可持續建筑中再生混凝土應用研究

霍建梅

（山西旅游職業學院，山西 太原 030031）

在全球可持續發展的背景下，建筑行業正逐步向更環保、可持續的方向轉變。再生混凝土是一種重要的建筑材料，因其對資源的有效利用和環境保護的特點而被越來越多關注。隨著科技的進步和實踐的不斷推進，再生混凝土在可持續建筑中的應用逐漸擴大，為建筑產業的可持續性貢獻了新的可能性。本文的目的在于深入研究再生混凝土在可持續建筑中的應用，探討其在不同領域的潛力和效益，從而為相關領域的研究者和從業者提供實用的指導和借鑒，促進再生混凝土在可持續建筑中的廣泛應用，為未來城市的可持續發展作出貢獻。

1 再生混凝土的定義與意義

1.1 定義

再生混凝土是指通過對廢棄混凝土進行處理和加工，將其中的再生骨料重新應用于混凝土制備的一種建筑材料。再生骨料通常由廢棄混凝土經過碎石化、篩分、洗凈等工藝得到，然后與水泥、砂、骨料等原材料按照一定比例混合制備而成。再生混凝土是在資源有限和環保意識提升的背景下為實現可持續建筑發展而產生的一項重要創新。

1.2 意義

再生混凝土的引入與應用在可持續建筑領域具有深遠意義。首先，再生混凝土有助于減少天然資源的消耗。通過有效回收和再利用廢棄混凝土可以減少對天然骨料的需求，降低了采礦和開采活動對環境的影響，從而促進了資源的合理利用。其次，再生混凝土有助于減少碳排放。水泥生產是一個碳排放較大的工業過程，而再生混凝土的制備過程中需要的水泥量較少。通過減少水泥的使用，可以減少碳排放，為應對氣候變化和環境保護作出貢獻。最后，再生混凝土的應用還有助于減少廢棄物的產生。廢棄混凝土通常被視為固體廢棄物，其大量堆積會給環境造成不利影響。通過將廢棄混凝土轉化為再生骨料并應用于建筑領域，有效減少了廢棄物的數量，實現了資源的閉環利用。

2 再生混凝土的性能特點

再生混凝土作為可持續建筑領域的重要材料，其性能特點對于可持續建筑的實現和發展具有重要意義。以下將從力學性能、耐久性能、環境效益等方面深入探討再生混凝土的性能特點。

2.1 力學性能

近年來，關于再生混凝土的力學性能研究不斷深化。研究發現，適當控制再生骨料的使用比例和粒徑分布，可以明顯改善再生混凝土的力學性能。與傳統混凝土相比，再生混凝土在一定范圍內的骨料摻量下仍能達到滿足設計要求的抗壓、抗彎等力學性能。此外，通過優化再生骨料的加工工藝進一步減少了骨料表面的粉狀物質，提高了混凝土的強度和耐久性。

2.2 耐久性能

再生混凝土在耐久性能方面表現出良好的潛力。研究表明，再生骨料中的一些物質，如含氧化鐵的顆粒，能夠有效抵御氯離子侵蝕，從而提高混凝土的抗氯離子滲透性。此外，通過優化配料比例，再生混凝土還能降低堿-骨料反應的風險，增強混凝土的耐久性。這些特點使再生混凝土在海洋工程、交通設施等長期受侵蝕的環境中表現出優勢。

2.3 環境效益

再生混凝土的使用明顯降低了水泥消耗，從而減少了碳排放。研究發現，再生混凝土的碳足跡較傳統混凝土降低了約30%，對于可持續建筑的碳減排目標具有積極影響。此外，再生混凝土制備過程中采用了廢棄混凝土資源，有效減少了固體廢棄物的產生。這種環境效益在實際應用中有助于推動綠色建筑的發展。

2.4 社會經濟效益

再生混凝土的推廣應用不僅有助于實現環保目標，而且帶來了一系列社會經濟效益。通過廢棄混凝土的有效利用不僅節約了原材料成本，而且降低了廢棄物處理費用。此外，再生混凝土在施工過程中的應用減少了施工噪聲和粉塵污染、改善了施工環境、提高了施工效率，進一步推動了建筑行業的可持續發展。

