特別策劃：再生骨料在混凝土中的應用

特別策劃：再生骨料在混凝土中的應用

編者按：經國內外研究證明，將再生骨料用于制備混凝土被證明是完全可行的。由于再生骨料在處理過程中表面難免會附有水泥砂漿，表面比較粗糙，且在生產過程中受到機械切割破碎和震蕩作用，骨料表面微裂紋增多，致使再生骨料的品質指標低于天然骨料；并且由于原材料及生產工藝的原因，再生骨料經常會混有雜質，這些都會影響再生骨料的質量，因此也限制了再生骨料的應用，再生骨料在混凝土中應如何應用？雖然目前再生骨料已經有相關標準，但人們在觀念上不太能接受將再生骨料應用于工程，尤其是結構工程中。本期特別策劃邀請大家談談再生骨料在混凝土中應用的技術和觀念上的問題。

段珍華（同濟大學土木工程學院建筑工程系，助理教授）

普遍認為再生骨料相比于天然砂石來說僅僅是其表面一般附著有大量的老砂漿。但破碎站實際生產的再生骨料遠遠不止這么簡單，如圖 1 所示，段珍華和潘智生指出，再生骨料除了骨料顆粒之外，還有可能包含少量的磚瓦和雜質成分；而對于單個骨料顆粒來說，它也可能有以下幾種形式存在：a) 部分或全部水泥砂漿包裹的碎石骨料；b) 水泥漿黏合幾塊碎石形成的骨料；c) 單獨的水泥漿塊骨料；d) 單獨的碎石骨料；除此之外，即使是同一種形式的骨料顆粒，也可能因其附著砂漿含量和質量的不同而存在極大差異。段珍華和潘智生針對不同來源及破碎方法獲取的再生骨料進行了大量的性能測試，發現再生骨料的來源及其破碎方式對其品質影響極大，主要表現在砂漿含量、表觀密度、吸水率、力學性能等各方面；再生骨料的品質是其所有性能指標的綜合體現，因此很難采用一個或者少數性能指標來全面地表征再生骨料的品質。研究結果顯示，當采用不同品質的再生骨料完全取代天然骨料制備各種等級的混凝土（C30～C80）時，即使在相同的配比下，由這些不同品質的再生骨料所制備的混凝土與普通混凝土相比無論在力學性能還是耐久性方面都存在極大的差異，且差異會隨著再生骨料品質的下降而顯著增大。因此為了推廣再生骨料在實際混凝土工程中的應用，必須要對再生骨料的來源和品質的差異引起重視。

再生骨料的復雜組分

丁麗芳，張磊（河北建設集團有限公司混凝土分公司）

隨著城市建筑產業的不斷發展，混凝土用量越來越多，在市政工程設施改造和擴建時，大量的危舊建筑物拆除所產生的建筑垃圾中，廢棄混凝土約占 34%。并且隨著建筑產業和公路交通的迅猛發展，今后混凝土碎塊的產生量將呈逐年上升趨勢。

在日本、美國等發達國家，十分重視將廢棄混凝土作為可用資源而重新開發利用，對于廢棄混凝土通過 300℃ 高溫加熱、微波等技術 100% 回收利用，尤其是國土面積小、資源相對匱乏的日本，將建筑垃圾視為建筑副產品。德國提出“在混凝土中采用再生混凝土骨料的應用指南”將再生混凝土主要應用于路面工程。近年，上海、北京等城市也嘗試了一些回收建筑垃圾的方式，比如：回填標高，圍海造田，堆山造景，制作建材等。

廢棄混凝土作為再生骨料在混凝土中應用，應從以下幾方面進行控制：

1 混凝土的單方用水量

相對于天然骨料而言，再生骨料表明和內部含有大量的微細裂紋、粉體含量高，因此吸水率大，試驗表明再生骨料的吸水率要比天然骨料吸水率大 3.0% 左右。由于再生骨料表面和內部的微細裂縫需要由膠凝材料漿體填充并包裹，所以漿體用量相對于天然骨料增多，為了達到相同的流動性必須增加混凝土用水量。試驗表明，摻 30% 再生骨料拌制混凝土，達到相同坍落度單方用水量需增加 5～10kg 左右。

2 混凝土堆積密度

同天然骨料相比，再生骨料表面包裹著相當數量的水泥砂漿，由于水泥砂漿的孔隙率大，棱角眾多，所以再生骨料的表觀密度和堆積密度比天然骨料低，試驗數據表明再生骨料堆積密度比天然骨料堆積密度小 10% 左右。試驗表明，摻30% 再生骨料拌制混凝土容重比天然骨料混凝土容重低 2%。

