再生細骨料在商品混凝土中的應用研究

張明，林智峰，楊金平，李建強，張海亮，崔慶怡

（1. 中鐵一局集團建筑安裝工程有限公司，陜西 西安 710043；2. 陜西省建筑科學研究院，陜西 西安 710082）

0 前言

隨著環境治理工作的加強和可持續發展理念的增強，無限制的開山取石也將受到限制，混凝土的發展逐漸轉向綠色環保化。西安市棚改項目的集中改造實施，產生了大量的固體廢棄物，再生骨料的利用將成為混凝土生產的重要資源。

再生細骨料是由建筑廢物中的混凝土、砂漿、石、磚瓦等加工而成，可用于配制混凝土和砂漿的、粒徑不大于 4.75mm 的顆粒。再生細骨料的利用不但能從根本上解決廢棄混凝土的處置問題，減少對環境的污染，而且能降低混凝土生產成本，節省天然骨料資源，緩解骨料供求矛盾。

1 概況

近二三十年來，隨著我國城市化進程加快，建筑業進入高速發展階段，大量舊建筑物被拆除，產生了大量的建筑垃圾，在建筑垃圾中作為最大宗的建筑固廢，廢棄混凝土所占份額最大。目前，我國每年澆注混凝土約20 億立方米，而混凝土中砂石骨料占總重量的 70% 以上，由此推算我國每年的開山采石約為 11～14 億立方米。近年來，我國一些地方進入建設發展高峰期，城市面貌日新月異。與此同時，由大量拆建導致的建筑垃圾也在快速增加。由于各種統計口徑不同，目前我國每年整體建筑垃圾的體量還沒有準確計算結果。但據業內人士估算，我國每年建筑垃圾產生量可達 20 億噸以上，并且年均增速可能保持 10% 以上。產生的建筑垃圾其中一小部分用于填筑海岸、充當道路和建筑物的基礎墊層外，絕大部分作為垃圾填埋，這不僅占用大量的土地（甚至是耕地），而且造成環境污染。為解決這些問題，我們必須改變傳統的混凝土生產方式，將混凝土的生產方式轉變到一個可持續發展的軌道上來。再生骨料混凝土技術可實現對固體廢棄物的再加工，使其恢復原有性能，形成新的建材產品，從而既能使有限資源得以利用，又解決了部分環保問題。這是發展綠色混凝土，實現建筑資源環境可持續發展的主要措施之一。

再生骨料混凝土簡稱再生混凝土，是將再生骨料按一定比例與級配混合，部分或全部替代天然骨料配制而成的混凝土，它能夠有效地實現資源的循環再利用，發展前景可觀。

我國在建筑廢料再生利用的方面研究起步較晚，還處于試驗和謹慎使用階段，2010 年國家頒布了 GB/T 25176—2010《混凝土和砂漿用再生細骨料》標準和GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》標準，并于 2011 年 8 月開始實施。目前再生骨料主要用于配制砌塊、砂漿及少量中低強度的混凝土，用于道路基層、墊層、便道及附屬設施，大范圍應用到商品混凝土企業的并不多。2019 年 4 月 1 日陜西省工程建設地方標準DBJ 61/T 155—2019《再生骨料泵送混凝土應用技術規程》實施。雖然政府推廣和倡導，但是再生骨料在混凝土中的應用得不到設計單位、建設單位、監理單位、施工單位的一致認可，再生骨料在混凝土中的推廣應用緩慢。

2 試驗所用原材料主要技術指標

（1）水泥使用寶雞鳳凰山水泥有限公司生產的海螺 P·O52.5 級水泥，其主要性能指標見表 1。

表1 水泥物理性能指標

（2）粉煤灰使用陜西蒲城電力實業有限公司生產的 F 類 Ⅱ 級粉煤灰，細度 13.8%，燒失量 4.1%，需水量比 96%，28d 活性指數 92%。

（3）礦粉使用陜西源杰工貿有限公司生產的 S95級礦粉，比表面積 420cm2/g，燒失量 0.3%，流動度比102%，28d 活性指數 105%。

（4）天然細骨料河砂產自渭河，含泥量 1.9%，泥塊含量 0.4%，細度模數 2.7，堆積密度 1520kg/m3。

人工細骨料機制砂產自柞水，石粉含量 13.0%，細度模數 3.0，堆積密度 1580kg/m3，壓碎指標 18.7%。

再生細骨料使用陜西漢秦再生資源利用有限公司生產的 Ⅲ 類再生細骨料，堆積密度 1310kg/m3，泥塊含量2.8%，細度模數 2.4，膠砂需水量比 1.40%，壓碎指標19.0%，抗壓強度比 0.79%，再生細骨料的放射性、堿含量、氯離子含量檢測結果見表 2。

