再生混凝土在農(nóng)田水利建設(shè)中的應(yīng)用研究

黃瑤

南寧理工學(xué)院 廣西 桂林 541006

現(xiàn)階段，惡劣天氣頻發(fā)，我國水利設(shè)施存有規(guī)范低、配套設(shè)施差、衰老失修、作用衰退等致命性缺點。水利設(shè)施基本建設(shè)顯著落后于社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。更主要的是，為進(jìn)一步執(zhí)行西部發(fā)展戰(zhàn)略，積極主動拉動內(nèi)需，推動中西部地區(qū)又好又快的發(fā)展趨勢，“一號文件”(《中共中央國務(wù)院有關(guān)加速水利改革發(fā)展的決策》)初次對水利工作中進(jìn)行了全面部署。“把水利做為我國設(shè)備建設(shè)規(guī)劃的先行行業(yè)，把農(nóng)田水利做為鄉(xiāng)村設(shè)備建設(shè)規(guī)劃的重點項目”，一號文件明確指出，推動田地水利基本建設(shè)，推動鄉(xiāng)村飲水安全、農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉等產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。現(xiàn)階段在我國許多地域，輸水到田里的最后一個階段是土渠輸水，但是漏水比較嚴(yán)重，輸水能力低，土渠澆灌效率減低，導(dǎo)致水源的巨大消耗。然而，我國農(nóng)田自來水要通過干、支、桶、農(nóng)、毛五種方式運輸，溝渠建造過程中必定要耗費較多的混凝土。

1 再生混凝土農(nóng)田水利的概述

我國經(jīng)歷了新農(nóng)村規(guī)劃階段，村貌煥然一新。可是，也形成了大批量的建筑垃圾。傳統(tǒng)式的建筑垃圾處理方法主要是運往近郊區(qū)室外堆積或垃圾填埋，這不但會占有大量的土地資源，并且會明顯地造成空氣污染。建筑垃圾的有效解決和循環(huán)利用是綠色發(fā)展策略的關(guān)鍵構(gòu)成部分。

再生混凝土是將廢舊水泥混凝土通過生產(chǎn)加工、粉碎、等級分類，按一定比例混合產(chǎn)生再造石料，一部分或整體取代純天然石料而制作的混凝土。現(xiàn)階段的研究大多數(shù)聚集在如何使再生混凝土具備更高的抗壓強度，對廢舊水泥混凝土中的粗骨料也有更高的規(guī)定。這類再生混凝土主要利用廢舊水泥混凝土中顆粒粒徑為5mm～31.5mm的粗骨料，但材料還帶有舊混合砂漿、砂礫石和煙塵，成份繁雜，因此抗壓強度較天然骨料強度低。

材料表明，我國每一年形成的建筑垃圾數(shù)不勝數(shù)。這種建筑垃圾的主要成分是混凝土墊塊和瀝青混合料塊。這種建筑垃圾是城市生活垃圾的主要構(gòu)成部分，占生活垃圾量的近一半。廢舊混泥土每一年約占3000萬噸級，呈逐漸增多的發(fā)展趨勢[1]。傳統(tǒng)式建筑垃圾的主要處理方法是通過貨車?yán)\進(jìn)行丟棄，丟掉建筑垃圾也是存在很大的消耗，還破壞了生態(tài)環(huán)境。目前，我國十分重視廢棄物的回收利用，制訂相應(yīng)的相關(guān)法律法規(guī)，相繼頒布了國際性的文檔，對限定廢棄物的回收利用起到了一定的功效。

2 我國再生混凝土應(yīng)用于農(nóng)田水利工程的研究設(shè)計

2.1 明確地提出問題

現(xiàn)階段,世界水泥的年均生產(chǎn)約為28萬億m3,而中國水泥的年均生產(chǎn)約為13萬億～14億m3,大約占世界總產(chǎn)值的45%。據(jù)估算,目前中國每年的廢舊混凝土粉碎總量大約為4000萬噸級,其生產(chǎn)過程與處理方法對自然環(huán)境產(chǎn)生了很大的危害。在混凝土制造過程中,骨料一般占水泥生產(chǎn)量的75%，因而廢棄混凝土的回收利用已變成管理科學(xué)的主要課題研究。在水利建設(shè)中，混凝土的劑量特別大，假如廢棄混凝土可以獲得合理的加工處理和運用，生產(chǎn)加工成再生骨料，再做成再生混凝土，就變成可以循環(huán)利用的再生能源。既能降低廢棄混凝土對自然環(huán)境的環(huán)境污染，又能降低很多純天然骨料采掘?qū)ψ匀簧鷳B(tài)環(huán)境造成的危害，合乎綠色生態(tài)可持續(xù)發(fā)展觀的規(guī)定，具備顯著的社會發(fā)展、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的生態(tài)效益。文中主要從抗壓強度和使用性能剖析的視角科學(xué)研究再生混凝土在水利建設(shè)中的必要性和適應(yīng)能力[2]。