3 混凝土抗壓強度

再生骨料的壓碎值相對于天然骨料要低 10% 左右，這是因為再生骨料內部存在著因損傷積累而成的微細裂紋，雖然由水泥漿體填充，但是密實度仍低于天然骨料。相應資料表明，再生骨料摻量在 30% 以內，混凝土強度相對降低2.5MPa，因此在低強混凝土中可以摻加再生骨料，但是再生骨料摻量不宜超過骨料用量的 30%。

由于再生骨料來源于廢棄混凝土，經過破碎后再生骨料表面仍然被膠凝材料包裹，具有密度小、比表面積大、形狀不規則、孔隙率高等特點。由于再生骨料粒形多棱角，形狀不規則導致混凝土拌合物流動性在相同條件下比普通混凝土差。

廢棄混凝土回收再利用的研究，一方面解決了大量廢棄混凝土無法處理的困難，以及造成的生態環境日益惡化的問題，有利于環境保護與改善；另一方面可以減少混凝土中單方粗骨料的用量，有利于資源的綜合應用，從而減少對天然粗骨料的開采，減少建筑產業對資源的消耗，從根本上解決了天然粗骨料日益匱乏和大量砂石開采對生態環境的破壞問題，不管是提高經濟效益和社會效益，都有著重要意義。

耿飛（中建西部建設北方有限公司研發中心，研發工程師）

再生骨料因來源、加工工藝和品質等變化多端，從而配制出的再生混凝土質量難易控制，特別是配制大流動性混凝土時用水量變化較大。筆者結合自身經驗談談有關看法。

一、概述

將廢棄混凝土塊經清洗、破碎、分級和按合適比例相互配合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即為再生混凝土（也稱再生骨料混凝土）。再生混凝土可以解決自然資源的短缺問題，并能解決環境污染的問題，具有顯著的社會、經濟和環境效益，對城市的可持續發展有著非常深遠的意義。但再生骨料在加工處理過程中表面砂漿難以剝落，且在生產過程中受到機械沖擊、破碎等作用產生大量裂紋，導致再生骨料的品質低于天然骨料，特別是吸水率明顯高于天然骨料。因而在進行大流動性再生混凝土配制時，用水量是不得不考慮的因素。

二、采用普通混凝土配合比的設計方法

利用普通混凝土配合比進行大流動性再生混凝土配制時，因沒有考慮再生骨料吸水部分，在拌制過程中發現混凝土的工作性處于缺水狀態，且因再生骨料大量吸水，使水泥漿體中實際水灰比降低，從而導致再生混凝土相應齡期抗壓強度均略高于普通混凝土，且隨著再生骨料摻量的增加而提高。

三、采用額外增加用水量配合比的設計方法

采用額外增加用水量配制大流動性再生混凝土其具體方法是：按照普通混凝土配合比設計方法設計配合比，同時，在此用水量的基礎上增加再生骨料的吸水量。在拌制過程中發現初始再生混凝土工作性表現為用水量多的狀態，流動性較大，但很快流動性便會減小，表現為用水量不足，其用水量難以控制。由于額外增加了用水量，導致再生混凝土相應齡期抗壓強度均略低于普通混凝土，且隨著再生骨料摻量的增加而降低。

四、采用再生骨料飽和面干配合比的設計方法

采用再生骨料飽和面干狀態配制再生混凝土時，配制初期將再生骨料放入清水中侵泡一定時間（一般兩天左右）備用，其配合比設計采用普通混凝土配合比設計方法不用額外增加用水量。在拌制過程中發現混凝土的工作性良好，且隨著時間增加工作性損失較小，滿足大流動性混凝土施工性能要求。由于再生骨料處于飽和面干狀態，其內部含有一定量水分，對再生混凝土后期強度增加起到了內養護作用，使再生混凝土相應領期抗壓強度均略高于普通混凝土，且隨著再生骨料摻量的增加呈現先增加后降低趨勢。

總而言之，采用再生骨料飽和面干配合比設計方法配制低強度等級再生混凝土對其來源、加工工藝和品質等要求較低，特別是用水量較好控制。

孫繼成（建筑材料工業技術情報研究所，高工）

目前，我國建筑垃圾的產生量已占到城市垃圾總量的40%。據統計，在磚混結構、全現澆混凝土結構等類型的建筑施工過程中，每萬平方米會產生 500～600 噸的建筑垃圾。按此推算，我國每年城鄉新建房屋建筑面積近 20 億平方米來計算的話，我國每年僅建筑施工過程中就產生超過 1 億多噸的建筑垃圾。建筑垃圾的數量如此巨大，因此需要研究其再生利用在一些主流建材上。混凝土是世界上用量最大的建筑材料，而建筑垃圾中廢棄混凝土和磚塊是其主要組成部分，約占建筑垃圾的 80% 左右，利用廢棄混凝土和磚塊制備再生骨料和再生混凝土是現階段建筑垃圾資源化的主要且有效的途徑。

