再生混凝土研究現狀及意義綜述

(廣州大學 廣東 廣州 511400)

引言

隨著鋼筋混凝土建筑的不斷老化、城市建設帶來的拆遷改造而產生的建筑垃圾越來越多，中國國家發展改革委發布的《中國資源綜合利用年度報告(2014)》報告指出：2013年，中國建筑垃圾產生量約為10億t，建筑垃圾綜合利用量5 000萬t，目前中國建筑垃圾資源化利用率僅為5%[1]。由于產生的建筑垃圾越來越多，解決辦法大多數也只是作為回填材料簡單處理，或者運往郊外露天堆放和掩埋，這種處理方式是十分欠妥的，對資源和環境都是極大浪費和破壞，而且經濟效益也不甚理想。再生混凝土是指將廢棄的混凝土塊經過破碎、清洗、分級后，按一定比例與級配混合，部分或全部代替砂石等天然集料(主要是粗集料)，再加入水泥、水等配而成的新混凝土。再生混凝土按集料的組合形式可以有以下幾種情況：集料全部為再生集料；粗集料為再生集料、細集料為天然砂；粗集料為天然碎石或卵石、細集料為再生集料；再生集料替代部分粗集料或細集料。再生混凝土不僅把廢棄的混凝土利用起來，而且把一些廢棄的其它材料(如廢棄的橡膠、陶瓷、玻璃等)也應用到其中，有利于節能減排，環境保護，符合國家可持續發展戰略，具有良好的發展前景。

而目前國內外都重視對再生混凝土的研究，但基本上都只是處于試驗室階段，應用到實際工程中少之又少，因為再生混凝土存在著一些缺陷。

一、國內外再生混凝土研究發展

(一)國外再生混凝土研究現狀

二戰之后，如何處理好戰爭導致的建筑廢墟成為各國科學家們一個重要的研究課題。尤其是歐美、前蘇聯和日本等國家，進行了大量的技術研究，再生混凝土技術則成為了科學家們的研究方向。荷蘭是最早進行再生混凝土技術研究的國家之一，其研究成果非常成熟，對廢棄建筑垃圾的利用率達到了90%，居歐洲第一。而且在20 世紀80年代，荷蘭制定了再生混凝土技術的相關規范，規范明確規定了利用再生骨料制備再生混凝土的技術要求。美國作為科技大國，也是最早研究再生混凝土技術的國家之一，除了制定相關的技術規范，還頒布了《超級基金法》作為再生混凝土發展的法律依據，其將再生混凝土應用在道路建設中的技術尤為成熟，對密歇根州的兩條用再生混凝土鋪筑的公路進行了再生骨料混凝土干縮性能試驗研究。日本是資源匱乏的國家，對再生混凝土技術非常重視，早在1977 年就制定了《再生集料和再生混凝土使用規范》，并建立了以處理廢棄混凝土為主的再生加工廠，生產再生水泥和再生集料，在1996 年制定了《再生資源法》，為廢棄建筑垃圾再利用提供法律依據。在國際上，國際材料與結構研究實驗聯合會(RILEM)己召開了5次有關廢棄混凝土再利用的專題國際會議，提出混凝土必須綠色化[2-3]。

(二)國內再生混凝土研究現狀

國內發展再生混凝土技術起步比較晚，利用率較低，但發展至今已有一些不錯的成果。在政府的大力支持下，我國的專家學者和科研人員進行了大量的實驗研究。肖建莊[5]做了大量的關于再生混凝土技術的試驗研究，通過試驗得知，再生骨料的取代率是再生混凝土立方體抗壓強度等其他力學性能影響主要因素之一，但當再生骨料取代率小于30%時，影響較小。張亞梅等[6]采用再生集料預吸水方法，成功配制出的再生混凝土28d抗壓強度達到54.6MPa。除此之外，其他專家學者也進行了大量研究并取得了一定的進展。政府相關部門也制定了相關政策，1997年建設部將“建筑廢綜合利用”列入了科技成果重點推廣項目。2007年科技部將“建筑垃圾再生產品的研究開發”列入國家科技支撐計劃[4]。

二、再生混凝土的類型

再生混凝土的組成材料除廢棄混凝土骨料外還會摻加其它材料，如纖維、橡膠、陶瓷、玻璃及納米材料。鋼纖維的摻入對再生混凝土的立方體抗壓強度、軸心抗壓強度、彈性模量、劈裂抗拉強度和抗折強度均有所提高，PP 纖維加入再生混凝土中對軸心抗拉、劈裂、抗彎強度、延性的提高作用明顯，但是對抗壓強度的提高作用幅度存在爭議[7]。橡膠微粒的摻入，提高了橡膠集料再生混凝土的延性,廢橡膠再生混凝土的抗拉強度隨著橡膠顆粒摻量的增加而先增加后減小；再生混凝土的強度隨著陶瓷粗骨料摻量的增加而降低；但當摻量為100%時，再生混凝土抗壓強度仍然滿足要求[1]。摻入1%的納米SiO2的再生混凝土或摻入2%的納米CaCO3的再生混凝土能有效的提高再生混凝土準靜態下的受壓強度及動態受壓強度、能提高試件的沖擊韌性、減小再生混凝土的應變率敏感性[8]。

總的來說，適當的摻入其它材料可以提高再生混凝土的一些力學性能，但是國內主要還是對廢棄混凝土骨料研究較多，也應注重研究其它的材料摻入的影響，從而更好的改善再生混凝土的性能，從而應用到實際工程中。

三、再生混凝土的配置方法

目前，配制再生混凝土的方法有兩種，一種為傳統替代法，即以對比普通混凝土配合比為基礎，再生骨料以等體積全部或部分替代天然粗骨料的一種方法。此方法配制的再生混凝土，與對比普通混凝土具有相同的新拌砂漿的總體積。另一種方法為Fathifazl提出的EMV法，即將再生骨料中的原生粗骨料及其表面上附著的砂漿看作是不同的固相，同時必須滿足與對比普通混凝土具有相同的砂漿總體積(再生骨料混凝土中砂漿總體積為新拌砂漿體積與再生骨料上附著砂漿體積之和)的配合比方法。由于新拌砂漿體積相對較少，該方法配制的再生混凝土工作性能較差，應用較少。

四、結論及展望

(1)再生混凝土的力學性能較天然混凝土的低，但未來針對這些缺陷去采用一些材料去摻入，從而使再生混凝土的性能變好，更好的應用在實際工程中。(2)再生骨料取代率、水灰比影響再生混凝土的力學性能較為突出的因素。(3)由于再生骨料存在裂縫，故再生混凝土配合比設計與常規混凝土配合比設計并不相同，兩者間存在明顯差距，尤其是在附加水量的控制上差距較為顯著，故不應按常規混凝土的配合比去設計。(4)除了研究再生混凝土的一些基本力學性能，也應加大對其動力性能及高溫下的力學性能等的研究。(5)國內外學者對再生混凝土研究的結論存在差異，還必須對此課題做更為深入和全面的研究，從而制定出一系列統一標準和規范，使再生混凝土得到大規模實際應用。