賈淑明 趙永花 姚 旭(蘭州工業(yè)學院，甘肅 蘭州730050)

1 引言

傳統(tǒng)的建筑材料生產和使用造成資源的過度消耗、能源短缺和環(huán)境污染等嚴重的問題,水泥和混凝土是導致這些問題的重要原因。水泥混凝土結構通常只有幾十年的生命周期,在這些結構完成其使用功能后,舊混凝土就會被廢棄。

隨著建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，建筑物的建造、使用和拆除過程中產生的建筑垃圾也與日劇增，其中較大部分來自廢棄混凝土。我國混凝土垃圾2010 年達到2.39×109噸，預計2020 年將達到6.38×109噸，平均以每年8%的量增長[1]。對廢棄混凝土進行回收利用不僅是時代所需，而且對于保護環(huán)境、節(jié)約資源、發(fā)展生態(tài)建筑具有重要意義。

2 以建筑垃圾為骨料的再生混凝土技術的研究現(xiàn)狀

2.1 國外建筑垃圾的再生利用現(xiàn)狀[2][3]

出于對基本國情的考慮以及對環(huán)境保護的高度重視，歐洲一些發(fā)達國家以及美國、日本等國對廢棄混凝土的再生利用起步都比較早，配套政策以及立法都較完備，建筑垃圾的再生利用率較高，而且有些國家還采用立法的形式來保證專項研究和應用的發(fā)展[3]。

荷蘭是最早開展再生骨料混凝土研究和應用的國家之一，其建筑垃圾的再生利用率位居歐洲首位，高達90%以上。早在20 世紀80 年代，荷蘭 就制定了有關利用再生混凝土骨料制備素混凝土、鋼筋混凝土和預應力鋼筋混凝土的規(guī)范。這些規(guī)范規(guī)定了利用再生骨料生產上述混凝土的明確的技術要求，并指出如果再生骨料在骨料中的含量(重量)不超過20%，則混凝土的生產就完全按照普通天然骨料混凝土的設計和制備方法進行。

日本從20 世紀70 年代開始就對再生混凝土進行了研究。歷史上曾出臺了多部關于再生混凝土的相關規(guī)范，并于1977 年就制定了《再生骨料和再生混凝土規(guī)范》，隨后建設了很多建筑垃圾物再生利用加工廠，生產再生水泥和再生骨料。1991 年又制定了《資源重新利用促進法》，規(guī)定建筑施工過程中產生的渣土、混凝土塊、瀝青混凝土塊、木材、金屬等建筑垃圾，必須送往“再生資源化設施”進行處理。

美國是從1982 年起，在《混凝土骨料標準》ASTMC33-82 中，將經破碎的水泥混凝土包含進了粗骨料中。同時美國軍隊工程師協(xié)會也在有關規(guī)范和指南中，鼓勵使用再生混凝土骨料。在道路的建設中，要求50%采用再生瀝青混凝土，直接建設成本降低了20%以上，既節(jié)約了資源，也保護了環(huán)境，同時也產生了巨大的社會效益。

2.2 國內建筑垃圾再生利用現(xiàn)狀[4]

國內數(shù)十家研究機構和大學開展了大量的研究工作。為了解決再生混凝土的高吸水率和高收縮率的問題，研究人員做了大量的科學試驗。如華中科技大學、東南大學等已經開展利用城市垃圾制作燒結磚和再生混凝土技術的研發(fā)。目前已形成成套的研發(fā)技術，就是將解體混凝土和廢棄磚瓦進行再生資源化處理后，作為混凝土骨料、輕骨料，配制成普通混凝土或高性能混凝土砌塊，這種再生混凝土強度可以達到RC30 以上。另外，同濟大學也對再生混凝土技術進行了大量的科學研究，包括再生混凝土的強度和工作性能研究、廢棄混凝土破碎及再生工藝研究、高溫后再生混凝土的強度研究、再生混凝土框架節(jié)點試驗研究、再生混凝土框架結構抗震性能的研究、再生混凝土梁柱試驗研究、再生混凝土耐久性研究等等。

近年來，政府部門對建筑垃圾的再生利用也給予了高度的重視和大力的支持。在中長期戰(zhàn)略發(fā)展中鼓勵對廢棄物的開發(fā)利用，建設部將“建筑廢渣綜合利用”列入了1997 年科技成果重點推廣項目。有關部門也對相關技術與示范工程項目給予了政策與資金支持，提倡綜合利用建筑垃圾以及生產新型的建筑材料。

