建筑垃圾資源化再生混凝土研究現狀分析

于媛 白偉偉 袁登科 楊永強 李瑾 奚亞青

摘 要：該文簡要介紹了國內外建筑垃圾資源化利用與再生混凝土技術的研究現狀，并從基本材料性能、構件承載力性能及構件抗裂變形性能3個方面，著重分析了我國針對再生混凝土及其結構體系關鍵問題的研究成果，明確了再生混凝土下一步的研究方向。

關鍵詞：建筑垃圾資源化 再生混凝土 關鍵技術

中圖分類號：X799.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）01（b）-00-02

隨著我國經濟建設不斷發展，城市化進程不斷加快，自然資源短缺與生態環境保護問題日益突出。建筑業作為我國國民經濟的重要支柱產業之一，近年來更是得到了突飛猛進的發展，但粗放經營模式的背后是大量舊建筑拆除所帶來的數目驚人的建筑垃圾。據全國范圍統計，截至2014年我國總建筑廢棄物存量至少達23億t，其中廢棄混凝土至少達7.7億t，預計到2020年我國建筑垃圾總量將超過50億t，這其中廢棄混凝土將達到17億t。

將建筑垃圾中廢棄混凝土塊經過破碎、篩選、清洗與分級后，按一定比例與級配混合形成再生骨料，部分或全部替代天然砂石骨料而生產得到再生混凝土，通過合理設計將其應用于建筑結構中成為再生混凝土結構。再生混凝土與再生混凝土結構的適時提出一方面利用了數目驚人的建筑垃圾，另一方面解決了天然骨料資源短缺的問題。

1 國內外關于建筑垃圾及再生混凝土技術的研究現狀

目前世界各國都在積極地開展建筑垃圾資源化利用與再生混凝土技術的探索和研究。其中美國、日本和歐洲等發達國家和地區對再生建筑材料循環利用的研究開始較早，但再生混凝土技術主要應用在一些非承重的次要結構中[1]，同時由于國內外在建材標準方面的差異使得國外部分研究成果不適用于我國實際情況。至21世紀初期，隨著國家對建筑垃圾資源化以及新型建筑材料可持續發展戰略的重視，我國學者逐漸開展了再生混凝土及其結構體系理論的關鍵科學問題的研究。

近年來西安建筑科技大學白國良科研團隊對再生混凝土及其結構工程應用做了大量工作，系統完成了再生骨料、再生混凝土、再生混凝土結構承載力、抗震等性能的研究工作，并與同濟大學分別在四川省都江堰地震災區建成再生混凝土抗震示范房1棟。同濟大學肖建莊教授最早開展了關于再生混凝土材料性能、結構設計方法方面的研究工作，北京工業大學、哈爾濱工業大學、大連理工大學、浙江大學、廣西大學、鄭州大學等高校及科研院所對再生混凝土材料相關領域開展了卓有成效的研究活動。

2 我國再生混凝土及其結構體系關鍵問題研究成果

2.1 再生混凝土基本性能的研究

再生粗骨料表層存在無法剝離的凝固水泥膠凝體，而表層膠凝體上的微細裂縫導致再生骨料較天然骨料具有表觀密度小、吸水率大的特點[2]，因此再生混凝土與普通混凝土在材料性能方面存在一定差異。西安建筑科技大學白國良、劉豐等研究了C20、C30、C40、C50這4個系列的再生混凝土，對構件中材料配比進行了最早的研究，得出采用再生骨料預吸水法效果最佳的結論。這種方法與大連理工大學史巍等基于自由水灰比之上的配比研究方法是一致的，均針對再生骨料吸水率較大的特點。即將再生混凝土拌和用水量分為兩部分：一部分為骨料所吸附的水分，稱為吸附水；另一部分為拌和水用量。吸附水的用量根據實驗確定，拌和水用量按普通混凝土配比研究方法確定，而在試驗進行過程中，這兩部分水是同時加入的。

