再生骨料相關研究現狀綜述

馬嘯，張雙艷，姚宇飛，張凡

（武漢源錦商品混凝土有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

隨著開采量的增加，天然砂石資源已日益枯竭，近一段時期，國家環保政策也日益緊縮，這些因素導致混凝土企業面臨著空前的成本壓力。另一方面，隨著城市發展，老舊建筑、市政設施的拆除正產生著越來越多的混凝土碎塊等建筑垃圾，這些固體廢棄物的堆放和填埋浪費了大量的土地資源，對土地河流造成了污染[1-2]，對建筑垃圾的處理和再利用已經迫在眉睫。目前，針對再生骨料的利用，已經開展了深入的研究。

1 再生骨料的基本特性

再生骨料由于表面附著廢舊的水泥石、砂漿等，其表觀密度、堆積密度均小于天然骨料。在廢棄混凝土構件破碎的過程中，其表層舊有的水泥石、砂漿會產生裂紋，再加上水泥石、硬化砂漿的孔隙率本就高于天然骨料，所以再生骨料的壓碎指標明顯大于天然骨料，吸水率也大于天然骨料。張名杰等在試驗中檢測得到的數據（表1），很明顯地體現了再生骨料的這些特性[3]。且原生混凝土的等級越高，再生骨料的性能越好[4]。

由于再生骨料存在的這些特性，導致了再生混凝土的抗壓強度低于普通混凝土[3-4]。普通混凝土在設計其配合比時，首先應根據水泥抗壓強度等數據，利用Bolomey 強度公式計算水灰比。當用再生骨料配制混凝土時，混凝土強度與灰水比（C/W）具有良好的線性相關性，所以在設計再生骨料混凝土時，仍可使用Bolomey 公式進行計算[5-7]。

但其中 A、B 值不能套用天然骨料混凝土的回歸系數，須通過大量試驗進行確定。王曉飛[7]、鄧壽昌[8]等通過試驗測定了 A、B 值，但由于數據樣本小，仍然無法應用于生產。

表1 骨料基本性能

2 再生骨料的處理

再生骨料來源復雜，質量參差不齊，在使用前可先對其采取預處理，也可對配合比和生產工藝進行處理，各種手段的預處理可顯著提高再生骨料的性能，從而使再生混凝土的質量得到提高。

2.1 再生骨料生產時的處理

古松[9]等提出了一種多級破碎方式來生產再生骨料，將混凝土碎塊先經過一次人工揀選，然后依次經過一級篩分機、顎式破碎機、磁鐵分離器、分離臺、二次篩分機、沖洗裝置，這種生產方式可得到級配良好、含雜質少的高質量再生骨料，通過調整篩網，還可以得到不同粒徑、不同級配的產品，以滿足各種需求。再生骨料的生產過程中，清洗工序屬于必要環節，經過嚴格清洗的再生骨料，其含泥量、壓碎指標等檢測數據可接近于天然骨料[10]。此外，顆粒整形也能顯著提高再生骨料的性能。

2.2 化學強化

再生骨料的性能可通過化學強化來提升。郭遠新[11]等用濃度為 6% 的有機硅溶液對再生骨料進行了噴淋、浸漬、干燥處理，經測試，其吸水率、壓碎指標等性能指標都得到了提升，可基本達到與天然骨料相當的水平。這說明在生產應用中，化學處理可顯著提高再生骨料的可利用性。朱從香[12]的研究發現，經過化學浸泡的再生骨料配制的混凝土，其抗碳化性能有了顯著的提高，這是由于化學浸泡處理，可使再生骨料內部空隙率大大降低，使再生混凝土更加致密，從而提高了抗碳化能力。經過顆粒整形的再生骨料，在經過一次有機硅烷浸漬，其配制的再生混凝土，抗碳化性能甚至高于天然骨料配制的普通混凝土[13]。

2.3 物理強化

再生骨料配制而成的再生混凝土的抗拉伸性能往往低于普通混凝土。秦荷成[23]在配制過程中按 1.2kg/m3的摻量加入了聚丙烯纖維，得到的再生混凝土試件抗拉強度可提高 13%，這表明抗拉纖維外摻料也適用于再生混凝土。楊青[14]等在再生混凝土中引入了高活性納米SiO2和納米礦物摻合料，稱之為納米復合強化技術，這種方法不僅能明顯提高再生混凝土的強度，還能顯著提升其抗氯離子滲透性能和抗滲性能（抗滲等級達到 P10以上）。

