再生骨料混凝土的工程應用現(xiàn)狀和基本性能分析

汪加梁

（桂林理工大學南寧分校，廣西 南寧530001）

0 引言

建筑業(yè)是我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，它可以帶動建材、化工、冶金、機械、運輸?shù)刃袠I(yè)的發(fā)展，近年來得到突飛猛進的發(fā)展，建筑更新速度越來越快，但是隨之產(chǎn)生的建筑廢棄物也越來越多，因此，開展以建筑廢料生產(chǎn)再生骨料制備再生混凝土的新技術，具有巨大的社會效益，環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，其發(fā)展前景非常可觀。再生骨料混凝土是指利用廢棄混凝土破碎加工而成的再生骨料，部分或全部的取代天然骨料制備而成的新混凝土，近年來國內外再生混凝土技術的研究與開發(fā)得到很大的發(fā)展。

1 再生混凝土的工程應用現(xiàn)狀

歐美及日本等國家和地區(qū)對再生混凝土的研究應用起步比較早，20世紀50年代一些國家就對再生混凝土的處理及應用進行研究，并取得了顯著的成效，有些國家甚至還采用立法的形式來保證此項目應用研究的發(fā) 展[1－2]。

歐美國家中德國、英國、蘇聯(lián)、荷蘭、丹麥、美國等國家對再生混凝土的研究比較早并制定了關于再生混凝土的一些標準。荷蘭由于自然資源相對匱乏的原因，對建筑廢棄物的再生利用十分重視，是最早開展再生骨料混凝土研究和應用的國家之一，自1997年起，規(guī)定禁止對建筑廢棄物進行掩埋處理，建筑廢棄物的再利用率幾乎達到了100%。同時荷蘭制定了本國的再生骨料國家標準，其中規(guī)定再生骨料取代天然骨料率按質量計為20%。德國目前生產(chǎn)的再生混凝土主要用于公路路面，該國的鋼筋混凝土委員會于1998年8月提出了“在混凝土中采用再生集料的應用指南”，要求采用再生集料配制的混凝土必須完全符合普通混凝土的國家標準。德國的再生骨料技術標準，將再生粗骨料分為4個等級，并對再生骨料的最小密度、礦物成分、瀝青含量、最大吸水率等做了詳細規(guī)定。英國將再生粗骨料分為3個等級，并指出再生粗骨料中摻加天然骨料會改善再生骨料的性能。丹麥是建筑廢棄物有效利用技術比較成熟的國家，1989年10月，丹麥混凝土協(xié)會制定了再生骨料技術標準，將再生粗骨料分為2個等級，并對再生骨料的飽和面干表觀密度、輕骨料含量、雜質含量以及粒度分布等做了詳細規(guī)定。

亞洲國家中日本和韓國對再生混凝土的研究應用比較早。日本十分重視廢舊混凝土的再生資源化和有效利用，對再生混凝土的研究始于20世紀70年代，并于2005年制定了《混凝土用再生骨料H》（高品質）的國家標準（JISA5021）、于2006年制定了《使用再生骨料L的混凝土》（低品質）的國家標準（JISA5023）、于2007年制定了《使用再生骨料M的混凝土》（中品質）的國家標準（JISA5022），為再生骨料的推廣應用提供了必要的技術支持和技術保障。

我國再生混凝土應用研究起步較晚，國內再生骨料的應用還處于試驗、謹慎使用階段，技術應用上缺乏較完善的再生混凝土技術規(guī)程。目前，國內數(shù)十家大學和研究機構都開展了再生混凝土的研究工作并已逐漸深入。同濟大學等高校開展了將混凝土廢棄物用于道路工程基層、面層、土基及防護工程的研究，并在河南、湖北等地的舊路改造中進行了現(xiàn)場試驗研究，在同濟大學校內用水泥混凝土廢棄物加工料建設了一條道路，昆明理工大學在新校區(qū)的建設中利用廢棄混凝土鋪設道路[3]。

2 再生混凝土的性能

2.1 再生混凝土的基本力學性能

由于制備再生骨料的原始混凝土在使用過程中在荷載、溫度、環(huán)境等得作用下，其內部結構發(fā)生變化，同時再生骨料在加工過程中收到碾壓，使得再生骨料的內部結構較天然骨料更加復雜，因此，普通混凝土和再生骨料混凝土的物理力學性能有很大的差別。國內外對再生混凝土基本力學性能的做了較多研究，但是由于不同的研究者用于制備再生骨料的舊混凝土強度等級、使用環(huán)境、碳化程度不一致，而且再生骨料的加工工藝也存在著差別，導致得出來的結論大部分有一定的差別。

2．1．1 抗壓性能

肖建莊[4]、Buck[5]等均發(fā)現(xiàn)再生混凝土的抗壓強度隨齡期的發(fā)展規(guī)律與普通混凝土類似。其中肖建莊[4]還指出再生混凝土在早期抗壓強度增長較多，其原因可能是再生骨料在拌合過程中吸收的一部分拌合水會隨著水泥水化的進行釋放出來，保證再生混凝土在較長時間內保持一定的濕度。再生混凝土抗壓強度低于同配合比的普通混凝土，同時再生骨料的取代率對再生混凝土的抗壓強度影響也很大，再生混凝土的抗壓強度隨再生骨料的取代率的增加而降低，馬彥飛等[6]的試驗發(fā)現(xiàn)當再生骨料的取代率從25%增加到100%時，再生混凝土的28d抗壓強度較同配合比的普通混凝土降低15%～30%。適量摻量的粉煤灰可提高再生混凝土的抗壓強度，王武祥等[7]研究表明粉煤灰在一定范圍內可以提高再生混凝土的抗壓強度，不同組成不同配合比再生混凝土存在各自適宜的粉煤灰摻量。水灰比對再生混凝土的強度影響很明顯，隨著水灰比的增加，再生混凝土的抗壓強度降低。

