再生混凝土技術在裝配式建筑中的研究與應用

魯文斌

(湖南省第五工程有限公司，湖南 株洲 412000)

1 引言

混凝土是世界上使用最廣泛的建筑材料，也是預制建筑物中使用最廣泛的建筑材料之一[1]。混凝土的制備消耗了許多自然資源和能源，例如沙子、水泥和水。這些資源的長期使用和混凝土廢物的不合理清理嚴重破壞了生態環境。 1998年，中國提出了再生混凝土的概念[2]。可以對混凝土廢料進行清洗、破碎、分類和計量，以產生“回收骨料”[3]。合理使用再生混凝土可以有效地節省額外的自然資源，并且在保護環境和自然資源方面具有非常重要的作用和重要性[4]。

2 裝配式建筑的概述

2.1 裝配式建筑的概念

通過在預制工廠生產預制混凝土構件，實際建設時通過連接件進行有效連接并現場澆筑混凝土形成整體的建筑結構，以這種方式進行施工建設的建筑稱為裝配式建筑[5]。

2.2 裝配式建筑的優勢

這類建筑的構件是在專門的工廠，開展標準化的生產，通過集成化生產的方式加快了建筑產業的生產和建造效率[6]。在對裝配式的混凝土構件進行吊裝和安裝時，因其大大減少了現場施工中進行的混凝土澆筑等工序，可有效地將建筑施工噪聲與粉塵降低[7]。通過集成化的安裝構件，可減少混凝土在澆筑中可能產生的問題，有效地避免了不合格構件的出現，從而大大節約了施工資源。在建設階段也減少了碳排放的產生，節約了能源[8，9]。

2.3 裝配式建筑效益的分類

隨著我國裝配式建筑在民用建材上的廣泛運用，使得我國民用建材生產方式有很大的改變，實現了節能、環保和綠色低碳的整體綜合效益，因此，從市場經濟效益、環境效益與社會效益三方面進行分析，著重開展效益分析[10]。

3 再生混凝土技術

3.1 再生混凝土骨料的制作方法

再生混凝土是指將廢混凝土塊按一定比例進行破碎，清洗(圖1)，分類，部分或完全替代天然集料(主要是粗集料)，如砂石，碎石，然后加入水泥和水制成的新型混凝土[11]。

圖1 再生骨料清洗

3.2 再生混凝土配合比試驗研究

根據再生混凝土的配合比，可以提高混凝土攪拌站的成熟配合比。它已經在預制工廠中使用了很長時間，并且與原料混合站中使用的原料是相同的，只是用于聚合的原料已經很長時間了[12]。再生骨料的性能，沙子的比例，水和粘結劑的比例，膠凝材料的量以及礦物摻合料的類型和含量對混凝土的性能有重要影響[13]。但是，由于測試混合比是基于原始混合比和混合站的原料，因此，主要根據再生建筑廢料骨料的特性進行了對需水量和砂比的影響的實驗研究[14]。

3.3 再生混凝土性能研究

3.3.1 再生混凝土的機械性能是混凝土的重要性能

由于再生骨料有許多棱角，粗糙的表面和高孔隙率，與普通混凝土相比，再生混凝土的機械性能發生了較大變化[15]。具有相同混合比的再生混凝土的強度比天然骨料混凝土的強度低約10%，但隨著年齡的增長，這種差異會減小。因此，在預制構件的生產中，再生混凝土通常用于填充非承重預制構件，例如隔熱墻和墻板[16]。