肖建莊[15]等對一種新穎的處理技術進行了研究，即利用微波加熱的方法來去除再生骨料表面附著的舊有砂漿，來達到提升其品質的目的。試驗結果表面，微波加熱處理后的再生骨料，壓碎指標、孔隙率、吸水性等性能均有提高，表觀密度也有所增大，配制出的再生混凝土強度值也接近于普通混凝土，這為再生骨料的處理提供了新的思路。

2.4 摻合料的使用

在設計再生混凝土配比時，合理地引入摻合料可大幅提高其性能。與普通混凝土相同，礦粉、粉煤灰、硅灰、超細礦粉等礦物摻合料也可以在再生混凝土中得到良好的應用[16,17]。其中，將礦粉和超細礦粉復配用于再生混凝土，可較好地改善其工作性，同時也能獲得良好的力學性能[18]。在再生混凝土配合比中加入適量的粉煤灰，還可增強黏結強度，減弱滑移破壞的可能性，但粉煤灰用量過大時，黏結強度反而會降低[19]。可見再生骨料用于鋼筋混凝土中時，應確定粉煤灰的最合適用量。除礦物摻合料外，混雜鋼纖維也能被用于再生混凝土的生產，隨著混雜鋼纖維的摻入，再生混凝土的坍落度會急劇減小，但力學性能提升明顯，尤其是劈拉、抗折強度增長較多[20]，所以在路面工程中使用再生混凝土時，可考慮引入混雜鋼纖維。

2.5 拌制工藝的處理

除對再生骨料直接進行處理外，對再生混凝土的生產工藝進行處理，也能提高再生混凝土的性能。二次攪拌即是一種能達到此目的的生產工藝，它包括預拌水泥砂漿法、水泥裹石法、水泥裹砂法等[21]。王玲玲[22]采用水泥裹石法配制了再生混凝土，即按照水、水泥、石、砂的順序進行投料，得到的再生混凝土其抗壓強度、抗凍性能和抗硫酸鹽侵蝕性能均有提高，若同時采用再生骨料化學強化法和二次攪拌工藝，得到的再生混凝土性能更佳。

包容型再生混凝土也是一種可提升性能的生產工藝，即將再生骨料直接摻入特殊配比的新拌混凝土中進行拌制，使新拌混凝土包裹在其周圍。蔣鳳昌[23]等的試驗結果表明，用此種工法，在保證強度的前提下，再生骨料的摻入率可達到 30%。

高林[24]等在配制過程中，對再生骨料采取了骨架密實堆積法，通過合理搭配各級配區間骨料的用量，盡可能地減小再生骨料的孔隙率。試驗結果也驗證了設想，合理的級配合比法，可以有效地提高再生混凝土的強度性能。何士欽[25]等提出了一種利用再生骨料的新方法，將大塊混凝土不經完全破碎形成堆體，然后在堆體中澆筑高性能自密實混凝土，自密實混凝土因具有良好的流動性可充滿堆體形成堆體混凝土。經檢測，堆體混凝土的抗壓強度和抗拉強度均與所澆筑的自密實混凝土相當。這種方法簡化了再生骨料的生產處理過程，提高了廢棄混凝土的利用率，在一些特殊的工程中，具有很高的利用價值。

為使再生混凝土能更好的應用于鋼筋混凝土構件中，崔正龍[26]等探索了再生混凝土內填充法。設計的試驗將再生混凝土注入普通鋼筋混凝土制作的外殼之中，制作了內填充再生混凝土短柱，并進行了單軸抗壓測試。結果顯示，此種工法澆筑的內填充鋼筋再生混凝土短柱，軸向的抗變形能力與普通鋼筋混凝土并無大的差別，具有良好的韌性。

3 再生混凝土的特性

由于再生骨料與天然骨料在本身性質的差別，再生混凝土配制完成后，也具有與普通混凝土不同的特性，了解再生混凝土的特性，有助于對生產進行指導。在決定再生骨料可被用于何種工程、何種構件部位時，必須充分了解其特性。

3.1 新拌再生混凝土的工作性

如再生混凝土在拌制完成后，坍落度比相同配合比的普通混凝土要小，流動性差，且坍落度經時損失較大，這是由于再生骨料吸水率高所致，另一方面，再生混凝土粘聚性、保水性也較好[3]。若能控制得當，再生混凝土也可取得良好的工作性能，能夠滿足一般的泵送要求。

