機(jī)場(chǎng)道面再生混凝土研究應(yīng)用展望

胡栓科

摘 要：在對(duì)國(guó)內(nèi)外再生混凝土研究應(yīng)用現(xiàn)狀詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，提出了在機(jī)場(chǎng)道面工程中應(yīng)用再生混凝土的可行性。針對(duì)再生骨料的特點(diǎn)，提出了配制機(jī)場(chǎng)道面再生混凝土的技術(shù)路線、機(jī)理與研究方向，為在機(jī)場(chǎng)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(guān)鍵詞：機(jī)場(chǎng)道面；再生混凝土；研究現(xiàn)狀；展望

Abstract： on the basis of detailed analysis of the application status of recycled concrete research at home and abroad， the feasibility of the application of recycled concrete airport pavement engineering. Recycled aggregate characteristics of the preparation of recycled concrete airport pavement technology roadmap， mechanism and research directions， provide a reference for the airport pavement engineering research， preparation and paving of high-performance recycled concrete pavement.

Key words： airport pavement； recycled concrete； research status； Outlook

再生混凝土是將廢棄混凝土塊經(jīng)破碎、清洗、分級(jí)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(lián)合國(guó)提出的“綠色”的三大含義。因此，它是一種可持續(xù)發(fā)展的綠色環(huán)保混凝土[2]。水泥混凝土是機(jī)場(chǎng)道面的主要建筑材料，在軍用機(jī)場(chǎng)翻修、改（擴(kuò)）建工程和戰(zhàn)時(shí)搶修中，如果將廢棄混凝土道面板就地充分利用，經(jīng)破碎、清洗、分級(jí)后成為再生骨料，配制道面再生混凝土鋪筑道面，則可以節(jié)約資源、節(jié)省能源，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，具有重大的軍事、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)環(huán)保效益。

1.再生混凝土研究應(yīng)用現(xiàn)狀

第二次世界大戰(zhàn)后，蘇聯(lián)、美國(guó)、德國(guó)、荷蘭、日本等國(guó)開(kāi)始對(duì)廢棄混凝土進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究和再生利用，并且已經(jīng)多次召開(kāi)有關(guān)廢棄混凝土的再生利用的專題國(guó)際會(huì)議。我國(guó)關(guān)于廢棄混凝土回收利用的研究起步較晚，但再生混凝土現(xiàn)在也已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)混凝土研究領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外研究者已經(jīng)取得了一些理論與成果[1][3]。

1.1 研究應(yīng)用現(xiàn)狀

美國(guó)自1982年起，在ASTM-33-82“混凝土骨料標(biāo)準(zhǔn)”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(shí)期，美國(guó)軍隊(duì)工程師協(xié)會(huì)（Society of American Military Engineers，SAME）也在相關(guān)規(guī)范和指南中鼓勵(lì)使用再生混凝土骨料[1]。美國(guó)政府還制定了《超基金法》[4]規(guī)定：“任何生產(chǎn)有工業(yè)廢棄物的企業(yè)，必須自行妥善處理，不得擅自隨意傾倒。”給再生混凝土的發(fā)展提供了法律保障。

日本由于國(guó)土面積小，資源相對(duì)匱乏，十分重視廢棄混凝土的重新開(kāi)發(fā)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(guī)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(xiàng)法規(guī)來(lái)保證再生混凝土的發(fā)展[1][3]。

我國(guó)政府制定的中長(zhǎng)期科教興國(guó)戰(zhàn)略和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，鼓勵(lì)廢棄物再生技術(shù)的研究和應(yīng)用，建設(shè)部將“建筑廢渣綜合利用”列入1997年科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，還先后頒布了《固體廢料污染環(huán)境保護(hù)法》、《城市固體垃圾處理法》，提高了其重視度[3]。我國(guó)再生混凝土的研究尚處于試驗(yàn)室階段，目前，國(guó)內(nèi)有數(shù)十家科研院所開(kāi)展了再生混凝土的研究，武漢理工大學(xué)等都開(kāi)展了再生混凝土研究[4]，研究工作逐漸深入。

關(guān)于再生混凝土的應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)外主要用于道路基礎(chǔ)和非承重結(jié)構(gòu)，較少用于承重混凝土結(jié)構(gòu)，機(jī)場(chǎng)道面中再生混凝土的研究應(yīng)用更少[3]。