3.3.2 再生混凝土的工作性能

例如流動性，良好的內聚性和坍落度保持能力，是現場施工中混凝土最重要的性能[17]。由于某些特殊形狀的預制部件的工作表面狹窄，并且鋼筋密度高，因此只能使用小型泵進行現場混凝土澆筑。再生混凝土可以根據實際需要調整添加顆粒的大小和適當的混合比。添加相應的外加劑不僅可以滿足混凝土的可加工性要求，而且可以使成型后的零部件外觀質量更加規范[18]。通常認為，與普通混凝土相比，再生混凝土具有較低的坍落度和較差的流動性。然而，由于骨料的粗糙表面，再生混凝土混合物的摩擦阻力增加，并且再生混凝土的保水率和黏度增加[19]。為了獲得與普通混凝土相同的性能，再生混凝土需要添加5%～15%的水。基于此，一些研究人員建議使用預飽和水，在使用前用水使回收的骨料飽和。

3.3.3 再生混凝土耐久性的抗碳化性和抗凍融性是混凝土耐久性的重要指標

可以得出結論：①隨著時間的流逝，混凝土砌塊的碳化深度逐漸增加，再生混凝土的抗碳化性比普通混凝土略差。主要原因可能是再生混凝土集料中存在一些裂縫，這些裂縫促進了碳化過程中二氧化碳的通過，并且抗碳化性略低[20]。②在相同的凍融循環條件下，凍融前后再生混凝土的質量損失比普通混凝土大，這是因為再生混凝土骨料的吸水率遠高于普通混凝土[21]。隨著溫度下降，混凝土孔中的水開始凍結，在此過程中，水的膨脹受到較大孔中凍結水的限制。但是，由于骨料本身中存在大量裂縫和空隙，再生混凝土受霜的解除的影響，但缺少自由孔來緩解膨脹壓力[22]。當靜水壓力作用在井壁上時，它將產生更高的抗拉強度，達到最大混凝土抗拉強度的可能性也更大。因此，再生混凝土的表面剝落得越多，對混凝土試塊的破壞就越嚴重。

3.3.4 再生混凝土構件外觀質量

再生混凝土組件的外觀質量主要是指表面平整度，裂縫，蜂窩表面和麻點。外觀質量主要受水泥，細骨料和粗骨料等因素影響。經過清洗和分類后，再生骨料接近天然骨料，對外觀質量影響很小。因此，改善外觀質量的更好方法是從生產過程和維護方法入手。

4 再生混凝土技術的應用

4.1 再生混凝土骨料破碎加工

目前，再生骨料的處理方法相近，即將不同的破碎設備、輸送機械、篩選設備和除雜設備有機地結合起來，完成雜質的破碎、篩選和處置過程，最終達到要求。回收的細骨料和粗骨料滿足質量要求[23]。生產過程分為3個階段：①預處理階段：去除殘留混凝土中的其他雜質，并使用破碎機將混凝土塊破碎成顆粒；在組裝組件的生產過程中，由于各種原因會取消組件，否則每天都會丟失混凝土廢料，這種混凝土廢料會占用大量的存儲空間，因此首要任務是銷毀這種廢料，即鋼鐵倉庫，破碎和拆除也可以單獨回收[14]。②破碎臺：混凝土塊在偏心輥上旋轉，彼此碰撞、摩擦和破碎，并去除粘附在管道表面的水泥漿和砂漿。地面混凝土塊具有不同的大小，形成連續的多級漸變。這些骨料層與水泥和摻合料混合形成再生混凝土。但是，由于對性能的影響，它只能用于安全系數較小的非承重組件，例如可滲透磚，路邊等[25]。③篩選階段：進行材料的最終篩選，消除水泥砂漿等顆粒，最終獲得高性能的再生骨料。經過篩分和清潔后，回收的骨料性能良好，接近天然骨料。選擇適當的混合比，可以形成性能良好的再生混凝土，可用于生產預制建筑物的非承重構件。用作填充墻，室外裝飾掛板等。

4.2 再生混凝土構件性能試驗

結合生產情況，可以將混凝土廢料粉碎用以生產預制構件，例如混凝土填充墻和混凝土保溫墻板，以及非承重構件，例如混凝土石料，用于道路和排水溝。研究了再生混凝土構件的機械和物理性能。通過實驗研究了再生骨料含量、添加劑含量和組分類型設計對混凝土組分的物理和機械性能的影響。通過與天然混凝土的比較，發現合理的墻體材料比例。然后，對再生混凝土構件進行了壓縮試驗。對設計規范中壓縮計算公式的比較分析為實際生產再生混凝土組件提供了測試依據。

