再生混凝土的研究現(xiàn)狀及其基本性能

　　一、前 言  

　　隨著科技的進(jìn)步，社會(huì)的發(fā)展，中心城市的建筑業(yè)也在不斷發(fā)展。幾乎每天都有舊的建筑物要拆除，每天都有新的建筑要興建。無(wú)論是從廢舊建筑物上拆下的廢棄混凝土，還是新建筑物興建過(guò)程中所產(chǎn)生的廢渣，都屬于建筑垃圾。這些垃圾影響了城市生活環(huán)境，造成了環(huán)境污染。把它們運(yùn)送到郊外進(jìn)行掩埋，不僅要花費(fèi)大量的運(yùn)費(fèi)，會(huì)給城市郊區(qū)造成二次污染。其次，堆放掩埋這些建筑垃圾又要占用大量寶貴的土地資源。將建筑垃圾（此處主要包括廢棄混凝土塊、碎磚塊等）進(jìn)行資源化利用，變的越來(lái)越重要了。 

　　另一方面，在人類發(fā)展的過(guò)程中，隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，建筑材料也發(fā)生著很多變化，從最早的木材、石塊到現(xiàn)在的各種合成材料。在這些材料中，最重要且使用量最大的當(dāng)數(shù)混凝土了。在現(xiàn)在建筑物中，幾乎找不到?jīng)]有使用混凝土的。目前，全世界混凝土的年產(chǎn)量約28億立方米，我國(guó)的混凝土年產(chǎn)量約占世界總量的45%，約13~14億立方米?；炷猎牧现衅涔橇险蓟炷量偭康?5%(1)，由此可推斷，其骨料的使用量有多大?？傆幸惶斓厍蛏系墓橇匣叵拇M。為了能夠解決這些問(wèn)題，各國(guó)開(kāi)始了再生混凝土的研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。 

　　二、再生混凝土的研究現(xiàn)狀  

　　二次世界大戰(zhàn)之后，蘇聯(lián)、日本、德國(guó)等國(guó)家重建家園，就注意到了廢棄混凝土的問(wèn)題并開(kāi)始了再生混凝土的研究開(kāi)發(fā)與利用，且已召開(kāi)過(guò)三次有關(guān)廢棄混凝土再生利用的專題國(guó)際會(huì)議(2)。如今，再生混凝土已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國(guó)家共同的研究課題了，有些國(guó)家還以立法的形式來(lái)保證和促進(jìn)其研究的進(jìn)行。隨著我國(guó)政府對(duì)資源環(huán)境問(wèn)題的重視，也已經(jīng)開(kāi)始鼓勵(lì)再生混凝土的研究與開(kāi)發(fā)了。 

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　　日本是一個(gè)面積小資源少的島國(guó)，它在建筑垃圾再生利用研究方面起步早，做的也比好的。日本政府早在1977年就制定了《再生骨料和再生混凝土使用規(guī)范》，并相繼在各地建立了處理建筑垃圾的再生利用工廠(3)。日本建設(shè)省在1992年提出了“控制建筑副產(chǎn)品排放和建筑副產(chǎn)品在利用技術(shù)開(kāi)發(fā)”的5年計(jì)劃并于1996年10月制訂了“再生資源法”旨在推動(dòng)建筑副產(chǎn)品的再利用，為建筑垃圾的資源化利用提供法律和制度的保障(4)。日本已經(jīng)對(duì)再生混凝土的吸水性、強(qiáng)度、配合比、干縮性、耐凍性等性質(zhì)做了系統(tǒng)的研究。目前，日本對(duì)建筑垃圾的再生利用率已達(dá)到70%左右了。 

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　　美國(guó)政府制定了《超級(jí)基金法》，規(guī)定：“任何生產(chǎn)有工業(yè)廢棄物的企業(yè)，必須自行妥善處理，不得擅自隨意傾倒。”美國(guó)不但鼓勵(lì)再生混凝土的利用，而且還對(duì)再生混凝土的性能做了系統(tǒng)性的研究和試驗(yàn)。比如美國(guó)密歇根州的兩條公路就是使用的再生混凝土。通過(guò)對(duì)其的研究，表明再生混凝土的干縮率要比天然骨料的混凝土要大。美國(guó)的CYCLEAN公司采用微波技術(shù)可以100%的回收利用路面瀝青混凝土，其質(zhì)量與新拌瀝青混凝土路面料相同，而成本降低了1/3，同時(shí)節(jié)約了垃圾清運(yùn)和處理費(fèi)用，大大減輕了城市的環(huán)境污染(5)。 

