化，對水泥用量、水灰比、礦物外摻料摻量、砂率和外加劑摻量進行優選，配制出工作性能好，易施工，強度、變形和耐久性能滿足機場道面工程要求的道面再生混凝土，提出適合機場道面工程的再生混凝土配合比設計方法。

（3）道面再生混凝土物理力學性能研究

①測定新拌道面再生混凝土的含氣量，與同配比道面天然骨料混凝土的含氣量進行比較，提出用于寒冷地區道面再生混凝土合適的含氣量范圍。

②對新拌道面再生混凝土的初始工作度及工作度經時損失進行試驗研究，提出合適的機場道面再生混凝土施工技術。

③進行道面再生混凝土的抗折、抗壓強度試驗，研究道面再生混凝土與同配比天然骨料混凝土的強度、不同水膠比的道面再生混凝土的強度，分析水灰比對道面再生混凝土的影響規律。

（4）道面再生混凝土耐久性能研究

對道面再生混凝土的抗凍、抗滲和耐磨等耐久性能進行試驗研究，提出改善措施，配制出滿足機場道面工程要求的高耐久性道面再生混凝土。

（5）道面再生混凝土變形性能研究

對道面再生混凝土的干縮變形進行試驗研究，測定各齡期收縮值，研究道面再生混凝土的變形性能，配制出滿足機場道面工程要求再生混凝土。

3.結束語

（1）國內外對再生混凝土的配合比設計和性能等方面均取得不少理論與成果，但由于再生骨料自身的復雜性、變異性，使再生混凝土的應用受到限制，在機場道面工程中應用更少。

（2）在機場道面工程中開發應用再生混凝土，可以采用摻加優質礦物摻合料和高效外加劑的“雙摻”技術路線，進行道面再生骨料的生產工藝及基本性能、道面再生混凝土的配合比設計、物理力學性能、耐久性能、變形性能等幾個方向的研究，促進再生混凝土在機場道面工程中的研究應用與發展。

參考文獻

[1] 劉數華、冷發光著.再生混凝土技術[M].北京：中國建材工業出版社，2007

[2] 吳中偉、廉慧珍著.高性能混凝土[M].北京：中國鐵道出版社，1998

[3] 鄧壽昌、張學兵、羅迎社.廢棄混凝土再生利用的現狀分

析與研究展望[J].混凝土，2006（11）

[4] 肖開濤.再生混凝土的性能及其改性研究[D].武漢：武漢理工大學碩士學位論文，2004

[5] Fouad M. Khalaf， Alan S. DeVenny. Recycling of Demolished Masonry Rubble as Coarse Aggregate in Concrete： Review[J]. Journal of Materials in Civil Engineering ？ asce. july/august 2004

[6] Mostafa Tavakoli， Parviz Soroushian. Drying Shrinkage Behavior of Recycled Aggregate Concrete[J]. Concrete International. November/1996

[7] 張亞梅、秦鴻根、孫偉等.再生混凝土配合比設計初探[J].混凝土與水泥制品，2002（1）

[8] 史巍、侯景鵬.再生混凝土技術及其配合比設計方法[J].建筑技術開發，2001（8）

[9] P·梅泰、覃維祖、王棟民、建彤譯.混凝土微觀結構、性能與材料[M].北京：中國電力出版社，2008