5 再生混凝土技術主要技術難點和解決方法

5.1 技術難點

再生混凝土的主要技術難點是如何提高再生混凝土的強度。由于再生的骨料來自原始的廢棄混凝土，因此其中會出現一些裂縫，嚴重影響骨料的強度。由于混凝土碎片的復雜組成，混凝土的強度會發生變化。嚴重碳化經常發生在混凝土表面。混凝土骨料腐蝕和腐蝕后，內部會軟化，強度會大大降低。一般來說，混凝土骨料的強度較低，其應用也較復雜。目前，我國主要使用再生骨料混凝土生產中低質量混凝土。

5.2 解決方法

(1)增加混凝土的強度。為了增加混凝土的強度，必須不斷提高集料的增強效果。在此過程中，不可避免要進行機械和固溶處理。在機械處理過程中，其主要目的是從混凝土骨料表面去除水泥砂漿和其他成分。使用球磨機活化再生的混凝土骨料肯定會提高其質量。再生骨料的失效率大大降低，可以有效地用于鋼筋混凝土構件。處理溶液的復雜性相對較高，并且僅在用化學懸浮液(如酸)清洗后才能將聚集體浸泡。完全干燥后，可以進行有效處理。此外，必須優化回收骨料的結構以提高其密度、穩定性和堅固性。

(2)合理使用再生混凝土。預制建筑構件對混凝土的高強度和安全性能要求極大地限制了再生混凝土的發展。但是合理使用再生混凝土也可以在再生混凝土中發揮作用。在預制建筑組件中，有些使用非承重結構，例如填充墻，裝飾性懸掛面板和彩色混凝土[26]。它也可用于市政項目，例如透水磚，路緣石，排水溝等。然而，再生骨料的原始缺點已成為新型預制構件的優點，這些預制構件已得到合理使用并接近自然。

6 結語

以實踐可持續發展為目標，以建設環境友好型公司為目標，建筑廢料的回收利用已成為建筑業不可回避的話題。本研究開發和使用建筑廢料，例如再生骨料來代替全部或部分天然骨料。結果表明：一方面，它可以減少對沙子和礫石等礦產資源的購買，為公司節省成本，并減少因露天傾倒廢物而造成的環境污染；另一方面，隨著建筑材料和產品的快速發展，剩余資源利用的發展，這一趨勢將帶動高性能綠色混凝土和環保多功能材料的研究，特別是結構混凝土、彩色混凝土、室外裝飾懸掛板、高性能透水磚等。同時，由于減少了天然骨料的消耗，節省了礦產資源，使用再生骨料提高了天然骨料更換后的替代率，產品的性能要求也越來越高。隨著市場需求逐年增加，生產過程中混凝土的成本降低，并且在建筑與環境之間實現了良性循環。

由于再生骨料和天然骨料的性能不同，因此再生骨料混凝土和天然骨料混凝土的性能也不同。與天然骨料混凝土相比，再生混凝土具有較低的抗張強度、抗壓強度和坍落度。但是，如果使用正確的混合比和正確的添加劑，則再生混凝土的性能可以等于或優于天然混凝土。因此，使用混凝土廢料作為再生骨料來制造混凝土構件甚至可以代替天然混凝土構件，并在建筑資源的循環利用中發揮作用。具有節能環保的良好的經濟效益和社會效益，具有廣闊的應用前景。在預制建筑構件的生產中，混凝土每天都在流失。如果這種丟失的混凝土可以完全再利用，則可以將其轉變為具有不同特性的混凝土，并用于生產不同的組件，這可以產生非常顯著的經濟、社會和環境效益。