黃小琴 黃 琴 蔣必鳳 陳圣寧

(1.三亞學(xué)院,海南 三亞 572011; 2.91515部隊(duì),海南 三亞 572011)

1 概述

建筑垃圾被隨意處置或簡單填埋，占用了大量土地、污染環(huán)境，成為城市發(fā)展中急需解決的問題。建筑垃圾具有非常大的潛在利用價(jià)值和社會效益，將其回收處理作為骨料重新加入水泥基體中，有望制備出環(huán)保節(jié)能的新型建筑材料，對其進(jìn)行深入研究具有重要的科學(xué)意義及工程實(shí)用價(jià)值。

再生混凝土的制備方法通常是將建筑垃圾進(jìn)行分類，破碎后得到再生微粉、再生細(xì)骨料與粗骨料，加入水泥或混凝土基體中，替代部分的粗、細(xì)骨料或礦物摻合料，制備再生混凝土，對其制備工藝、新拌漿體和易性、物理及力學(xué)性能微觀組織形貌、界面結(jié)合情況、斷裂機(jī)理、耐久性等進(jìn)行研究。國內(nèi)外學(xué)者對再生混凝土的制備與性能做了廣泛的研究，擬解決問題包括水灰比、顆粒級配、外加劑影響、微觀界面等。本文旨在對再生混凝土的骨料特點(diǎn)、骨料強(qiáng)化方法、研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析綜述，以期為后續(xù)該方向的研究提供一定的參考。

2 再生骨料特點(diǎn)分析

建筑垃圾分揀處理后得到的廢棄磚塊、廢棄混凝土塊與砂漿塊經(jīng)過破碎、過篩處理，得到可制備再生混凝土中的再生骨料，其形態(tài)包括再生粉末、再生細(xì)骨料和再生粗骨料。劉俊華等[1]的研究表明經(jīng)過破碎機(jī)強(qiáng)制力破碎的再生骨料處于高能不穩(wěn)定狀態(tài)，其顆粒表面粗糙且微裂紋較多，與普通骨料的對比研究表明，再生骨料制備的再生混凝土新拌漿體流動性降低、硬化后再生混凝土密度降低、吸水率增大、但后期強(qiáng)度提高較快。再生細(xì)骨料的表觀密度約為天然中砂的85%左右，堆積密度約為天然中砂的75%～90%左右，而且吸水率是天然砂的十幾倍。材料的組成和結(jié)構(gòu)決定材料的性質(zhì)，再生骨料的這些性質(zhì)特點(diǎn)也是由其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)決定的，再生骨料在加工破碎過程中吸收較大能量，內(nèi)部和表面均有較多微裂紋，這導(dǎo)致其密度較低，吸水率較大。再生骨料顆粒表面的硬化水泥漿也為多孔結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高再生骨料的吸水率。與普通混凝土相比，再生骨料表面的硬化水泥漿層會導(dǎo)致再生混凝土的界面結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜化，影響再生混凝土的新拌漿體和易性和硬化后的力學(xué)性質(zhì)與耐久性。

3 再生骨料強(qiáng)化方法分析

采用未經(jīng)處理的再生骨料制備的混凝土強(qiáng)度一般較低，為提高再生骨料質(zhì)量，學(xué)者提出通過物理、化學(xué)以及復(fù)合的手段對骨料進(jìn)行改性強(qiáng)化處理研究，取得一定的研究成果。韓嵐嵐[2]采用化學(xué)改性方法，使用有機(jī)、無機(jī)、有機(jī)無機(jī)復(fù)合溶液對再生骨料浸泡處理風(fēng)干后測試強(qiáng)化骨料的性能，實(shí)驗(yàn)表明硅烷能夠較好的提高骨料的密度，PVA處理能夠較多降低骨料的吸水率。黃苗周[3]利用納米材料獨(dú)特的滲透作用和較高的活性特點(diǎn)，采用納米碳酸鈣和納米二氧化硅溶膠對再生骨料浸漬處理，研究納米溶膠強(qiáng)化再生骨料制備的再生混凝土的力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)，研究表明納米碳酸鈣可以填充再生骨料的孔隙，從微觀結(jié)構(gòu)上對再生骨料進(jìn)行了改良，但新拌再生混凝土漿體的流動性會受到較大的影響，實(shí)驗(yàn)過程中納米碳酸鈣和納米二氧化硅溶膠的沉降，導(dǎo)致浸漬溶膠不均質(zhì)現(xiàn)象，影響浸漬效果，還有待進(jìn)一步研究解決。

4 研究現(xiàn)狀分析

發(fā)達(dá)國家的研究成果表明再生混凝土基本能滿足工程的一般要求，再生混凝土的應(yīng)用范圍和應(yīng)用效率也在不斷提高中。我國關(guān)于再生混凝土研究正在不斷深入中，但是還未形成較好的理論體系?；痉椒ㄊ菍⒔ㄖM(jìn)行加工、破碎，制備再生粗骨料與細(xì)骨料部分替代混凝土中的粗、細(xì)骨料，制備再生混凝土，并對其新拌混漿體和易性、硬化后的密度、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、力變形曲線、微觀結(jié)構(gòu)和界面結(jié)構(gòu)等進(jìn)行分析研究，并進(jìn)行一定的數(shù)值模擬。再生骨料本身的性質(zhì)缺點(diǎn)導(dǎo)致其不適合作為高性能混凝土的骨料使用，其應(yīng)用主要是作為混凝土墊層、基礎(chǔ)或制備再生混凝土實(shí)心或空心小型砌塊。