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　　丹麥、荷蘭等一些石料緊缺、依賴進(jìn)口天然骨料的國(guó)家,十分重視建筑廢料的再生利用。丹麥在1990年產(chǎn)生1220萬(wàn)噸建筑拆除廢料,有820萬(wàn)噸被回收利用,回收利用率達(dá)67.2%。荷蘭內(nèi)閣環(huán)境政策計(jì)劃書中,2000年建筑廢料計(jì)劃回收率高達(dá)90%(約1400萬(wàn)噸)（6）。德國(guó)目前將再生混凝土主要應(yīng)用于公路路面。德國(guó)lower Saxong的一條雙層混凝土公路采用了再生混凝土，該混凝土路面總厚度26cm，底層混凝土19cm采用再生混凝土，面層7cm采用天然骨料配制的混凝土（7）。德國(guó)鋼筋委員會(huì)1998年8月提出了“在混凝土中采用再生骨料的應(yīng)用指南”，要求采用再生骨料的混凝土必須完全符合天然骨料混凝土的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。法國(guó)還利用碎混凝土塊和碎磚生產(chǎn)出了磚石混凝土砌塊，所得混凝土塊已被測(cè)定，符合與磚石混凝土材料有關(guān)NBNB21-001（1988）標(biāo)準(zhǔn)(3)。 

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　　我國(guó)是個(gè)地大物博的國(guó)家，在一定時(shí)期內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)混凝土骨料原料的缺乏。但是建筑垃圾帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，使的我國(guó)政府已經(jīng)開(kāi)始了筑垃圾資源化利用的研究。雖然我國(guó)對(duì)再生混凝土的研究起步比較晚，還處在試驗(yàn)室階段，但也取得了相應(yīng)的成果,如顧佳勛研究的建筑垃圾砌塊技術(shù)已獲得國(guó)家專利。1990年上海市第二建筑工程公司在市中心的“華亭”和“霍蘭”兩項(xiàng)工程中就使用了其結(jié)構(gòu)施工階段產(chǎn)生的建筑垃圾上海市建筑構(gòu)件制品公司于1997年開(kāi)始利用廢棄混凝土制作混凝土空心砌塊，其產(chǎn)品指標(biāo)完全符合上海市標(biāo)準(zhǔn)《混凝土小型空心砌塊工程及驗(yàn)收規(guī)程》。 

　　三、再生混凝土的基本性能  

　　再生混凝土的定義：舊建筑物或結(jié)構(gòu)物解體的混凝土經(jīng)破碎分級(jí)成為粗細(xì)骨料，用以代替混凝土中部分砂石配制成的混凝土稱作再生混凝土，亦稱作再生骨料混凝土。再生混凝土以廢棄混凝土粉碎后作為骨料。再生骨料與天然骨料相比強(qiáng)度低，吸水率大，表面粗糙率大。所以再生混凝土和天然骨料混凝土的基本性能有所不同。 

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　　由于再生混凝土和天然骨料混凝土其骨料不同，所以它們強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)情況也不相同。相關(guān)試驗(yàn)表明：與天然骨料混凝土相比,同一水灰比的再生骨料混凝土的28d抗壓強(qiáng)度約低15% 
                  ，但其相差的幅度會(huì)隨著齡期的增長(zhǎng)而慢慢縮小。再生混凝土使用的是再生骨料。故再生混凝土的強(qiáng)度和所使用的廢棄混凝土的強(qiáng)度有著緊密的聯(lián)系。在同一水灰比的條件下，再生骨料強(qiáng)度越高再生混凝土的強(qiáng)度也就越高。一般建筑物所拆除下的廢棄混凝土強(qiáng)度在C20左右，在水灰比為0.6并用再生骨料完全取代天然骨料時(shí)，其28d的抗壓強(qiáng)度可達(dá)到23.5MPa。完全符合普通混凝土的強(qiáng)度要求。如果使用高強(qiáng)度的再生骨料，則可以配制高強(qiáng)混凝土。相關(guān)試驗(yàn)表明，如果用于生產(chǎn)再生骨料的廢棄混凝土的強(qiáng)度達(dá)到40～60MPa并加入微細(xì)硅粉和高效減水劑則可配制出C70～C80的高強(qiáng)混凝土，尤其是在再生骨料與天然河砂搭配的情況下。 