1.2 目前已取得的理論與成果

國(guó)外，F(xiàn)ouad M.Khalaf和Alan S.DeVenny對(duì)建筑垃圾作為混凝土粗骨料再生利用進(jìn)行了回顧，對(duì)再生混凝土的配合比和強(qiáng)度等性能進(jìn)行了研究[5]。Mostafa Tavakoli和Parviz Soroushian對(duì)再生混凝土的干縮行為進(jìn)行了研究[6]，Nobuaki Otsuki等對(duì)再生骨料對(duì)混凝土的界面過(guò)渡區(qū)、強(qiáng)度、氯離子抗?jié)B性能和碳化的影響進(jìn)行了研究[1]。Salem R.M.和Oliveira M.B.對(duì)再生混凝土的抗凍融性能進(jìn)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(guó)內(nèi)，張亞梅、史巍等對(duì)再生混凝土配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行了初步研究[7-8]。武漢理工大學(xué)等對(duì)再生混凝土的配合比、力學(xué)性能和耐久性能進(jìn)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(yàn)條件以及試驗(yàn)方法存在較大的差異，國(guó)內(nèi)外研究者取得的結(jié)論不盡一致，歸納起來(lái)，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(shí)由于再生骨料在30min內(nèi)吸水率達(dá)到其總吸水率的90%左右，再生混凝土30min工作性經(jīng)時(shí)損失較大。

（2）再生混凝土的抗折、抗壓強(qiáng)度

Nixon等人發(fā)現(xiàn)，與天然骨料混凝土相比，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度降低5～30%。但是，Ridzuan、Yoda、朋改非和張亞梅等人發(fā)現(xiàn)再生混凝土的抗壓強(qiáng)度較天然骨料混凝土高2～20%。對(duì)于抗折強(qiáng)度，Kawamura等人的試驗(yàn)表明再生混凝土的抗折強(qiáng)度與天然骨料混凝土幾乎相同。而Ravindrarajah和Tam等的試驗(yàn)表明，再生混凝土的抗折強(qiáng)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(dǎo)致再生混凝土干縮值增加。大量試驗(yàn)結(jié)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(duì)不同水灰比的再生混凝土的抗凍融性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明再生混凝土的抗凍融性能并不低于甚至優(yōu)于天然骨料混凝土。但是，Nishibayashi和Yamura的試驗(yàn)則發(fā)現(xiàn)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(chǎn)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(duì)再生混凝土抗凍性能有較大影響。

（5）再生混凝土的抗?jié)B性能

伍超進(jìn)行的再生混凝土靜水壓力抗?jié)B試驗(yàn)表明，再生混凝土的抗?jié)B標(biāo)號(hào)高于一般工程設(shè)計(jì)要求的混凝土抗?jié)B標(biāo)號(hào)S8，完全可以保證在一般環(huán)境條件下混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B要求。肖開(kāi)濤、Otsuki等人對(duì)再生混凝土抗氯離子滲透能力進(jìn)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(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，再生骨料取代率低于50%時(shí)，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(guò)50%時(shí)，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(dāng)再生骨料取代率為100%時(shí)，再生混凝土的磨損深度較普通混凝土增加34% 。

2.技術(shù)路線與研究方向

在機(jī)場(chǎng)道面工程中研究應(yīng)用再生混凝土，關(guān)鍵是突破再生骨料表面粗糙、孔隙多、吸水率大等缺點(diǎn)，改善再生混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，采用摻加優(yōu)質(zhì)礦物摻合料和高效外加劑的“雙摻”技術(shù)路線，通過(guò)摻加高效減水劑，降低混凝土水灰比，減少孔隙率，提高密實(shí)度，摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰，其火山灰效應(yīng)改善再生混凝土過(guò)渡區(qū)，提高強(qiáng)度和耐久性，科學(xué)合理地配制出工作性好，施工方便，強(qiáng)度、抗凍、抗?jié)B、耐磨性能良好，滿足機(jī)場(chǎng)道面工程要求的道面再生混凝土。

