魯文斌

(湖南省第五工程有限公司，湖南 株洲 412000)

1 引言

混凝土是世界上使用最廣泛的建筑材料，也是預(yù)制建筑物中使用最廣泛的建筑材料之一[1]。混凝土的制備消耗了許多自然資源和能源，例如沙子、水泥和水。這些資源的長(zhǎng)期使用和混凝土廢物的不合理清理嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境。 1998年，中國(guó)提出了再生混凝土的概念[2]?？梢詫?duì)混凝土廢料進(jìn)行清洗、破碎、分類(lèi)和計(jì)量，以產(chǎn)生“回收骨料”[3]。合理使用再生混凝土可以有效地節(jié)省額外的自然資源，并且在保護(hù)環(huán)境和自然資源方面具有非常重要的作用和重要性[4]。

2 裝配式建筑的概述

2.1 裝配式建筑的概念

通過(guò)在預(yù)制工廠生產(chǎn)預(yù)制混凝土構(gòu)件，實(shí)際建設(shè)時(shí)通過(guò)連接件進(jìn)行有效連接并現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土形成整體的建筑結(jié)構(gòu)，以這種方式進(jìn)行施工建設(shè)的建筑稱(chēng)為裝配式建筑[5]。

2.2 裝配式建筑的優(yōu)勢(shì)

這類(lèi)建筑的構(gòu)件是在專(zhuān)門(mén)的工廠，開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)，通過(guò)集成化生產(chǎn)的方式加快了建筑產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)和建造效率[6]。在對(duì)裝配式的混凝土構(gòu)件進(jìn)行吊裝和安裝時(shí)，因其大大減少了現(xiàn)場(chǎng)施工中進(jìn)行的混凝土澆筑等工序，可有效地將建筑施工噪聲與粉塵降低[7]。通過(guò)集成化的安裝構(gòu)件，可減少混凝土在澆筑中可能產(chǎn)生的問(wèn)題，有效地避免了不合格構(gòu)件的出現(xiàn)，從而大大節(jié)約了施工資源。在建設(shè)階段也減少了碳排放的產(chǎn)生，節(jié)約了能源[8，9]。

2.3 裝配式建筑效益的分類(lèi)

隨著我國(guó)裝配式建筑在民用建材上的廣泛運(yùn)用，使得我國(guó)民用建材生產(chǎn)方式有很大的改變，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、環(huán)保和綠色低碳的整體綜合效益，因此，從市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益與社會(huì)效益三方面進(jìn)行分析，著重開(kāi)展效益分析[10]。

3 再生混凝土技術(shù)

3.1 再生混凝土骨料的制作方法

再生混凝土是指將廢混凝土塊按一定比例進(jìn)行破碎，清洗(圖1)，分類(lèi)，部分或完全替代天然集料(主要是粗集料)，如砂石，碎石，然后加入水泥和水制成的新型混凝土[11]。

圖1 再生骨料清洗

3.2 再生混凝土配合比試驗(yàn)研究

根據(jù)再生混凝土的配合比，可以提高混凝土攪拌站的成熟配合比。它已經(jīng)在預(yù)制工廠中使用了很長(zhǎng)時(shí)間，并且與原料混合站中使用的原料是相同的，只是用于聚合的原料已經(jīng)很長(zhǎng)時(shí)間了[12]。再生骨料的性能，沙子的比例，水和粘結(jié)劑的比例，膠凝材料的量以及礦物摻合料的類(lèi)型和含量對(duì)混凝土的性能有重要影響[13]。但是，由于測(cè)試混合比是基于原始混合比和混合站的原料，因此，主要根據(jù)再生建筑廢料骨料的特性進(jìn)行了對(duì)需水量和砂比的影響的實(shí)驗(yàn)研究[14]。

3.3 再生混凝土性能研究

3.3.1 再生混凝土的機(jī)械性能是混凝土的重要性能

由于再生骨料有許多棱角，粗糙的表面和高孔隙率，與普通混凝土相比，再生混凝土的機(jī)械性能發(fā)生了較大變化[15]。具有相同混合比的再生混凝土的強(qiáng)度比天然骨料混凝土的強(qiáng)度低約10%，但隨著年齡的增長(zhǎng)，這種差異會(huì)減小。因此，在預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)中，再生混凝土通常用于填充非承重預(yù)制構(gòu)件，例如隔熱墻和墻板[16]。

3.3.2 再生混凝土的工作性能

例如流動(dòng)性，良好的內(nèi)聚性和坍落度保持能力，是現(xiàn)場(chǎng)施工中混凝土最重要的性能[17]。由于某些特殊形狀的預(yù)制部件的工作表面狹窄，并且鋼筋密度高，因此只能使用小型泵進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑。再生混凝土可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整添加顆粒的大小和適當(dāng)?shù)幕旌媳取Ｌ砑酉鄳?yīng)的外加劑不僅可以滿(mǎn)足混凝土的可加工性要求，而且可以使成型后的零部件外觀質(zhì)量更加規(guī)范[18]。通常認(rèn)為，與普通混凝土相比，再生混凝土具有較低的坍落度和較差的流動(dòng)性。然而，由于骨料的粗糙表面，再生混凝土混合物的摩擦阻力增加，并且再生混凝土的保水率和黏度增加[19]。為了獲得與普通混凝土相同的性能，再生混凝土需要添加5%～15%的水?；诖耍恍┭芯咳藛T建議使用預(yù)飽和水，在使用前用水使回收的骨料飽和。