李健華等[4]利用發(fā)泡技術(shù)，將建筑物廢棄再生集料加入水泥基體中制備再生泡沫混凝土，分析水泥摻量、水灰比和再生骨料摻量對最終再生泡沫混凝土強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明：再生骨料摻量的影響最大，其次是水泥摻量，水灰比的影響最小。設(shè)計(jì)出最佳配合比，制備出的再生氣泡混凝土性能滿足CJJ/T 177—2012氣泡混合輕質(zhì)土填筑工程技術(shù)規(guī)程要求。黃修林等[5]分別采用建筑垃圾復(fù)合微粉與粉煤灰粉加入混凝土中，研究建筑垃圾復(fù)合微粉對混凝土性能的影響，探討其工程適用性，得出建筑垃圾復(fù)合微粉添加到C30的混凝土中可以改善新拌漿體的和易性并提高長期強(qiáng)度。這為建筑垃圾的回收利用提供較好的方向指導(dǎo)。

馬永志等[6]研究再生粗骨料和再生細(xì)骨料的替代率對再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，研究表明：再生粗骨料的替代率小于25%時(shí)，再生混凝土強(qiáng)度保持較好，當(dāng)大于該比例時(shí)混凝土強(qiáng)度下降較快。再生細(xì)骨料的加入量少時(shí)，對再生混凝土的抗壓強(qiáng)度影響較大，加入量大時(shí)對再生混凝土的抗壓強(qiáng)度反而影響較小。王少偉等[7]根據(jù)水利工程項(xiàng)目部分構(gòu)件部位對混凝沒有太高要求的現(xiàn)實(shí)情況，綜合眾多學(xué)者對再生混凝土骨料替代率的影響研究結(jié)果，提出將再生混凝土運(yùn)用于要求較低的水利工程，該服役條件更切合再生混凝土本身的力學(xué)性質(zhì)，由于不要求對再生骨料進(jìn)行二次處理，體現(xiàn)出較好的經(jīng)濟(jì)性，難點(diǎn)在于再生混凝土的耐久性有待進(jìn)一步研究，得出結(jié)果以判斷再生混凝土在水利工程運(yùn)用的適應(yīng)性。張喜民等[8]基于對建筑垃圾回收利用的再生骨料組成、結(jié)構(gòu)和性能的研究，依托高速公路工程建設(shè)中非承重部件再生混凝土工程規(guī)模應(yīng)用，設(shè)計(jì)得到C25混凝土的施工配合比，表明摻量在30%以內(nèi)的再生混凝土在高速公路工程非承重部位上具有良好的工程適用性，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

總體而言，歐美等發(fā)達(dá)國家的建筑垃圾回收利用已經(jīng)達(dá)到較高的發(fā)展水平，形成較完整回收、處理與再生混凝土制備、利用體系。國內(nèi)采用建筑垃圾制備的再生混凝土也在公路工程和基礎(chǔ)墊層工程中得到較好的應(yīng)用，但對比西方發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)業(yè)鏈運(yùn)用，就利用效率和應(yīng)用范圍而言，再生混凝土在我國的發(fā)展還是有不小的差距。隨著環(huán)境保護(hù)要求的進(jìn)一步提高，再生混凝土的研究與運(yùn)用將會有更好的發(fā)展前景。

5 研究展望

建筑垃圾本土化高效處置和消納，對節(jié)能減排、節(jié)約土地、保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有巨大作用。再生混凝土的研究初步取得一定的研究成果，理論體系的建立還需要國內(nèi)外學(xué)者在這方面的不斷努力，以下幾個(gè)方面可作為研究參考方向：

1)混凝土的整體強(qiáng)度由骨料自身強(qiáng)度與骨料、水泥漿的界面強(qiáng)度共同決定，再生混凝土內(nèi)部界面情況復(fù)雜，其對混凝土最終強(qiáng)度有很大影響，分析再生混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，研究再生混凝土微觀界面的物理和化學(xué)相容性，探討二者界面結(jié)合微觀機(jī)理，尋找提高界面結(jié)合強(qiáng)度的方法，有關(guān)再生混凝土的界面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)還有待進(jìn)一步的深入研究。

2)混凝土越密實(shí)其強(qiáng)度越高，且混凝土的強(qiáng)度與其他性質(zhì)具有正相關(guān)性，混凝土密實(shí)度在組分一定的情況下，由水灰比和集料的級配決定，再生骨料表面吸水性較大，適當(dāng)提高再生混凝土的水灰比，并研究再生骨料的顆粒形貌與結(jié)構(gòu)、粒度級配對混凝土強(qiáng)度的影響，利用有限元等數(shù)值模擬形成理論體系十分重要。

3)再生骨料的吸水性較大導(dǎo)致新拌漿體的和易性受到影響，國內(nèi)外在骨料改性方向上做了許多研究，但存在工序復(fù)雜或成本過高的缺點(diǎn)，對再生骨料顆粒還應(yīng)做進(jìn)一步的研究，力求尋找到一種經(jīng)濟(jì)簡便而高效的方法，降低再生骨料裂紋多、吸水大對新拌漿體和易性的影響，提高再生混凝土的工程適用性。

4)由于建筑垃圾制備的再生骨料在性質(zhì)上與天然骨料存在巨大差異，這些差異的產(chǎn)生一部分是由于再生骨料本身混凝土拌制條件與工程服役條件導(dǎo)致的，另外一部分原因是由于回收處理工藝導(dǎo)致的二次結(jié)構(gòu)損傷，第一種情況導(dǎo)致的差異無法減弱，而由于破碎工藝導(dǎo)致的再生骨料結(jié)構(gòu)損傷則可以通過進(jìn)一步對建筑垃圾的處理工藝進(jìn)行研究，尋求解決辦法。