2.2 科學(xué)研究試驗的設(shè)計方案

2.2.1 試驗原材料

試驗材料為桂林海螺牌普通硅酸鹽水泥 P.O 42. 5；漓江河沙，中砂；天然粗骨料為碎石，粒徑為5mm～31.5mm；再生粗骨料由廢棄混凝土試塊原始設(shè)計強度等級為C30，齡期1 年左右， 經(jīng)過人工破碎、清洗、晾干、篩分后使用，粒徑范圍為2mm～31.5mm；水為桂林市居民生活用水。比照再生粗骨料和天然粗骨料的基礎(chǔ)特性，可以發(fā)覺再生粗骨料相對密度低、吸水性高、壓碎指標(biāo)值大，表明再生骨料孔隙率高、抗壓強度低，這主要是因為其表層依附了大批量的混合砂漿。

2.2.2 再生混凝土配合比

在達(dá)到混凝土粘結(jié)性的基本條件下，根據(jù)多次實驗明確再生混凝土和一般混凝土的配合比。再生混凝土為一般硅酸鹽水泥、中砂、水、天然碎石和再生粗骨料按一定比率配制攪拌而成。其中再生粗骨料通過繁雜的處理過程，包括挑選和清理晾干、篩分后使用。配制水灰比為0.47五組分別編號為A-1、A-2、A-3、A-4和A-0組（見表1）。此次實驗中A-1、A-2、A-3、A-4和A-0組的再生粗骨料粒徑范圍區(qū)間不同，是由于再生粗骨料的吸水性稍高于純天然骨料，在實際涉水環(huán)境需考慮含水率對再生混凝土力學(xué)性能影響。

表1 再生混凝土配合比設(shè)計

2.2.3 試樣的澆筑和保養(yǎng)

再生混凝土攪拌設(shè)備都是50升的攪拌器。加料次序是先添加水泥和砂，再添加粗骨料，最終放水，拌和3～5 min，隨后測塌落度。檢測坍落度后，將混凝土拌和物引入鋼模板中，24小時后拆板，并將其馬上放進(jìn)標(biāo)養(yǎng)室，在規(guī)范條件下保養(yǎng)28天，隨后取下并開展檢驗。全部的試樣都是同時鑄造的[3]。

2.2.4 測試標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《水利混凝土實驗技術(shù)規(guī)范》檢測混凝土的抗壓強度。

2.2.5 試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

從表2可以看出，粗骨料中帶有廢棄混凝土塊，不同的替代率會使混凝土的抗壓強度變化存在跳躍性。但倘若將廢棄混凝土塊粒徑控制在5mm～31.5mm，抗壓強度不易顯著降低。含水狀態(tài)下的再生粗骨料對應(yīng)的混凝土抗壓強度均低于干燥狀態(tài)下的再生粗骨料對應(yīng)的抗壓強度。表明再生混凝土含水狀態(tài)下抗壓強度受到一定影響，這是由于廢棄混凝土塊表層不光滑，再生粗骨料表層遮蓋有砂漿，同時在廢棄混凝土在破碎制作過程中，外力造成內(nèi)部很多微縫隙，從而影響再生混凝土的抗?jié)B性。同一組不同替代率的再生粗骨料的干燥狀態(tài)立方體試件抗壓強度受粗骨料粒徑范圍影響較大，A-1-1組的含水率小于A-1-2組，說明粗骨料顆粒粒徑較小在很大程度上危害再生混凝土的防滲漏性。粗骨料粒徑范圍較大時，粗骨料顆粒之間空隙由小顆粒的骨料填充，空隙率減少，對提高再生混凝土構(gòu)造密實度有一定影響。更為科學(xué)，增強了再生混凝土的防滲性。