再生粗骨料與天然粗骨料（天然砂、石）相比，具有吸水率高、表觀密度小、界面性能差和堅固性差等基本性質，大多數研究結果證明，再生混凝土比天然骨料混凝土的強度低、彈性模量小，其主要原因是由于老砂漿和界面過渡區的存在。較差的指標特征是再生骨料和再生混凝土大規模應用受限的主要原因，因此改性技術對再生骨料的資源化與產業化推廣是非常有必要的。以下簡要描述國內外常用的再生骨料改性技術。

（1）加熱研磨技術。對初步破碎后的廢棄混凝土塊進行高溫加熱處理，使水泥石脫水、脆化，而后在磨機內對其進行沖擊和研磨處理，實現有效除去建筑垃圾再生骨料中的水泥石殘余物。加熱研磨處理工藝，不但可以回收高品質的建筑垃圾再生粗骨料，還可以回收高品質建筑垃圾再生細骨料和微骨料（粉料）。

（2）顆粒整形技術。再生骨料顆粒整形技術可以顯著提高再生骨料的顆粒堆積密度和表觀密度、降低再生骨料空隙率、吸水率和壓碎指標值。而且堆積密度、密實密度和針片狀骨料含量等指標均優于天然碎石骨料，完全能夠滿足配制普通混凝土的要求。

（3）微波加熱改性技術。微波加熱法提供了一種改善再生粗骨料及其配制混凝土性能的新思路。對再生骨料進行微波加熱處理后，可以明顯降低再生骨料的老砂漿含量、吸水率和壓碎指標，使再生骨料的物理化學指標更接近于天然骨料。

（4）酸洗改性技術。再生骨料通過酸洗后，各項性能得到改善，吸水率降低，配制再生混凝土，各項性能與天然骨料差別較小，力學性能甚至有所提高。

（5）碳化改性技術。碳化養護可以提高混凝土的抗壓強度，對于再生骨料來說，由于附著老砂漿的存在，對其進行碳化處理可以提高再生骨料的密實度，降低再生骨料的孔隙率和壓碎指標，可以有效的提高再生骨料和再生混凝土的力學性能指標。同時，具有良好的環境效益。

（6）顆粒級配調整。通過機械化生產的再生骨料可以滿足規范規定的骨料粒徑級配曲線。但是，與天然骨料相比，再生骨料的骨料粒徑大，級配連續性較差，對制備再生混凝土的整體性能是不利的。再生骨料的顆粒級配調整改性對再生混凝土的抗壓強度有明顯影響，適宜的再生骨料級配調整可以顯著提高再生混凝土的抗壓強度。

通過以上改性技術以及配套的建筑廢棄資源化處置技術和裝備，優化再生骨料和再生混凝土生產工藝，可以制備出高品質再生骨料和再生混凝土，使其具備良好的施工和易性、力學性能、體積穩定性、耐久性和結構性，可作為預拌及預制混凝土原材料，為再生混凝土制品產業化應用提供更加廣闊的平臺。

特別策劃預告

第 10 期——透水混凝土的施工技術及應用探討

透水混凝土因其具有透水、美觀、散熱和重量輕等特點，被應用在城市道路、綠化樹池、園林景觀道路、城市廣場等地方，成為海綿城市的“主力軍”。但透水混凝土的配合比設計與施工與普通混凝土會有較大區別，力學性能和透水率受原材料的影響較大，透水混凝土的施工對混凝土的性能也有較大的影響。本期特別策劃邀請大家對透水混凝土的原材料選擇、配合比設計、生產、施工技術及應用進行探討。

第 11 期——混凝土強度不足的原因分析及預防措施探討

在工程實踐中，由于種種原因，常會發生混凝土強度等級不足、達不到設計文件所要求的設計強度等級等情況，給建設工程帶來極大的安全隱患。應對這種問題，目前還缺乏一套系統的解決方案。本期特別策劃誠邀大家對造成混凝土強度等級不足的原因進行分析，并探討相應的預防措施。

請有興趣參與話題討論的讀者于當月 5日前將討論稿發送至郵箱：zgsphnt@126.com。歡迎大家踴躍參與！