3.2 力學性能

如前文所述，再生骨料的堅固性低于天然骨料，這必然會導致再生混凝土強度的降低，大量試驗數據證明，再生混凝土的抗壓、抗折、劈裂抗拉等力學性能均普遍低于普通混凝土。但其差值在可控范圍之內，若控制得當，再生混凝土的力學性能仍可接近或達到普通混凝土的水平。

陳宗平[27]為研究再生混凝土在復雜應力狀態下的力學性能，對再生混凝土進行了三軸加載，測試結果發現在三向受壓狀態下，再生混凝土主要表現為剪切型破壞，而且隨著壓力值的增大，再生混凝土的彈性模量、峰值應力及峰值應變均顯著增大。

3.3 耐久性能

而在荷載過程中，再生混凝土的其它性質也會發生相應的改變，研究發現，在加上荷載以后，氯離子滲透率比普通混凝土要大，而且氯離子滲透率隨水灰比增大而增大[28]。

研究發現再生混凝土的抗凍性能較差[29]。曹芙波[30]等從微觀角度對再生混凝土的凍融破壞機理進行了研究，結果顯示，這一特性是由于再生混凝土內部受凍脹破壞加劇所致。SEM 照片顯示，內部結構最薄弱處存在于水泥砂漿與再生骨料界面過渡區內。

在復雜的使用環境中，混凝土不可避免會受到各種化學侵蝕，硫酸鹽侵蝕是化學侵蝕中最普遍的存在形式。賈文亮[31]在試驗中將再生混凝土和普通混凝土分別進行了硫酸鹽環境中的干濕循環處理，然后測試了混凝土試樣的表觀形貌、質量、強度等指標，結果顯示，再生混凝土的抗侵蝕能力隨再生骨料替代率降低。王忠星[32]等對經硫酸鹽侵蝕的再生混凝土的界面顯微結構進行了研究，發現各種界面過渡區變化規律不盡相同，但再生混凝土強度等級越高，同種界面的顯微強度隨之升高，界面過渡區寬度隨之減小，界面抗硫酸鹽侵蝕能力隨之增強。

4 再生骨料的應用

在日常生產中，再生骨料已經得到了越來越多的應用，一些高性能混凝土也可用再生骨料來生產。侯永利[33]等采用相同砂漿體積法配制了大流動性再生混凝土，測定了其坍落度、干濕表觀密度、立方體抗壓強度、軸心抗壓強度以及彈性模量，得到的各項結果均可接近天然骨料混凝土的水平。

雷斌[34]等研究了再生骨料在道路工程中的應用，按不同取代比例配制了再生混凝土，重點測試了各組試件的抗折強度，結果發現隨著再生骨料所占比例升高，試件抗折強度下降較多，這說明再生骨料對抗折強度的影響較大，所以在道路工程中使用再生骨料時，應控制其用量。除了普通路面，透水路面混凝土也可用到再生骨料，透水混凝土除需要一定的強度外，透水系數是一個很重要的指標，夏群[35]等探究了再生骨料對透水混凝土的強度和透水系數的影響，發現再生透水混凝土的表現出的各種規律均與普通混凝土類似，例如隨著成型壓力的增加，抗壓強度隨之升高而透水系數隨之降低，試驗總體表明再生骨料是十分合適的生產透水混凝土的原材料。

一般來說，由于廢棄混凝土的來源復雜且性質不穩定，多被生產成粗骨料使用，但是如果控制得當，也可將廢棄混凝土加工成細骨料來使用。余乃宗[36]等摻加一定量的再生細骨料配制了試驗砂漿，并改變粉煤灰占比進行了正交試驗，對砂漿強度進行了測試，發現與再生粗骨料類似，再生細骨料會造成砂漿強度的降低，而且這種影響大于粉煤灰的影響。在實際生產中，應依據GB/T 25176—2010《混凝土和砂漿用再生骨料》分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 三類，控制每一類的取代率，研究表明，Ⅰ類再生細骨料不宜超過 50%，Ⅱ、Ⅲ 類再生細骨料不宜超過 30%[37]。

5 結論與展望

再生骨料具有良好經濟效益與環境效益，在可以預見的未來，會越來越多的被用于實際生產。從以上各研究成果中，不難得出以下結論：

（1）再生骨料會使混凝土各項性能下降，使用時應控制其所占比例，若控制得當，仍然可以配制出高性能的混凝土。

（2）再生骨料經過各種處理后，性能可以得到顯著的提高，從而增加了再生骨料的適用范圍。

（3）再生骨料出用于普通建筑結構外，還可很好的用于透水混凝土等特種混凝土中，在實際生產中，應積極開發再生骨料的新用途。

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