3 再生混凝土的制備技術

再生混凝土的制備技術是可持續建筑中的關鍵環節，它涉及廢棄混凝土資源的有效回收和再利用，以降低環境負荷并減少原材料消耗。在最近的研究中，針對再生混凝土的制備技術進行了深入探索，以下將從廢棄混凝土處理、再生骨料加工、配料比例優化等方面進行綜述。

3.1 廢棄混凝土處理

廢棄混凝土的處理在再生混凝土制備過程中具有重要作用，直接影響著最終再生混凝土的質量和性能。近年來，學術界提出了多種廢棄混凝土處理方法，包括機械破碎、濕法分選、化學處理等，以實現有效的廢棄混凝土回收和再利用。其中，機械破碎技術被廣泛采用，其通過碎石化過程將廢棄混凝土加工成再生骨料。機械破碎作為廢棄混凝土處理的常用手段已在多項研究中得到廣泛驗證。研究者湯積仁、姚奇、章文峰等在其研究中探討了機械破碎對廢棄混凝土的影響，提出了一種高效的碎石化工藝，即逐級遞進射流沖擊破碎廢棄混凝土分離骨料方法，可以有效地將廢棄混凝土加工成再生骨料。

3.2 再生骨料加工

再生骨料是廢棄混凝土處理后的主要產物，其質量對再生混凝土的性能有重要影響。研究人員通過對再生骨料的篩分、洗凈、粒徑調控等工藝實現了對再生骨料質量的提升。此外，通過優化再生骨料的加工工藝還可以減少其中的粉狀物質含量，進一步提高再生混凝土的力學性能。

3.3 配料比例優化

再生混凝土的配料比例是影響其性能的關鍵因素之一。近年來，研究人員通過試驗、模擬等手段系統地研究了不同再生骨料摻量對混凝土性能的影響。研究結果表明，在一定范圍內，適量的再生骨料摻入可以改善混凝土的力學性能和耐久性能。陶新明（2021）研究發現，硅灰替代率為7.5%時，再生骨料植生混凝土的力學性能得到明顯改善。硅灰的引入有效填充了混凝土的孔隙結構，增強了材料的致密性和抗壓強度。同時，添加0.8%長度為15mm 的聚丙烯纖維進一步增強了混凝土的韌性和抗裂性能，提高了其在承載荷載下的表現。另外，苯丙乳液的最佳摻量為6.0%時，對再生骨料植生混凝土的力學性能也產生了積極影響。苯丙乳液的添加提升了混凝土的粘結性和抗滲性，進一步增強了材料的耐久性。然而，過高的再生骨料摻量可能會影響混凝土的工作性能，因此，在實際應用中需要進行合理的配料比例設計。

3.4 制備工藝創新

為了進一步提高再生混凝土性能，研究人員不斷探索創新制備工藝。例如，一些研究將再生混凝土與其他輕質骨料進行復合，以降低材料的密度、改善隔熱性能。此外，利用特殊的膠凝材料或化學添加劑可以在一定程度上彌補再生骨料與水泥膠漿之間的界面缺陷，提高混凝土的綜合性能。趙穎、陳博洋、楊振等研究發現再生骨料微粉的最優摻量為12%，配合使用復配專用外加劑后，提高了水泥膠砂的力學性能。

4 可持續建筑中再生混凝土的應用

再生混凝土是一種環保型建筑材料，在可持續建筑中的應用已取得了顯著進展。以下將從建筑結構、道路和基礎設施、景觀設計等方面系統地探討再生混凝土的應用實踐及其在可持續建筑中的潛在貢獻。

4.1 建筑結構應用

近年來，再生混凝土在建筑結構中的應用不斷擴展。在高層建筑、住宅、商業項目等多個領域，再生混凝土廣泛用于制作梁、柱、樓板等關鍵構件。但更多的是應用在道路方面，在結構方面的研究也僅限于結構的某個構件的研究，不敢對整體結構綜合使用再生混凝土。通過科學的配料設計和精細的制備工藝，再生混凝土不僅滿足了建筑結構所需的強度和耐久性要求，更為建筑賦予了獨特的環保特質。這種應用趨勢得到了諸多研究的支持。研究人員指出，通過優化再生骨料的摻量和粒徑分布，再生混凝土在結構應用中可以達到與傳統混凝土相媲美的性能。同時，再生混凝土在高層建筑項目中的使用不僅減少了天然資源的開采，而且減少了碳排放，為建筑可持續性發展作出了貢獻。

