我國再生混凝土研究現(xiàn)狀的綜述

　　據(jù)統(tǒng)計，工業(yè)固體廢棄物中，建筑廢棄物獨占40%，其中廢棄混凝土堪稱建筑廢棄物排放量最大者。近二三十年來，隨著世界范圍內(nèi)城市化進程的加快，對原有建筑物的拆除、改造工程與日俱增。根據(jù)1996年在英國召開的混凝土會議上通過的資料，全世界廢棄混凝土年產(chǎn)生量高達10億噸以上。建筑廢棄物多數(shù)堆積在城市郊區(qū)的公路、河道、溝壑附近。如此做法會惡化環(huán)境，帶來嚴重的二次污染。另外，堆放混凝土廢棄物會占用大片場地，對于土地和空間日趨寶貴的城市是一種極大的威脅，限制城市的發(fā)展空間，漸有垃圾包圍城市之勢!

　　混凝土原材料中用量最大的砂石曾被人們認為是用之不竭的而隨意開采。結(jié)果造成山體滑坡、河床改道，破壞了骨料原生地生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。并且天然砂石的形成需要經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代，目前我們已經(jīng)面臨天然骨料的短缺，就像面臨煤炭、石油、天然氣短缺一樣。我國優(yōu)質(zhì)的天然骨料(河砂、卵石)在有些地區(qū)已枯竭，許多地區(qū)合格的混凝土用砂供應(yīng)緊張，一些大城市已找不到高性能混凝土用砂。

　　總之，廢棄混凝土的再生利用已成為一項迫切需要解決的課題。將廢棄混凝土破碎作為再生骨料既能解決天然骨料資源緊缺問題，保護骨料產(chǎn)地的生態(tài)環(huán)境，又能解決城市廢棄物的堆放、占地和環(huán)境污染等問題，可見廢棄混凝土的再生利用有著很顯著的社會效益。利用再生骨料是當今世界眾多國家可持續(xù)戰(zhàn)略追求目標之一，也是發(fā)展綠色混凝土的主要措施。[1]

　　再生混凝土是指將廢棄的混凝土經(jīng)裂解、破碎、清理、篩分后制成混凝土骨料，全部或部分代替天然骨料配制而成的新混凝土。這是目前最常見的再生利用方法，生產(chǎn)再生混凝土骨料所用的原始混凝土稱為原生混凝土。

　　我國的經(jīng)濟發(fā)展比發(fā)達國家滯后約半個世紀，目前國內(nèi)對廢棄混凝土的研究還不夠深入。而且，廢棄水泥混凝土再利用需要經(jīng)過一系列的加工和分離處理，成本相對較高，這又進一步妨礙了廢棄混凝土利用的研究和使用進程。

　　目前，國內(nèi)數(shù)十家研究機構(gòu)和大學(xué)開展了再生混凝土的研究，如東南大學(xué)、武漢理工大學(xué)、華中科技大學(xué)、北京建工學(xué)院等已經(jīng)開展利用城市垃圾制取燒結(jié)磚和再生混凝土技術(shù)的研發(fā)。如同濟大學(xué)開展了將水泥混凝土廢棄物用于道路工程基層、面層、土基及防護工程的研究，并在河南湖北等地的舊路改造中進行了現(xiàn)場試驗，還在同濟大學(xué)校內(nèi)采用水泥混凝土廢棄物加工料建設(shè)了一條道路。上海市政工程局以再生混凝土為水泥穩(wěn)定碎石骨料，作為高等級公路面層下的主要承重層，最近在滬太路改造工程現(xiàn)場進行。試驗獲得的各項性能指標均符合國家標準。與此同時，上海市市政局已著手開展再生混凝土的標準化工作。[2]總之雖然我國對再生混凝土的研究起步較晚，大多還處在試驗室階段，但也取得了相應(yīng)的成果。

　　一、原材料相同而配合比不同(強度等級不同)的原生混凝土破碎而得到的不同再生骨料

　　在實際工程中，混凝土原材料(膠凝材料和原生骨料)基本上是相同的，只是混凝土的配合比不同，原材料相同而配合比不同的原生混凝土破碎后所得到的不同再生骨料之間性質(zhì)存在何種差異?中南大學(xué)土木研究學(xué)院就這一問題作了探討。結(jié)論是與原生骨料相比，經(jīng)人工破碎而得到的再生骨料視密度小，吸水率與壓碎指標大，含泥量大，顆粒偏粗;由原材料相同而配合比不同(強度等級不同)的原生混凝土破碎而得到的不同再生骨料，其性質(zhì)間存在的差異很小。該結(jié)論對于減小再生骨料與再生混凝土的質(zhì)量波動是非常有意義的。[3]

　　二、再生粗骨料不同取代率對混凝土和易性及強度的影響規(guī)律分析

　　云南農(nóng)業(yè)大學(xué)對再生骨料不同取代率對混凝土和易性及強度的影響規(guī)律的研究，得到的結(jié)論是：隨著再生粗骨料取代率的不斷增大，再生混凝土的流動性將有所降低，但變化不大，而粘聚性和保水性將明顯得到改善;再生粗骨料取代率在0-50%變動時，對再生混凝土的強度影響較小，但超過此范圍時，將顯著降低混凝土強度[4].

