再生粗骨料強化方式研究進展

(1.青島理工大學土木工程學院 山東 青島 266033；2.山東省臨沂市沂水縣曉霞幼兒園 山東 臨沂 276400)

一、引言

近年來，由于城市化進程加快，帶動了建筑業的蓬勃發展，因此建筑材料的需求量上漲，建筑垃圾的產量也與日俱增，有關文獻指出，建造10000m2構筑物就大約產生500～600噸的建材垃圾，拆除1m2建筑物也會產生0.5～1m3的建筑垃圾，另外，地震等自然災害引發的建筑物損壞和倒塌，形成大量的建筑廢棄物，比如，發生在1995年的日本阪神地震，產生了約1700萬噸的廢棄混凝土；1999年，921大地震廢棄混凝土總量達1000萬m3；2008年汶川大地震，造成多達650萬間房屋倒塌，建筑垃圾總量超過5億噸；2010年玉樹地震造成的建筑垃圾也超過了400萬噸。目前建筑垃圾最常用的處理方式就是堆放和就地掩埋[1]，眾多的建筑垃圾得不到有效利用不但占用土地資源、污染環境，而且有悖我國可持續發展戰略，因此將建筑垃圾循環利用于實際工程是大勢所趨。

二、再生骨料

再生骨料是由廢棄的混凝土、砌塊等建筑垃圾通過分揀、機械破碎和篩分等工藝處理，得到的粒徑不大于40mm，并且能夠滿足建筑工程使用的骨料顆粒，根據其顆粒粒徑的大小可以分為再生細骨料(和再生粗骨料，一般認為粒徑大于4.75mm的顆粒為再生粗骨料。

因再生粗骨料本身附著有舊砂漿層，顆粒棱角多，表面粗糙，導致再生粗骨料表觀密度、堆積密度小，孔隙率、吸水率大，壓碎指標高等缺點，諸多不利因素限制了再生骨料的發展和應用，所以最初再生粗骨料只能用于配置低強度等級的再生混凝土，僅在路面工程、基礎或非承重構件中得到少量使用。

三、再生粗骨料強化方式

將廢棄混凝土塊體破碎后制成再生骨料將是解決建筑垃圾問題的一條有效途徑。但是再生骨料孔隙多、棱角多、壓碎指標高[2]，導致再生混凝土性能下降，所以采取一系列強化措施刻不容緩。為了提高再生粗骨料的利用率，推廣再生混凝土的應用領域，國內外學者針對再生粗骨料開展了不同的研究課題，同時根據再生粗骨料的自身特點提出了許多強化方法。目前為止，按照強化的方法和手段可分為物理強化、化學強化、微生物強化。

(一)物理強化

物理強化是依靠機械設備，對破碎的再生粗骨料進行打磨處理，使骨料與骨料之間或骨料與機械設備之間相互碰撞、摩擦，去除再生粗骨料表面附著的砂漿層和過多的棱角，使再生骨料的外觀更接近天然骨料。如由日本三菱公司研發的加熱研磨法，首先把簡單破碎并且粒徑小于40mm的再生粗骨料加熱到300℃以上，使附著在再生粗骨料表面的水泥砂漿脫水和脆化，再將高溫處理過的再生粗骨料放入研磨設備中，有效的去除骨料表面的舊砂漿。還有日本竹中公務店提出的立式偏心裝置研磨法和日本太平洋水泥株式會社研發的臥式機械強制研磨法，都是使再生粗骨料在高速旋轉偏心輪和耐磨襯板的研磨作用下把砂漿層打磨掉，進而使再生粗骨料得到強化。借鑒國外經驗，青島理工大學李秋義[3]提出的顆粒整形技術是利用高速旋轉的撒料盤帶動骨料高速運動，產生離心作用，通過骨料與機械或骨料與骨料之間的相互碰撞、摩擦，使骨料表面的砂漿層自動剝離，消除了多余的棱角，得到粒形較好，吸水率和壓碎指標都較低的再生粗骨料，是國內現階段行之有效的物理強化法。

(二)化學強化

化學強化是利用化學溶液對再生粗骨料進行噴淋、浸泡、干燥等過程，使化學溶液中的某種物質與再生粗骨料的某種物質發生化學反應，對再生粗骨料的孔隙、微裂紋進行填充和修復，降低骨料的孔隙率，提高骨料強度。朱亞光等通過硅烷浸泡再生粗骨料的試驗發現，浸泡后粗骨料的外表面出現一層憎水膜，使再生粗骨料的吸水率明顯降低。程海麗、王彩彥配制了5%、10%、20%、30%、40%五種濃度的水玻璃溶液，每一種濃度溶液對再生粗骨料浸泡時間分別為1h、5h、24h，通過試驗結果的對比分析得出：在5%濃度情況下對再生粗骨料浸泡1h可使再生粗骨料得到最佳改善，再生混凝土的7d、28d、60d抗壓強度分別提高66%、21%、19%。

(三)微生物強化

微生物強化法也稱微生物礦化沉積技術，是依靠自然界某些礦化微生物自身的碳酸鈣誘導沉積功能，對有滲透性的有孔介質進行填塞或黏合，具有細化材料孔徑，修復混凝土材料微裂縫的作用。Bang等學者全面探討了巴氏芽孢桿菌對碳酸鈣的誘導沉積作用，開創了利用微生物沉積技術修復混凝土自身裂縫的先河。張曉彤利用假堅強芽孢桿菌(DSM8715)菌液對再生粗骨料進行了浸泡，經該菌種礦化沉積處理后，再生粗骨料的壓碎指標降低了15%，5～10mm、10～20mm再生粗骨料的吸水率分別降低了13.3%和10.3%。本課題組吳春然[5]等人利用兩種不同菌種浸泡再生骨料測試其孔結構參數，試驗發現，微生物技術對再生骨料孔結構的改善有顯著效果。

三、結論

根據目前國內外對再生粗骨料的幾種強化方式的試驗研究發現，再生粗骨料經強化處理后，吸水率下降、表觀密度增加、壓碎指標下降，再生骨料的孔結構以及界面性能明顯改善，由處理后的再生粗骨料制備的再生混凝土也完全可以滿足實際工程的要求。