3 再生混凝土的主要技術性質

再生骨料混凝土(Recycled Aggregate Concrete，RAC)簡稱“再生混凝土(RC)”。它是指在配制過程中摻用了再生骨料，且再生骨料占骨料總量的質量百分比不低于30%的混凝土。再生混凝土骨料簡稱“再生骨料”，按其粒徑大小可分為再生粗骨料和再生細骨料。再生粗骨料是由建(構)筑廢物中的混凝土、砂漿、石、磚瓦等加工而成，用于配制混凝土的、粒徑大于4.75mm 的顆粒。而粒徑不大于4.75mm 的顆粒叫再生細骨料。

3.1 再生混凝土的配制要求

為充分保證結構安全，只有達到Ⅰ類或Ⅱ類產品指標要求的再生骨料才可以用于配制結構混凝土或RC30 以上的再生混凝土；Ⅲ類產品由于品質相對較差，可能對結構混凝土或較高強度再生混凝土性能帶來不利影響，所以不允許用于結構混凝土或RC30 以上的再生混凝土。但是，如果滿足使用要求，Ⅲ類產品可以用于配制非結構使用的且再生骨料摻用量較低的一般混凝土(例如找平層混凝土等)，也可用來配制RC30 以下且非結構使用的再生混凝土。

再生骨料不宜用于配制強度等級高于RC40的再生混凝土。由于再生混凝土中再生骨料對天然骨料的取代率已經達到30%以上，再生骨料含量相對較高，而再生骨料的品質往往遜色于天然骨料，所以為可靠起見，規(guī)定再生骨料一般只適用于配制RC40 及以下的再生混凝土，即再生混凝土的強度等級上限一般為RC40。如果再生骨料取代率較低，沒有達到30%以上，即沒有達到再生混凝土的下限含量，則再生骨料是可以用于RC40 以上的混凝土的，根據(jù)定義[1]，盡管采用了再生骨料，但由于含量較低，此時的混凝土也不稱其為“再生混凝土”，自然也就沒有強度等級上限。但是，配制RC40 以上強度等級的混凝土時如果摻用了再生骨料，則應進行試配試驗進行驗證。

3.2 再生骨料的技術要求

3.2.1 再生粗骨料的技術要求[5]

1)再生粗骨料的顆粒級配

再生粗骨料按粒徑尺寸可分為連續(xù)粒級和單粒粒級。連續(xù)粒級分為5mm ～16mm、5mm～20mm、5mm ～25mm 和5mm ～31.5mm的四種規(guī)格，單粒粒級分為5mm ～10mm、10mm ～20mm 和16mm ～31.5mm的三種規(guī)格。

表1 再生粗骨料的顆粒級配

2)再生粗骨料的性能指標

表2 再生粗骨料的性能指標

3)再生粗骨料的取代率

在混凝土配制過程中，一般不宜同時摻用再生粗骨料和再生細骨料；當同時摻用時，再生骨料占混凝土骨料總量的質量百分比不宜高于50%，且應通過試配試驗驗證。見表3。

3.2.2 再生細骨料的技術要求[6]

再生細骨料按性能指標分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類，按細度模數(shù)分為粗、中、細三種規(guī)格，其細度模數(shù)Mx 分別為：粗：Mx=3.7 ～3.1，中：Mx=3.0 ～2.3，細：Mx=2.2 ～1.6。

表3 再生粗骨料取代率或再生細骨料取代率的最大值

按照《建筑用砂》(GB/T14684-2011)中規(guī)定的試驗方法，再生細骨料中如含有云母、輕物質、有機物、硫化物及硫酸鹽或氯鹽等有害物質，其含量應符合表4 的規(guī)定。

表4 再生細骨料中的有害物質含量

按照《建設用砂》 (GB/T14684-2011)中規(guī)定的試驗方法，再生膠砂需水量比和強度比應符合表5 的規(guī)定。

4 再生混凝土的效益評價分析[7]

