新疆地區建筑垃圾再生骨料在混凝土中的應用研究與展望

田盼盼關挺梁芮（新疆大學 建筑工程學院；中建新疆建工（集團）有限公司）

新疆地區建筑垃圾再生骨料在混凝土中的應用研究與展望

田盼盼1關挺2梁芮1
（1新疆大學 建筑工程學院；2中建新疆建工（集團）有限公司）

結合新疆地區的地域特點，將建筑廢棄混凝土處理成再生骨料應用于混凝土的拌制中具有顯著的社會、經濟效益。本文對新疆烏魯木齊周邊收集到的建筑垃圾進行加工，制備成再生粗骨料，繪制再生粗骨料顆粒級配曲線，測試粗集料基本性能指標和配合比設計，試驗研究了再生混凝土的工作性能和抗壓性能，對摻鋰渣再生混凝土試驗研究了抗壓和抗拉性能，最后對新疆再生混凝土研究與應用提出了建議和展望。

新疆地區；再生骨料；再生混凝土

1　前言

隨著國家“一帶一路”戰略的逐步落地和新疆首府烏魯木齊將申報亞歐經貿合作試驗區的計劃，新疆處于大發展，大建設的階段，城市化的進程速度快，有大量建筑物建設，相應有大量廢棄物拆除，產生大量的廢棄混凝土，以烏魯木齊為例，如表1所示。

表1　烏魯木齊連續五年廢棄混凝土量［1］

傳統建筑業發展基本模式如圖1所示，建筑廢棄混凝土既占用了大量土地，又污染了環境。另一方面，全球工程用混凝土粗骨料的開采量也非常巨大，造成了自然資源的過度消耗和環境破壞［2］。

圖1　傳統建筑業發展基本模式

為了尋求一種使建筑行業與生態環境相協調的生產方式，再生混凝土的技術應運而生，新型建筑發展模式如圖2所示。

2　再生粗骨料性能研究

2.1 再生粗骨料加工制備工藝

再生混凝土技術減輕了傳統建筑業發展所帶來的不利影響，實現混凝土結構的生命延續。前蘇聯學者Gluzhge［3］早在1946年就對利用廢棄混凝土制作再生骨料的可行性進行了研究。20世紀中期，日本、美國和一些歐洲發達國家先后開始了再生混凝土的研究和開發利用，其研究的重點集中在再生骨料和再生混凝土的力學性能方面［4～9］。

圖2　廢棄混凝土就用到新型建筑發展模式

目前，我國學者和科研工作人員對于廢棄混凝土骨料的研究已經有了很大的進展［10～11］，再生骨料加工制備工藝如圖3所示。

圖3　再生混凝土加工制備工藝

2.2 骨料級配曲線

課題試驗組收集了烏魯木齊地區不同強度等級、不同使用環境等的廢棄混凝土，進行試驗樣本編號，如表2所示，測定并繪制出骨料級配曲線，如圖4所示。

表2　再生粗骨料收集樣本編號

圖4　試驗再生骨料級配曲線

2.3 粗骨料基本性能測試

根據國家現行規范《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177-2010）［12］相關試驗方法對RCA1-RCA6進行基本性能試驗，包括表觀密度、泥塊含量、堅固性、微粉含量、針片狀顆粒、壓碎指標、吸水率試驗，試驗結果如表3和圖5所示。

隨著時間的增加，再生粗骨料的吸水率明顯大于天然粗骨料，天然骨料和再生骨料的吸水率均隨時間增加而增大。骨料粒徑越小，再生粗骨料吸水率越大；粒徑越大，則吸水率越小，試驗結果如圖5（b）所示。

依照國家現行規范標準，對烏魯木齊地區再生粗骨料進行類別劃分，初步將其劃分到Ⅰ類和Ⅱ類，如表4所示。

表3　再生骨料基本性能試驗研究結果

圖5　試驗研究再生骨料吸水率結果分析

表4　烏魯木齊地區再生骨料劃分

3　再生混凝土基本性能研究

3.1 配合比設計

配制再生粗骨料混凝土，配合比設計如表5和表6所示，通過再生混凝土附加用水量公式（1）測定砂漿附著含量對附加用水量，選取凈用水量的5%、10%、15%，共制作18組×3個=54個試塊。