表2 干濕狀態(tài)再生粗骨料對再生混凝土抗壓強度測試結(jié)果

3 在農(nóng)田水利工程混凝土中采用再生混凝土的可行性

3.1 試驗結(jié)果表明

（1）廢棄混凝土塊制備粗骨料時的骨料替代率不高時，廢棄混凝土通過篩選和清理后，再生混凝土的強度和抗?jié)B等級性略低于一般混凝土，但降低范圍并不大。

（2）再生混凝土中的廢舊混凝土塊如果處理后，若粗骨料采用粒徑范圍較小，其強度和抗?jié)B性會大幅度降低，但仍能達(dá)到農(nóng)田水利工程的要求。

總體來說，再生混凝土可以處理新農(nóng)村規(guī)劃留有的大量城市垃圾，只需對廢舊混凝土開展簡易篩除，骨料顆粒集配良好，有益于提升抗?jié)B性，控制成本[4]。

3.2 再生混凝土的抗壓強度影響

再生粗骨料與新舊水泥砂漿的粘結(jié)性弱，因為再生粗骨料孔隙率高，承擔(dān)徑向內(nèi)應(yīng)力時非常容易產(chǎn)生應(yīng)力；再生骨料抗壓強度低表明壓碎值大；再加上原始損害和二次損傷，再生粗骨料中出現(xiàn)很多的微縫隙。廢舊混凝土經(jīng)清除粉碎后，依照一定占比配制的再生粗骨料。大部分純天然骨料通過一定的配備后變成新的混凝土。

再生混凝土的抗壓強度受其含水率和再生骨料的粉碎的過程的影響。在環(huán)境變化時，基于干濕環(huán)境下，只替代一部分的粗骨料的再生混凝土抗壓性能影響較小。因為再生骨料表層遮蓋有混合砂漿，可以減少再生骨料與現(xiàn)階段新式混合砂漿中間的延展性，進(jìn)而合理加強強度。與此同時，再生骨料表層可使表面粘接更為堅固，再生骨料抗壓強度可大幅度減少，混凝土劣變可獲得合理補償。

4 農(nóng)田水利工程采用再生混凝土的意義

4.1 再生混凝土的經(jīng)濟(jì)效益和綠色利用

通常情況下，農(nóng)田水利工程中所需要使用到的混凝土量極大。一些較為大型的工程項目，如青海的盤島水利樞紐工程項目，主要是利用混凝土漿砌石來修建重力壩。如果選用再生混凝土，可以回收利用很多廢舊混凝土，進(jìn)而達(dá)到對環(huán)境進(jìn)行保護(hù)的目的。廢棄混凝土的回收利用不但可以處理許多傳統(tǒng)混凝土廢棄物處置方法無法解決的對自然環(huán)境的不良影響，還能夠節(jié)約許多垃圾清理費和處理費。另一方面，在混凝土工程項目中運用再生骨料替代純天然骨料，可以減少對純天然砂的采掘，避免過多采掘毀壞河道綠色生態(tài)。據(jù)有關(guān)分析材料表明，廢棄混凝土作為再生骨料，可節(jié)約62%的碎石資源。廢棄混凝土作為混凝土原料，不僅可以節(jié)約62%的碎石資源，還能夠節(jié)約60%的高品質(zhì)石灰石、40%的黏土和35%的粉資源，從而用以混凝土生產(chǎn)制造，能夠降低20%的CO2排出。因而，再生混凝土的使用有益于維護(hù)生態(tài)資源和自然環(huán)境。充分考慮環(huán)境要素，做好政府部門的產(chǎn)業(yè)布局和我國法律規(guī)定的維護(hù)。