表2 再生細骨料放射性、堿含量、氯離子含量檢測

（5）碎石使用柞水產的 5～25mm 碎石，含泥量0.4%，泥塊含量 0.1%，針片狀含量 3.0%，堆積密度1580kg/m3，壓碎指標 8.0%。

（6）外加劑使用聚羧酸高性能減水劑，其主要性能指標見表 3。

表3 外加劑主要性能指標

3 試驗研究過程

3.1 試驗研究

根據目前市場再生粗骨料推廣應用緩慢、推廣范圍主要用于配制砌塊、砂漿及少量中低強度的混凝土，本次研究以再生細骨料在商品混凝土中的應用研究為主。并提高再生細骨料的取代率和應用強度等級，做進一步的試驗研究。本次研究使用的再生細骨料符合 Ⅲ 類技術要求。將再生細骨料的取代率由標準規范要求的Ⅱ類不宜大于 50% 提高至 Ⅲ 類不大于 70%；提高再生細骨料混凝土的應用強度等級，在 C50 及以上強度等級中使用，再生細骨料的取代率控制在 40%～60%。

3.2 混凝土配合比確定

再生細骨料與人工機制砂配合比 A、再生細骨料與天然河砂配合比 B、以及純人工細骨料配合比 C、純天然細骨料配合比 D。其混凝土配合比分別見表 4。

表4 再生細骨料混凝土配合比 kg/m3

3.3 混凝土耐久性基本要求

詳見表 5。從表 5 中可以看出 16 種不同配合比最低強度等級 RC30 的水膠比最大為 0.41，滿足二 b 環境類別下 C30 混凝土最大水膠比 0.50 的要求；混凝土中的堿含量最大為 2.62kg/m3，摻再生細骨料混凝土各強度等級堿含量均滿足三 a 環境類別下不大于 3.0kg/m3的要求；混凝土中的氯離子含量最大為 0.070kg/m3，摻再生細骨料混凝土各強度等級氯離子最大含量均滿足三 a環境類別下不大于 0.10kg/m3的要求。符合 JGJ/T 240—2011《再生骨料應用技術規程》中的規定要求。

表5 各等級混凝土耐久性基本性能匯總表

3.4 混凝土各項性能指標

混凝土拌合物的工作性能及硬化后混凝土的力學性能和耐久性能試驗結果見表 6 和圖 1～3。

圖1 再生細骨料混凝土坍落度和擴展度檢測

圖2 混凝土抗壓強度對比圖

圖3 普通混凝土與再生混凝土壓碎后的內部照片

4 研究結論

（1）再生骨料混凝土的放射性指標符合 GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》標準中技術要求；堿含量、氯離子含量符合 GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》中的耐久性要求。

（2）摻再生細骨料混凝土不同取代率各強度等級立方體抗壓強度指標與純機制砂和河砂各強度等級立方體抗壓強度指標基本一致，均滿足相應強度等級設計要求。

（3）再生細骨料不同取代率下混凝土耐久性抗凍性能 RC30F150、RC40F200、RC50F300、RC60F300與純機制砂和河砂各強度等級凍融循環基本一致。

（4）再生細骨料不同取代率下混凝土耐久性抗氯離子滲透性能（電通量法）指標與純機制砂和河砂各強度等級抗氯離子滲透性能（電通量法）基本一致。

（5）再生細骨料不同取代率下各強度等級混凝土靜力受壓彈性模量指標要略高于純機制砂和河砂各強度等級靜力受壓彈性模量指標。

（6）再生細骨料不同取代率下混凝土的耐久性抗碳化性能與普通混凝土基本一致。

（7）通過再生細骨料在不同強度等級混凝土中的不同取代率試驗，Ⅲ類再生細骨料在混凝土中的取代率為 43%～69%，取代率均大于相關標準規范要求。再生細骨料混凝土的拌合物性能、力學性能、耐久性性能的技術指標均滿足標準要求。

（8）通過再生細骨料在不同強度等級混凝土中的不同取代率試驗，Ⅲ類再生細骨料在混凝土中的應用強度等級最高到 C60，使用的強度等級已高于相關標準規范要求。

（9）經過本次研究，筆者認為目前現行的再生骨料應用技術規程實施時間較早，隨著混凝土技術的快速發展，本次研究的結果顯示 Ⅲ 類再生細骨料可以滿足預拌混凝土的生產應用技術要求。其取代率可以根據再生細骨料的實際檢測情況適當地放寬取代率上限；強度等級可以根據再生細骨料的實際檢測情況適當的放寬應用強度等級上限。

（10）本次研究成果的數據支持對再生細骨料的推廣應用、再生細骨料混凝土各項技術性能的再認識將起到積極的推動作用，促進再生骨料混凝土技術的進一步提升。

5 經濟和社會效益

5.1 經濟效益

再生細骨料在商品混凝土中的應用，可以解決再生細骨料使用范圍受限、使用量低的問題，降低混凝土生產成本。以商品混凝土企業每年生產混凝土 60 萬立方計算，摻再生細骨料混凝土的產量占總產量的 70%。每立方混凝土中的再生細骨料使用量 400kg，則每年可使用再生細骨料 60×0.7×0.4=16.8 (萬噸)。按再生細骨料每噸價格比天然細骨料低 40 元計算，則一年可降低材料生產成本 16.8×40=672 (萬元)，產生的經濟效益顯著。

5.2 社會效益

再生細骨料的利用不但能從根本上解決固體廢棄物的處置問題，減少對環境的污染，而且因其生產加工都在城市周邊，運輸距離較其他細骨料的產地近，有效降低運輸能耗和二氧化碳的排放，節省天然骨料資源消耗量，緩解骨料供求矛盾。再生細骨料的使用必將帶來顯著地社會效益、經濟效益和環保效益，對社會的可持續發展具有深遠的影響。