2.2 再生混凝土構件承載性能的研究

以再生混凝土基本性能的研究為基礎，國內外學者對不同取代率（再生粗骨料占粗骨料總量比例）再生混凝土構件承載力性能進行了一系列試驗研究。西安建筑科技大學劉超、白國良等以及同濟大學肖建莊等對再生混凝土梁抗彎性能的研究較早，通過試驗對取代率為50%的再生混凝土梁與取代率為100%的天然骨料混凝土梁進行了承載力性能的對比[3]。研究表明，兩根再生混凝土梁與天然骨料混凝土梁的破壞機理相同，對于再生混凝土梁平截面假定對受彎的結果仍然適用，在極限承載力方面，再生混凝土梁均小于天然骨料混凝土梁。浙江大學白文輝分兩組6根梁，3種受拉縱筋的配筋率和3種再生骨料的替代率，通過試驗對比分析再生混凝土梁的正截面抗彎性能。結果表明，采用現行混凝土設計計算公式不滿足再生混凝土梁正截面承載力計算，需對現行計算公式進行修正。

2.3 再生混凝土構件抗裂、變形性能的研究

西安建筑科技大學劉超、白國良等，同濟大學肖建莊等對不同取代率再生混凝土梁進行了短期抗彎試驗。試驗結果表明，在開裂彎矩方面，相同條件下再生混凝土梁要小于普通混凝土梁，而相同條件下普通混凝土梁裂縫寬度比再生混凝土小。廣西大學林俊等進行了27塊非標準棱柱體試塊抗壓試驗和6根再生混凝土梁短期抗彎試驗[4]。試驗結果表明，再生混凝土開裂彎矩會隨著再生粗骨料取代率的增加而逐漸減小，現行混凝土規范公式不適合再生混凝土梁裂縫寬度計算。楊曦等研究了3根普通混凝土梁和27根再生混凝土梁的短期抗彎試驗過程。通過對比試驗得出結論：在抗裂性能方面，再生混凝土梁比普通混凝土梁差，而且抗裂計算不能沿用普通混凝土梁開裂彎矩計算公式；相同條件下，再生混凝土梁裂縫間距比普通混凝土梁小。

鄭州大學李平先等通過不同取代率，不同配筋率的再生混凝土梁試驗研究，得出結論：在梁撓度方面，相同荷載作用下再生混凝土梁比普通混凝土梁大10%左右。哈爾濱工業大學胡瓊等對不同取代率的15根再生混凝土梁在相同條件下進行了短期抗彎試驗。試驗結果表明：再生骨料混凝土梁與普通混凝土梁相比撓度大、剛度小。

3 結語

目前，國內外學者對建筑垃圾資源化利用與再生混凝土技術進行了大量的研究，從上述研究成果不難看出在配合比以及強度方面，再生混凝土相比普通混凝土有較大不同，這主要是由于再生粗骨料表面包裹著無法剝離的水泥膠凝體；而再生粗骨料表面的老砂漿層在再生混凝土中與新砂漿形成新老砂漿界面過渡區，使得再生混凝土結構性能發生了變化，特別是對再生混凝土構件在長期荷載作用下正常使用極限狀態的性能存在著很大的影響，這些變化成為影響再生混凝土工程推廣的重要因素。

通過目前國內外研究的發展趨勢不難看出，再生混凝土與型鋼形成的再生混凝土組合結構、再生粗骨料界面改性技術、再生粗骨料高品質提升技術將成為下一步研究熱點方向。特別是在長期荷載與環境因素耦合作用下再生混凝土的抗裂技術等研究成為工程技術推廣過程中的熱點研究領域。

參考文獻

[1] 劉數華，冷發光.再生混凝土技術[M].北京：中國建材工業出版社，2007.

[2] 孫躍東，周德源.我國再生混凝土的研究現狀和需要解決的問題[J].混凝土，2006（4）：25-28.

[3] 安昱嶧，張鋒劍，李曉文，等.再生混凝土砌塊抗折強度影響因素分析[J].磚瓦，2009（5）：26-29.

[4] 白國良，劉超，趙洪金，等.再生混凝土框架柱抗震性能試驗研究[J].地震工程與工程振動，2011，31（1）：61-66.