　　三、不同齡期再生骨料對再生混凝土性能的影響

　　浙江大學(xué)郭昌生等在實驗室內(nèi)制備一批原生混凝土，分別養(yǎng)護1d，28d，111d，采用顎式破碎機將其破碎制成再生骨料后分別制成再生混凝土，以研究不同齡期原生混凝土制得的再生骨料中水泥水化程度對再生混凝土性能的影響。結(jié)論是：1d齡期再生骨料中含有大量未水化的水泥，其在混凝土中可以繼續(xù)水化，從而對混凝土的強度產(chǎn)生顯著影響。而對于28天與111天齡期再生骨料而言，其中水泥水化已基本完成，水泥的繼續(xù)水化對再生混凝土的強度貢獻甚微，此時，再生骨料的強度成為影響再生混凝土強度的關(guān)鍵因素[5].

　　四、不同來源再生骨料的基本性能及其對混凝土抗壓強度的影響

　　麗水學(xué)院的王智威對于不同來源再生骨料的基本性能及對混凝土抗壓強度的影響一題的研究，結(jié)論表明：與天然骨料相比，不同來源再生骨料均具有密度低、吸水率大，壓碎指標大等特點;不同來源再生骨料的基本性能之間存在一定的差異，對于老化比較嚴重的廢棄混凝土，其密度相對較低，吸水率較高。隨著廢棄混凝土原始強度的增加，再生骨料的密度增加，吸水率降低，但總體說來這些差異不大;對于普通強度再生混凝土，不同來源再生骨料對其抗壓強度影響不大[6].

　　五、再生骨料基本性質(zhì)及對混凝土性能的影響

　　華僑大學(xué)陳瑩等通過系列試驗得出結(jié)論：再生骨料表面包裹的水泥砂漿較巖石強度小，孔隙大，并且再生骨料在混凝土塊解體破碎過程中產(chǎn)生大量微裂縫，因此再生骨料較普通骨料表觀密度小，吸水率大，強度低;隨著在生骨料顆粒粒徑的減小，顆粒間的空隙率增大。為保證再生骨料的正常生產(chǎn)性能，應(yīng)特別注意再生骨料的高吸水率問題;相對配比條件下，再生骨料將降低新拌混凝土的流動性，但粘聚性和保水性良好。再生骨料雖強度較天然骨料強度低，但因再生骨料粗糙，吸水率大，與水泥砂漿界面粘結(jié)狀況改善，可以部分補償因骨料自身強度低對硬化混凝土強度形成的不利影響，因此，再生混凝土比天然骨料混凝土抗壓強度略有降低。[7]

　　再生骨料的外形介于碎石與卵石之間，與天然骨料相比，其針片狀顆粒含量較少，這一特點可以減少骨料的空隙率，同時提高再生混凝土的抗壓強度。為獲得最佳顆粒級配，再生骨料應(yīng)用于混凝土前，應(yīng)先過篩分級，使用時根據(jù)連續(xù)級配或單粒粒級的技術(shù)要求將不同粒徑范圍的骨料顆粒均勻混合。符合《建筑用卵石、碎石GB/T14685-2001》要求的再生骨料用于配制混凝土[8].

　　六、高性能再生混凝土的試驗研究

　　高性能混凝土(HPC)是一種新型的高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高混凝土組分性能的基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)在混凝土技術(shù)，在嚴格的質(zhì)量管理下制成的。除了水泥、水、骨料以外，必須摻入足夠數(shù)量的細摻合料與高效減水劑。具有良好的耐久性、工作性、力學(xué)性能和經(jīng)濟合理性，是混凝土未來的發(fā)展重點。[9]

　　用再生骨料(RA)配置的HPC形成高性能再生骨料混凝土(HPRAC)， 同樣具有普通HPC的優(yōu)良力學(xué)性能和耐久性。通過對界面過渡區(qū)的微觀分析，HPRAC水泥石基本較為密實，空隙很小，在界面過渡區(qū)盡管也有少量氫氧化鈣晶體，但絕大部分空間還是被致密的水化產(chǎn)物占據(jù)，因而試驗配制的HPRAC具有良好的力學(xué)性能和耐久性。[10].

　　七、廢棄混凝土回收利用的經(jīng)濟分析

　　研究人員亦運用循環(huán)經(jīng)濟的原理，進行了廢棄混凝土回收利用的經(jīng)濟分析，探討了城市廢棄混凝土的循環(huán)經(jīng)濟模式，在施工單位、區(qū)域和自然生態(tài)系統(tǒng)三個不同層面上分別建立了城市廢棄混凝土利用的小循環(huán)、中循環(huán)和大循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈[11] .完成這一科學(xué)的循環(huán)需要具備豐富穩(wěn)定的廢棄混凝土來源;需要制訂再生骨料利用規(guī)范;要求整個社會技術(shù)體系實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，資源實現(xiàn)跨產(chǎn)業(yè)循環(huán)利用。在科研上，廢棄混凝土的循環(huán)再利用已完成科學(xué)的論證。但在實際應(yīng)用中，建筑垃圾的循環(huán)再生應(yīng)用大多處于試驗狀態(tài)，缺乏系統(tǒng)的應(yīng)用，技術(shù)上缺乏完善的再生骨料和再生骨料混凝土的技術(shù)規(guī)程、標準。在工廠設(shè)備的普及上，國家立法上，研究成果的經(jīng)濟可行性上都需要我們?nèi)ケM快完善。因此在我國，再生混凝土的利用上有較大的發(fā)展空間。

　　綜上所述，再生混凝土對生態(tài)環(huán)境是一種貢獻，也是對混凝土技術(shù)一種革新，符合我們這個時代的要求，具有很好的社會環(huán)境效益，再生混凝土倡導(dǎo)的理念不僅適用于本身，而且還適用于其他不可再生材料的生產(chǎn)。再生混凝土的技術(shù)規(guī)范正在制定，再生混凝土完全可以用于一般混凝土結(jié)構(gòu)之中。

二級結(jié)構(gòu)工程師