　?。ǘ┛估瓘?qiáng)度  

　　再生混凝土的抗拉強(qiáng)度和它的抗壓強(qiáng)度一樣，隨著齡期的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。而且再生混凝土的抗拉強(qiáng)度與天然骨料混凝土抗拉強(qiáng)度的差也隨著齡期的增長(zhǎng)而增大，到28d齡期后才基本不變。但如果在再生混凝土中摻加微細(xì)硅粉和高效減水劑則能夠明顯的提高其抗拉強(qiáng)度，尤其在28d齡期以后最為明顯。 

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　　再生混凝土的坍落度和起再生骨料所取代的比例有關(guān)，由于再生骨料比天然骨料的吸水率大，空隙多，表面粗糙度高，用漿量多。所以在相同水灰比的條件下再生混凝土中再生骨料所取代的比例越高其坍落度就越小。同時(shí)骨料表面粗糙，增大了拌和物在拌和與澆筑時(shí)的摩擦力。再生混凝土的坍落度還隨水灰比的增大而增大，這和普通混凝土是一致的。而我們可以在再生混凝土中加入適量的粉煤灰或高效減水劑提高坍落度，同時(shí)可以保證有較好的保水性和粘聚性。　 

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　　干縮性是混凝土的重要指標(biāo)之一。相關(guān)試驗(yàn)表明：再生混凝土的干縮性與它的骨料情況有很大關(guān)系。由于再生混凝土使用的是吸水率大，空隙率高的再生骨料。所以它的干縮性比天然骨料混凝土要大且其干縮的程度和干縮持續(xù)的時(shí)間隨其再生骨料取代比例的增大而增大和加長(zhǎng)。在再生骨料取代比例在50%以上時(shí)，其干縮時(shí)間持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)，但在50d齡期后干縮速率十分緩慢，干縮的增量也要小(8)。 

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　　再生骨料與天然骨料不同，所以再生混凝土的用水量也與天然骨料混凝土不同。再生骨料內(nèi)部缺陷多，吸水率大。再者，再生骨料的表面粗糙度比天然骨料要高，因此配合比中的細(xì)骨料（砂率）較高，并隨著再生骨料所取代比例的提高而增長(zhǎng)。如圖１所示。由于砂率較高，因此達(dá)到相同坍落度時(shí)，比天然骨料混凝土用水要多，且難以達(dá)到坍落性能良好(7)。圖中N代表天然骨料；C代表再生骨料；G代表粗骨料；S代表細(xì)骨料；數(shù)字代表其百分含量。 

　　（六）表觀密度  

　　再生骨料表面粗糙，摩擦阻力大，其混凝土難以振搗密實(shí)。再者再生骨料內(nèi)部缺陷多，空隙率大。故如圖２所示，隨著混凝土中再生骨料的取代比例增大，混凝土的含氣量增大，表觀密度變小。此外，再生骨料與河砂、卵石等天然骨料相比比重小，再生骨料使用的比例愈高，混凝土的表觀密度愈小。 

　　四、結(jié) 語(yǔ)  

　　a、隨著中心城市不斷的發(fā)展，建筑垃圾所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重。再生混凝土的研究和應(yīng)已經(jīng)成為了世界各國(guó)共同的研究課題。 

　　b、世界各國(guó)對(duì)再生混凝土的研究水平各不相同。日本、美國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的研究起步早，發(fā)展快，已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段。而我國(guó)在這個(gè)方面雖然已經(jīng)取得了一定的成果，但仍處于實(shí)驗(yàn)室階段。 

　　c、由于再生骨料與天然骨料的性質(zhì)不同，故再生骨料混凝土與天然骨料混凝土的性能亦不相同。再生混凝土與天然骨料混凝土相比，其抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和坍落度都比較低，但如果在其配制過(guò)程中加入微細(xì)硅粉和高效減水劑，則以上三個(gè)及其他性能就會(huì)較大幅度的提高，與天然混凝土的性能相近，甚至超出。所以，使用廢棄混凝土作為骨料生產(chǎn)再生混凝土是非?？尚械?，并且對(duì)資源的再生利用，保護(hù)環(huán)境具有重要的意義。