2.1 “雙摻”技術(shù)路線機(jī)理

（1）摻優(yōu)質(zhì)粉煤灰。優(yōu)質(zhì)粉煤灰的滾珠效應(yīng)、分散效應(yīng)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(dòng)性、粘聚性和保水性。親水性效應(yīng)可以加速水泥的水化，提高再生混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度。火山灰效應(yīng)可以改善再生骨料的過(guò)渡區(qū)，對(duì)再生骨料有強(qiáng)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(jié)硬化過(guò)程中產(chǎn)生的絮凝狀結(jié)構(gòu)分散解體，將其包裹的游離水釋放出來(lái)，水泥—水體系處于相對(duì)穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，達(dá)到減水增強(qiáng)的目的。高效引氣減水劑，則在減水增強(qiáng)的同時(shí)，在混凝土攪拌過(guò)程能引入大量均勻分布、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡，這些氣泡能隔斷混凝土中毛細(xì)管，阻止水分遷移，緩解水分滲透壓力和結(jié)冰時(shí)的凍脹應(yīng)力[9]。

2.2 主要研究方向

（1）再生骨料生產(chǎn)工藝及基本性能研究

研究再生骨料生產(chǎn)工藝，包括舊道面的破除、破碎、清洗、分級(jí)等；對(duì)用于機(jī)場(chǎng)道面混凝土的再生骨料，研究其顆粒級(jí)配、堆積密度、表觀密度、吸水率、強(qiáng)度等指標(biāo)，提出適合機(jī)場(chǎng)道面混凝土的再生骨料性能指標(biāo)。

（2）道面再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)研究

通過(guò)摻加優(yōu)質(zhì)礦物摻合料和高效外加劑，進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化，對(duì)水泥用量、水灰比、礦物外摻料摻量、砂率和外加劑摻量進(jìn)行優(yōu)選，配制出工作性能好，易施工，強(qiáng)度、變形和耐久性能滿足機(jī)場(chǎng)道面工程要求的道面再生混凝土，提出適合機(jī)場(chǎng)道面工程的再生混凝土配合比設(shè)計(jì)方法。

（3）道面再生混凝土物理力學(xué)性能研究

①測(cè)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(jìn)行比較，提出用于寒冷地區(qū)道面再生混凝土合適的含氣量范圍。

②對(duì)新拌道面再生混凝土的初始工作度及工作度經(jīng)時(shí)損失進(jìn)行試驗(yàn)研究，提出合適的機(jī)場(chǎng)道面再生混凝土施工技術(shù)。

③進(jìn)行道面再生混凝土的抗折、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，研究道面再生混凝土與同配比天然骨料混凝土的強(qiáng)度、不同水膠比的道面再生混凝土的強(qiáng)度，分析水灰比對(duì)道面再生混凝土的影響規(guī)律。

（4）道面再生混凝土耐久性能研究

對(duì)道面再生混凝土的抗凍、抗?jié)B和耐磨等耐久性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，提出改善措施，配制出滿足機(jī)場(chǎng)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(duì)道面再生混凝土的干縮變形進(jìn)行試驗(yàn)研究，測(cè)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(jī)場(chǎng)道面工程要求再生混凝土。

3.結(jié)束語(yǔ)

（1）國(guó)內(nèi)外對(duì)再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)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(fù)雜性、變異性，使再生混凝土的應(yīng)用受到限制，在機(jī)場(chǎng)道面工程中應(yīng)用更少。

（2）在機(jī)場(chǎng)道面工程中開(kāi)發(fā)應(yīng)用再生混凝土，可以采用摻加優(yōu)質(zhì)礦物摻合料和高效外加劑的“雙摻”技術(shù)路線，進(jìn)行道面再生骨料的生產(chǎn)工藝及基本性能、道面再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)、物理力學(xué)性能、耐久性能、變形性能等幾個(gè)方向的研究，促進(jìn)再生混凝土在機(jī)場(chǎng)道面工程中的研究應(yīng)用與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉數(shù)華、冷發(fā)光著.再生混凝土技術(shù)[M].北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2007

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

[3] 鄧壽昌、張學(xué)兵、羅迎社.廢棄混凝土再生利用的現(xiàn)狀分析與研究展望[J].混凝土，2006（11）

[4] 肖開(kāi)濤.再生混凝土的性能及其改性研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)碩士學(xué)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(shè)計(jì)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(shù)及其配合比設(shè)計(jì)方法[J].建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2001（8）

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