ΔW=r·m·g（0.1386X-1.6355）（式1）

3.2 工作性能和抗壓強度

可選取凈水灰比為0.45時的配合比作為再生混凝土最優配合比，如圖6所示。不考慮附加用水量，再生混凝土的坍落度較普通混凝土都偏小，如圖7所示。

4　摻鋰渣再生混凝土基本性能

4.1 抗壓強度測定

基于再生粗骨料混凝土的研究現狀及新疆地區特點，通過研究立方體與棱柱體抗壓強度、劈裂抗拉強度、彈性模量等力學指標，望能給摻鋰渣再生粗骨料混凝土實際應用提供試驗依據。

圖6　再生粗骨料混凝土性能研究流程

表5　C30混凝土配合比設計（未考慮△W）

表6　C30混凝土配合比設計（考慮△W）

圖7　再生混凝土試驗研究工作性能和抗壓強度

圖8　摻鋰渣再生混凝土試塊抗壓強度測定

圖9　摻鋰渣再生混凝土試塊抗壓強度測定

采用相同配合比制作以鋰渣摻量是0%、10%、15%、20%、25%及再生粗骨料取代率是0%、30%、50%、70%作為變量的20種混凝土，制作360個150mm×150mm× 150mm標準立方體及120個150mm×150mm×300mm標準棱柱體試件，依照標準測試方法測定3d、7d、28d的立方體抗壓強度和劈拉強度，以及28d棱柱體抗壓強度和彈性模量，結果如圖8所示。

4.2 抗拉強度

為探索鋰渣摻量、再生粗骨料摻量以及齡期對混凝土抗拉性能的影響規律，采用標準立方體試件進行劈裂抗拉試驗研究.結果表明，在再生混凝土中摻入鋰渣可以有效提高其抗拉強度.

綜上所述，取代70%粗骨料且摻10%鋰渣后，3d、7d劈拉強度達到最高，比未摻鋰渣的普通混凝土增長119.66%和61.99%。而取代70%粗骨料及摻15%鋰渣后，28d抗拉強度達到峰值較未摻鋰渣普通混凝土增長57.50%，如圖9所示。

5　發展新疆地區再生混凝土的建議與展望

5.1 推動新疆地區建筑垃圾資源化的建議

⑴加強立法、管理工作；

⑵加強技術支撐；

⑶優化建筑設計；

⑷加強對施工現場及建筑垃圾收納廠的管理；

⑸合理利用建筑垃圾。

5.2 推動新疆地區建筑垃圾資源化的建議

新疆地區的再生混凝土存在著很多問題，但是發展潛力很大。在新疆地區對廢棄混凝土的回收利用也有一定的優勢。結合新疆地區的特點，大量工業廢棄物鋰渣和建筑廢棄物綜合利用，改善再生混凝土性能，推廣再生混凝土技術，實現“雙廢”利用。從根本上解決環境污染的問題，使建筑垃圾的回收再利用走上可持續發展的道路。

［1］烏魯木齊統計年鑒2015.

［2］朱慈勉，李壇.廢棄混凝土摻合型再生混凝土的力學性能［J］.華南理工大學學報：自然科學版，2014，42（2）：50-56.

［3］GluzhgePJ.Theworkofscientificresearch institute［J］.GidrotekhnicheskoyeStroitel'stvo，1946，4：27-28.

［4］ EvangelistaL，BritoDJ.Mechanicalbehaviorof concretemadewithfinerecycledconcreteaggregates［J］.Cement&Concrete Composites，2007，29（5）：397-401.

［5］Gayarre F L，Serna P，Domingo A，et al.Influence of recy-cled aggregate quality and proportioning criteria on recy-cled concrete properties［J］.Waste Management，2009（12）：3022-3028.

［6］楊海峰，孟少平，鄧志恒.高強再生混凝土常規三軸受壓本構曲線試驗［J］.江蘇大學學報：自然科學版，2011，32（5）：597-601.

［7］朋改非，黃艷竹，張九峰.骨料缺陷對再生混凝土力學性能的影響［J］.建筑材料學報，2012，15（1）：80-84.

［8］張永娟，何舜，張雄，等.再生混凝土Bolomey公式的修正［J］.建筑材料學報，2012，15（4）：538-543.

［9］陳宗平，徐金俊，鄭華海，等.再生混凝土基本力學性能試驗及應力應變本構關系［J］.建筑材料學報，2013，16（1）：24-32.

［10］肖建莊.再生混凝土［M］.北京：中國建筑工業出版社，2008.

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

［12］GB/T 25177-2010，混凝土用再生粗骨料［S］.北京：中國標準出版社，2010.

*項目來源：

烏魯木齊市建設科技項目經費資助（項目編號：2015019）