通過對國內目前的研究對比分析，建筑垃圾得到了較好的利用，并且取得了良好的經濟效益和社會效益等。

表5 再生膠砂需水量比和強度比

1) 經濟效益

通過對蘭州建材市場調研，傳統(tǒng)建材中標準粘土磚0.38 元/塊；C20 的商品混凝土為320元/m3，C30 的商品混凝土為350 元/m3。而項目研發(fā)的再生建材，標準磚0.15 元/塊，RC20混凝土為150 元/ m3，RC30 混凝土為170 元/m3。通過對比分析，使用項目研發(fā)的標準磚與傳統(tǒng)標準粘土磚相比，每立方米的砌筑費用將節(jié)約117.76 元左右，再生混凝土與傳統(tǒng)商品混凝土相比，每立方米節(jié)約170 元左右。項目研發(fā)建材較傳統(tǒng)建材相比，其經濟效益非常可觀。

2) 社會效益

甘肅很多正在改建或擴建的地州縣，建筑業(yè)發(fā)展快，在舊房拆除，新房建設中，會產生大量的建筑垃圾，利用建筑垃圾生產再生混凝土有著十分廣泛的市場前景。同時，也是循環(huán)經濟的一種模式，充分體現(xiàn)了循環(huán)經濟的“3R”(減量化、再使用、再循環(huán))原則，符合可持續(xù)發(fā)展的科學發(fā)展規(guī)劃。

5 再生混凝土技術存在的問題[8]

由于再生骨料具有吸水性大、孔隙率高、強度低等特征，使得與天然骨料的性質相差較大。因此，導致再生混凝土在應用中存在一些問題。

1)強度問題

試驗證明，再生骨料配制的再生混凝土，隨著再生骨料摻量的增加，再生混凝土的抗壓強度將明顯降低，而再生細骨料的摻入使得降低現(xiàn)象尤為明顯。因此，在配制再生混凝土時應充分考慮再生骨料的摻量對混凝土強度的影響。

2)摻入量的問題

規(guī)范規(guī)定，“再生骨料占骨料總量的質量百分比不低于30%”，一方面是因為目前的技術水平已經完全可以達到這樣的能力；另一方面，并不是只要摻用了再生骨料就能夠視為再生混凝土，如果摻量過低，配制技術實際上就可能與普通混凝土毫無區(qū)別，不能體現(xiàn)再生混凝土的技術內涵。

在配合比相同的前提下，要保證再生混凝土與基準混凝土相同的坍落度，須增加拌和水，因此在配制再生混凝土時應考慮再生骨料摻入量對混凝土強度和工作性的影響。

3)收縮大的問題

干縮性是混凝土的重要指標之一。相關試驗表明：再生混凝土的干縮性與它的骨料情況有很大關系。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)的時間隨其再生骨料取代比例的增大而增大和加長。在再生骨料取代比例在50%以上時，其干縮時間持續(xù)時間比較長，但在50d 齡期后干縮速率十分緩慢，干縮的增量也要小

6 結語

由于再生骨料來源廣泛，受廢棄混凝土齡期、原始強度和使用環(huán)境、產地等因素影響較大，各地區(qū)生產出的再生混凝土存在較明顯的性能差異，已有的研究成果還不足以建立完善的技術體系。因此對于再生混凝土來說，要真正的達到工程使用階段，無論是試驗研究還是施工技術的研究，還有許多問題需要解決，如研究如何提高其強度、耐久性能、磨耗性能、結構力學性能的方法，使再生混凝土技術向高性能方面發(fā)展，擴大其使用范圍。

[1]邱樹恒，王軍.建筑垃圾再生粗細骨料對混凝土強度的影響.廣西大學學報.2011,518 ～524

[2]王羅春.建筑垃圾處理與資源化[M].北京:化學工業(yè)出版社,2004.

[3]全洪珠.國外再生混凝土的應用概述及技術標準[J].青島理工大學學報，2009 (4)：87-92.

[4]康梅柳,周麗萍.廢棄混凝土的再生利用[J].建材技術與應用.2011(6)9-10

[5]GB25177-2010-T 凝土用再生粗骨料[M].中國標準出版社2011.8

[6]JGJT240-2011 再生骨料應用技術規(guī)程[M].中國建筑工業(yè)出版社 2011.

[7]楊衛(wèi)國,王 京,暴 雷,郭 棟.建筑垃圾綜合利用研究[J].施工技術, 2011(12),:100-102

[8] 侯星宇. 再生混凝土研究綜述[J]. 混凝土,2011(7),:97-98