4.2 道路和基礎設施應用

再生混凝土在道路、橋梁、隧道等基礎設施建設中也得到了廣泛應用。研究表明，再生混凝土道路在抗壓、耐久性等方面表現出了良好性能，能夠滿足交通運輸的要求。此外，再生混凝土可以用于隔聲墻、污水處理設施等基礎設施建設，為城市基礎設施的可持續發展作出貢獻。具體的應用已體現在：在同濟大學校園內，一條剛性路面成功建成，這條路面完全采用了再生混凝土技術。在湖南長沙機場項目中，機場跑道和道路路面均采用了再生混凝土技術，這不僅減少了碳排放，而且為機場的可持續發展作出了實際貢獻。高速公路領域也有許多成功案例。在襄陽市對一段16.8km 的高速道路進行改造時，使用再生混凝土作為面板基層的路面達到了總長度的84.5%。此外，合寧高速公路項目也成功采用了再生混凝土技術，為高速公路的建設提供了環保和可持續的解決方案。

4.3 景觀設計與綠化應用

再生混凝土在景觀設計中的應用也越來越受到重視。通過創新的制備工藝和設計理念，再生混凝土可以塑造出多樣化的景觀構件，如花壇、座椅、雕塑等。這種應用不僅豐富了城市景觀，更重要的是，有效地促進了再生資源的可持續利用，為城市的綠色發展作出了積極貢獻。在景觀設計中，再生混凝土的創新應用呈現出顯著的成果。通過精細的制作工藝，再生混凝土不僅能夠滿足景觀構件的美觀要求，而且能確保其耐久性，適應多種戶外環境。此外，再生混凝土在景觀設計中的應用還具有環保和可持續性的顯著優勢。這種創新應用有助于減少廢棄混凝土，減輕廢棄物對環境造成的負擔，同時，為可持續建設貢獻了一份力量。許鳳博、胡士娟、趙瀅等表明，再生混凝土在園林景觀中具有廣泛的應用前景，尤其是隨著以海綿城市建設思想引領的現代城市建設的迅速發展。石振慶、陳昊、張榮等的研究發現，裝配式再生混凝土通用塊在建筑室外景觀構件中的應用可在一定程度上提高勞動生產效率,降低施工難度且能兼顧結構的多樣化需求。

4.4 可持續建筑實踐中的案例

近年來，涌現了眾多可持續建筑實踐案例，其中，再生混凝土的應用發揮著舉足輕重的作用。這些案例充分展示了再生混凝土在不同類型的可持續建筑中的廣泛應用前景，不僅為建筑結構賦予了強大的功能性，而且為環境保護和碳減排作出了積極貢獻。瑞士作為可持續建筑的典范，對再生混凝土的應用制定了嚴格標準。在該國，混凝土被定義為可回收材料時，需要含有至少25%的拆除廢物。此外，在水泥產品制造過程中，CO2減排也成為重要考量，最終水泥產品中熟料含量比率在不同水泥類型間存在差異，從低于50%至超過70%的熟料系數不等，這些規定和標準在瑞士的可持續建筑實踐中發揮了重要作用。瑞士的主要城市蘇黎世在市政建筑項目中廣泛采用綠色材料，尤其在蘇黎世昆斯特豪斯博物館的擴建工程中，高達98%的再生混凝土被成功應用，為新建筑注入了環保元素。同時，新醫院和幾個住宅綜合體的材料比例也已達到95%，進一步展示了再生混凝土在不同類型建筑中的實際應用。

綜上所述，再生混凝土在可持續建筑中的多重應用已在國內外取得了顯著成果。無論是在建筑結構、基礎設施建設還是景觀設計領域，再生混凝土都展現出了優越性能和廣闊的應用前景。通過合理的配料設計和創新的制備工藝，再生混凝土不僅滿足了建筑的功能性需求，而且為環保和碳減排作出了實際貢獻。在未來的城市規劃和建設中，再生混凝土必將繼續發揮重要作用，為可持續建筑的實現作出積極貢獻。