3.3.3 再生混凝土耐久性的抗碳化性和抗凍融性是混凝土耐久性的重要指標(biāo)

可以得出結(jié)論：①隨著時(shí)間的流逝，混凝土砌塊的碳化深度逐漸增加，再生混凝土的抗碳化性比普通混凝土略差。主要原因可能是再生混凝土集料中存在一些裂縫，這些裂縫促進(jìn)了碳化過(guò)程中二氧化碳的通過(guò)，并且抗碳化性略低[20]。②在相同的凍融循環(huán)條件下，凍融前后再生混凝土的質(zhì)量損失比普通混凝土大，這是因?yàn)樵偕炷凉橇系奈蔬h(yuǎn)高于普通混凝土[21]。隨著溫度下降，混凝土孔中的水開(kāi)始凍結(jié)，在此過(guò)程中，水的膨脹受到較大孔中凍結(jié)水的限制。但是，由于骨料本身中存在大量裂縫和空隙，再生混凝土受霜的解除的影響，但缺少自由孔來(lái)緩解膨脹壓力[22]。當(dāng)靜水壓力作用在井壁上時(shí)，它將產(chǎn)生更高的抗拉強(qiáng)度，達(dá)到最大混凝土抗拉強(qiáng)度的可能性也更大。因此，再生混凝土的表面剝落得越多，對(duì)混凝土試塊的破壞就越嚴(yán)重。

3.3.4 再生混凝土構(gòu)件外觀質(zhì)量

再生混凝土組件的外觀質(zhì)量主要是指表面平整度，裂縫，蜂窩表面和麻點(diǎn)。外觀質(zhì)量主要受水泥，細(xì)骨料和粗骨料等因素影響。經(jīng)過(guò)清洗和分類(lèi)后，再生骨料接近天然骨料，對(duì)外觀質(zhì)量影響很小。因此，改善外觀質(zhì)量的更好方法是從生產(chǎn)過(guò)程和維護(hù)方法入手。

4 再生混凝土技術(shù)的應(yīng)用

4.1 再生混凝土骨料破碎加工

目前，再生骨料的處理方法相近，即將不同的破碎設(shè)備、輸送機(jī)械、篩選設(shè)備和除雜設(shè)備有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，完成雜質(zhì)的破碎、篩選和處置過(guò)程，最終達(dá)到要求?；厥盏募?xì)骨料和粗骨料滿(mǎn)足質(zhì)量要求[23]。生產(chǎn)過(guò)程分為3個(gè)階段：①預(yù)處理階段：去除殘留混凝土中的其他雜質(zhì)，并使用破碎機(jī)將混凝土塊破碎成顆粒；在組裝組件的生產(chǎn)過(guò)程中，由于各種原因會(huì)取消組件，否則每天都會(huì)丟失混凝土廢料，這種混凝土廢料會(huì)占用大量的存儲(chǔ)空間，因此首要任務(wù)是銷(xiāo)毀這種廢料，即鋼鐵倉(cāng)庫(kù)，破碎和拆除也可以單獨(dú)回收[14]。②破碎臺(tái)：混凝土塊在偏心輥上旋轉(zhuǎn)，彼此碰撞、摩擦和破碎，并去除粘附在管道表面的水泥漿和砂漿。地面混凝土塊具有不同的大小，形成連續(xù)的多級(jí)漸變。這些骨料層與水泥和摻合料混合形成再生混凝土。但是，由于對(duì)性能的影響，它只能用于安全系數(shù)較小的非承重組件，例如可滲透磚，路邊等[25]。③篩選階段：進(jìn)行材料的最終篩選，消除水泥砂漿等顆粒，最終獲得高性能的再生骨料。經(jīng)過(guò)篩分和清潔后，回收的骨料性能良好，接近天然骨料。選擇適當(dāng)?shù)幕旌媳?，可以形成性能良好的再生混凝土，可用于生產(chǎn)預(yù)制建筑物的非承重構(gòu)件。用作填充墻，室外裝飾掛板等。

4.2 再生混凝土構(gòu)件性能試驗(yàn)

結(jié)合生產(chǎn)情況，可以將混凝土廢料粉碎用以生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件，例如混凝土填充墻和混凝土保溫墻板，以及非承重構(gòu)件，例如混凝土石料，用于道路和排水溝。研究了再生混凝土構(gòu)件的機(jī)械和物理性能。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了再生骨料含量、添加劑含量和組分類(lèi)型設(shè)計(jì)對(duì)混凝土組分的物理和機(jī)械性能的影響。通過(guò)與天然混凝土的比較，發(fā)現(xiàn)合理的墻體材料比例。然后，對(duì)再生混凝土構(gòu)件進(jìn)行了壓縮試驗(yàn)。對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)范中壓縮計(jì)算公式的比較分析為實(shí)際生產(chǎn)再生混凝土組件提供了測(cè)試依據(jù)。