4.2 再生混凝土再利用

由于農(nóng)田水利工程構(gòu)造經(jīng)常是涉水環(huán)境進(jìn)行施工時間相比較長，中小型農(nóng)田水利工程構(gòu)造施工時間在3年左右，而一些大型的農(nóng)田水利工程構(gòu)造施工時間通常在10年以上。涉水環(huán)境施工時間相對較長，施工現(xiàn)場附近占地較大有益于廢棄混凝土的堆積以及再生粗骨料的生產(chǎn)制造應(yīng)用。相比于一般混凝土，干濕環(huán)境下再生骨料混凝土的物理性能稍遜一籌，但毋庸置疑的是，通過含水率分析再生混凝土性能變化，推斷再生骨料具備廣泛的應(yīng)用前景。在實際工程涉水環(huán)境中，可以依據(jù)結(jié)構(gòu)的部位有選擇更換，針對關(guān)鍵的承重結(jié)構(gòu)，可適度減少再生粗骨料替代率，并設(shè)置限制值或容許范疇；針對一般結(jié)構(gòu)工程項目，如路控制面板、橋梁欄桿、安全防護(hù)塊等附設(shè)結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行拆換。水環(huán)境中再生混凝土的合理有效運用是走可持續(xù)發(fā)展道路的重要途徑。可持續(xù)發(fā)展的核心內(nèi)容是遵從發(fā)展趨勢，規(guī)定人們不斷創(chuàng)新生產(chǎn)過程和生活習(xí)慣，更改人們對大自然的態(tài)度。在綜合利用生態(tài)資源的同時，需要留意保護(hù)生態(tài)環(huán)境資源。據(jù)調(diào)查，在我國每一年建筑工程澆筑混凝土約15-20億m3，混凝土中沙石骨料占總品質(zhì)的70%以上，使用量極大。據(jù)我國沙石研究會統(tǒng)計分析，近些年，我國建筑用砂量增長幅度超出10%，因為工程建筑骨料需要量增大，開采、挖砂、挖地、采土等行為不僅會導(dǎo)致土壤侵蝕、植物群落毀壞，還會嚴(yán)重危害公路、橋梁、江河安全，甚至還會繼續(xù)加速資源的耗費。完善農(nóng)田水利工程不僅僅是我國實現(xiàn)現(xiàn)代化的主要任務(wù)，也是合理消除阻攔我國進(jìn)步“短板”的有效措施，是保證我國社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的主要發(fā)展戰(zhàn)略措施[5]。

4.3 有益于生態(tài)環(huán)境保護(hù)

一般來說，農(nóng)田水利工程施工通常在房屋建筑周邊的水環(huán)境中開展施工，但為了更好地能夠滿足現(xiàn)階段農(nóng)田水利工程的主要規(guī)定，開采許多的純天然骨料，這與現(xiàn)階段綠色建筑的發(fā)展前景不相符。與此同時，施工現(xiàn)場務(wù)必會對當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境造成嚴(yán)重的污染，占據(jù)較多空間。如果利用廢舊混凝土做為農(nóng)田水利工程建筑再生混凝土的再生骨料，可以有效地減輕空氣污染的程度，減少農(nóng)田水利工程設(shè)計施工的原料耗費。伴隨著建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢，勢必會造成很多的建筑垃圾，開發(fā)設(shè)計高性能混凝土合乎綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展模式。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)信息粗略地統(tǒng)計分析，僅在水環(huán)境農(nóng)田水利工程修建流程中，每萬平方工程建筑就會造成500 ～ 600噸建筑垃圾。2005年第一屆智能化與綠色節(jié)能建筑技術(shù)性周的討論會上強調(diào)，預(yù)估到2020年，中國將新增加建筑面積約為300億平方米。按此測算，我國目前建筑面積將造成最少20億多噸建筑垃圾。在過去的的20～30年里，建筑行業(yè)進(jìn)入了迅速發(fā)展的環(huán)節(jié)，伴隨著城市化過程的加速，很多舊工程建筑被拆卸，這將出現(xiàn)更多的建筑垃圾。權(quán)威專家認(rèn)為，可能造成的建筑垃圾將達(dá)到5-7億多噸，這是一個令人吃驚的數(shù)據(jù)。而中國的建筑垃圾處理技術(shù)性還相對落后，建筑垃圾的整體處置和利用還處在啟動環(huán)節(jié)，因此絕大多數(shù)建筑垃圾僅僅通過簡易垃圾填埋處理，如此多的建筑垃圾，利用如此簡潔的處置方式，勢必會給城市和住戶產(chǎn)生顯著的傷害。因此，更應(yīng)該科學(xué)使用再生混凝土，對環(huán)境進(jìn)行保護(hù)。

5 結(jié)語

綜上所述，在一般情況下水環(huán)境再生混凝土的綜合性能小于一般混凝土。但只要采用有效對策，能夠達(dá)到一般水工級別對混凝土性能的規(guī)定，進(jìn)而展現(xiàn)出不錯的社會價值和經(jīng)濟(jì)收益。為了更好地對干濕環(huán)境下再生混凝土力學(xué)性能在農(nóng)田水利工程項目有效利用，還要進(jìn)一步地研究和探討。再生混凝土廢料利用可以有效地緩解部分環(huán)境污染的狀況，與此同時，還可以減少對許多純天然石料的采掘，降低對現(xiàn)階段生態(tài)環(huán)境保護(hù)的危害，減少電力能源和網(wǎng)絡(luò)資源的耗費，合乎現(xiàn)階段可持續(xù)發(fā)展觀的規(guī)定，是現(xiàn)階段發(fā)展趨勢中綠色再生混凝土的具體使用方式。