2．1．2 抗拉性能

再生混凝土的抗拉強度較同配合比的普通混凝土低，而且隨取代率的增加而減少。Ravindrarajah等[8]發(fā)現(xiàn)再生混凝土的抗拉強度較同配合比的普通混凝土低10%。周輝等[9]發(fā)現(xiàn)再生混凝土的劈裂抗拉強度隨再生粗骨料取代率的增長而降低，且混凝土結構設計中規(guī)程中的劈裂抗拉強度關系式不適合再生混凝土。

2.1.3 抗折性能

同配合比的再生混凝土的抗折強度低于普通混凝土的抗折強度。肖建莊等[10]從再生骨料取代率分別為0、30%、50%、70%、100%時的再生混凝土棱柱體試塊的抗折試驗中得出與普通混凝土相比，再生混凝土的抗折強度低很多。Mandal等[11]的試驗結果表明，再生混凝土各齡期的抗折強度均低于普通混凝土，平均低12%。

2.2 再生混凝土的耐久性

2．2．1 抗凍性

再生集料很容易吸水飽和，10分鐘可達飽和程度的85%以上，30分鐘可達飽和程度的95%左右，因而再生粗集料容易先于新水泥基體發(fā)生凍融破壞，成為再生混凝土抗凍性能的薄弱環(huán)節(jié)導致再生混凝土的抗凍性能明顯低于普通混凝土。再生混凝土受凍前的養(yǎng)護條件和養(yǎng)護齡期對抗凍性影響很大，再生混凝土在受凍前需要養(yǎng)護較長時間才能使后期強度不受影響，覃銀輝等[12]對再生混凝土的抗凍性能研究表明預養(yǎng)齡期對再生混凝土的受凍有利，即預養(yǎng)護齡期越長，后期強度越高。摻加引氣劑改善再生混凝土的性能有明顯的效果。降低水灰比，摻加摻合料以細化混凝土內部的孔結構，減少再生粗集料最大粒徑及再生集料的強化，均能提高再生混凝土的抗凍性能。

2．2．2 抗?jié)B性

再生集料在破碎過程中產(chǎn)生的裂縫及其表面老水泥砂漿的孔隙大大增加了再生混凝土的孔隙率，從而增大其滲透能力，所以再生混凝土的抗?jié)B性能低于同配比的普通混凝土，而且再生混凝土的抗?jié)B性能隨著再生集料的取代率的增大而降低。混凝土的抗?jié)B透性能與其孔隙率或密實度直接相關，因而提高混凝土密實度的方法均可以起到改善其抗?jié)B性的效果。張李黎等[13]通過試驗研究發(fā)現(xiàn)再生混凝土的抗?jié)B性能隨著水灰比的增大而降低，隨強度的增大而增大。摻加適量的礦物摻合料及外加劑（減水劑、引氣劑等）對再生集料進行改性處理均可以提高再生混凝土的抗?jié)B性能。

2．2．3 抗碳化性

再生混凝土的抗碳化性能跟抗?jié)B性有相關性，特別是抗氣滲性，隨著再生骨料的取代率的增加，再生混凝土的抗?jié)B性能降低，再生混凝土的碳化深度增大，主要原因是再生骨料的表面較為粗糙，孔隙較多，密度較天然骨料低，隨著再生骨料取代率的增加，再生混凝土的密實度降低，抗氣滲性下降，CO2擴散速度加快，碳化深度也就越大。同理，再生混凝土的抗碳化性隨水灰比增大而增加。孫浩[14]研究發(fā)現(xiàn)摻加礦渣粉，鋼渣粉可以減少碳化深度，但摻量不宜過大（礦渣粉摻量不大于30%，鋼渣粉的摻量不大于10%）。

2.3 再生混凝土的工作性能

混凝土的工作性能用和易性來表征，和易性直接影響到混凝土攪拌、運輸、澆注、搗實等施工作業(yè)，關系到能否獲得質量均勻和密實的混凝土。和易性為一綜合技術性能，包含流動性、黏聚性、保水性三方面的含義。再生骨料比天然骨料吸水率大、孔隙多、表面較為粗糙，而且再生骨料含有大量的舊的水泥砂漿導致再生混凝土中砂漿含量多，從而導致再生混凝土的流動性較同配合比的普通混凝土差，保水性和黏聚性比同配合比的普通混凝土好。馬靜[15]通過對不同取代率再生骨料混凝土的和易性的研究中發(fā)現(xiàn)隨著再生骨料取代率增大，新拌混凝土的流動性變得越來越差，而此時的混凝土的黏聚性變得越來越好；適量的減水劑可以增強混凝土的流動性。

3 再生混凝土的發(fā)展趨勢

混凝土的生產(chǎn)消耗大量的資源和能源，未經(jīng)處理的廢棄混凝土還會對環(huán)境造成污染、影響市容。隨著資源、能源、環(huán)境問題的日益嚴峻，對廢棄混凝土進行有效、合理的利用是環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的迫切需要，這樣會加速人們對再生混凝土的研究開發(fā)利用。隨著對再生混凝土性能的進一步試驗研究，其各項性能必將得到大幅改善，并大量應用于工程中，再生粗骨料也將應用于商品混凝土，提高廢棄混凝土循環(huán)再利用的效率。充分利用工業(yè)廢料和外加劑開發(fā)高強、高性能再生混凝土，是再生混凝土的發(fā)展趨勢。

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