5 再生混凝土技術(shù)主要技術(shù)難點(diǎn)和解決方法

5.1 技術(shù)難點(diǎn)

再生混凝土的主要技術(shù)難點(diǎn)是如何提高再生混凝土的強(qiáng)度。由于再生的骨料來(lái)自原始的廢棄混凝土，因此其中會(huì)出現(xiàn)一些裂縫，嚴(yán)重影響骨料的強(qiáng)度。由于混凝土碎片的復(fù)雜組成，混凝土的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化。嚴(yán)重碳化經(jīng)常發(fā)生在混凝土表面。混凝土骨料腐蝕和腐蝕后，內(nèi)部會(huì)軟化，強(qiáng)度會(huì)大大降低。一般來(lái)說(shuō)，混凝土骨料的強(qiáng)度較低，其應(yīng)用也較復(fù)雜。目前，我國(guó)主要使用再生骨料混凝土生產(chǎn)中低質(zhì)量混凝土。

5.2 解決方法

(1)增加混凝土的強(qiáng)度。為了增加混凝土的強(qiáng)度，必須不斷提高集料的增強(qiáng)效果。在此過(guò)程中，不可避免要進(jìn)行機(jī)械和固溶處理。在機(jī)械處理過(guò)程中，其主要目的是從混凝土骨料表面去除水泥砂漿和其他成分。使用球磨機(jī)活化再生的混凝土骨料肯定會(huì)提高其質(zhì)量。再生骨料的失效率大大降低，可以有效地用于鋼筋混凝土構(gòu)件。處理溶液的復(fù)雜性相對(duì)較高，并且僅在用化學(xué)懸浮液(如酸)清洗后才能將聚集體浸泡。完全干燥后，可以進(jìn)行有效處理。此外，必須優(yōu)化回收骨料的結(jié)構(gòu)以提高其密度、穩(wěn)定性和堅(jiān)固性。

(2)合理使用再生混凝土。預(yù)制建筑構(gòu)件對(duì)混凝土的高強(qiáng)度和安全性能要求極大地限制了再生混凝土的發(fā)展。但是合理使用再生混凝土也可以在再生混凝土中發(fā)揮作用。在預(yù)制建筑組件中，有些使用非承重結(jié)構(gòu)，例如填充墻，裝飾性懸掛面板和彩色混凝土[26]。它也可用于市政項(xiàng)目，例如透水磚，路緣石，排水溝等。然而，再生骨料的原始缺點(diǎn)已成為新型預(yù)制構(gòu)件的優(yōu)點(diǎn)，這些預(yù)制構(gòu)件已得到合理使用并接近自然。

6 結(jié)語(yǔ)

以實(shí)踐可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，以建設(shè)環(huán)境友好型公司為目標(biāo)，建筑廢料的回收利用已成為建筑業(yè)不可回避的話(huà)題。本研究開(kāi)發(fā)和使用建筑廢料，例如再生骨料來(lái)代替全部或部分天然骨料。結(jié)果表明：一方面，它可以減少對(duì)沙子和礫石等礦產(chǎn)資源的購(gòu)買(mǎi)，為公司節(jié)省成本，并減少因露天傾倒廢物而造成的環(huán)境污染；另一方面，隨著建筑材料和產(chǎn)品的快速發(fā)展，剩余資源利用的發(fā)展，這一趨勢(shì)將帶動(dòng)高性能綠色混凝土和環(huán)保多功能材料的研究，特別是結(jié)構(gòu)混凝土、彩色混凝土、室外裝飾懸掛板、高性能透水磚等。同時(shí)，由于減少了天然骨料的消耗，節(jié)省了礦產(chǎn)資源，使用再生骨料提高了天然骨料更換后的替代率，產(chǎn)品的性能要求也越來(lái)越高。隨著市場(chǎng)需求逐年增加，生產(chǎn)過(guò)程中混凝土的成本降低，并且在建筑與環(huán)境之間實(shí)現(xiàn)了良性循環(huán)。

由于再生骨料和天然骨料的性能不同，因此再生骨料混凝土和天然骨料混凝土的性能也不同。與天然骨料混凝土相比，再生混凝土具有較低的抗張強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和坍落度。但是，如果使用正確的混合比和正確的添加劑，則再生混凝土的性能可以等于或優(yōu)于天然混凝土。因此，使用混凝土廢料作為再生骨料來(lái)制造混凝土構(gòu)件甚至可以代替天然混凝土構(gòu)件，并在建筑資源的循環(huán)利用中發(fā)揮作用。具有節(jié)能環(huán)保的良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有廣闊的應(yīng)用前景。在預(yù)制建筑構(gòu)件的生產(chǎn)中，混凝土每天都在流失。如果這種丟失的混凝土可以完全再利用，則可以將其轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂胁煌匦缘幕炷粒⒂糜谏a(chǎn)不同的組件，這可以產(chǎn)生非常顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。