廢棄混凝土再生骨料性能研究

岳昌盛 馬剛平 王 榮 劉慧慧 孫麗蕊

首鋼總公司能源環(huán)保產(chǎn)業(yè)事業(yè)部（100041）

建筑垃圾又稱建筑廢棄物，是指建設(shè)、施工單位或個(gè)人對各類建筑物、構(gòu)筑物、管網(wǎng)等進(jìn)行建設(shè)、鋪設(shè)或拆除、修繕過程中所產(chǎn)生的對建筑物本身無用或不需要的廢棄混凝土、渣土、棄土、棄料及其他廢棄物。建筑垃圾亂堆亂放不僅占用大量土地，而且污染水土、大氣環(huán)境，影響市容，但是，建筑垃圾具有明顯的資源化利用屬性，合適處置后可以作為建筑原材料利用,不僅可以避免占用土地,污染環(huán)境，還可以替代砂石骨料等天然開采原料，實(shí)現(xiàn)建筑垃圾的資源化利用，一舉多得[1-2]。

1 廢棄混凝土再生骨料

目前，我國仍處于城市化建設(shè)階段。建筑垃圾的產(chǎn)量也在急速增長，城市化率與世界平均水平相比仍有很大差距。城市化建設(shè)將在我國持續(xù)相當(dāng)長的時(shí)間，建筑垃圾產(chǎn)量也將居高不下。建筑垃圾中又以廢棄混凝土的原始強(qiáng)度最高，其再生利用附加值也最高，最易實(shí)現(xiàn)資源規(guī)?；谩５枰M(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)行破碎、篩分后制備再生骨料，作為建筑材料原材料進(jìn)行利用。

再生骨料用于再生產(chǎn)品生產(chǎn)的研究較多，如用再生粗、細(xì)骨料制備自密實(shí)混凝土。研究結(jié)果表明，用河砂和破碎的再生細(xì)骨料分別制成的自密實(shí)混凝土性能只表現(xiàn)出細(xì)微的不同[3];30%比例的再生粗骨料替代混凝土中粗骨料,不僅28 d強(qiáng)度滿足要求，再生骨料與水泥石的粘結(jié)甚至要優(yōu)于天然骨料[4]。采用建筑垃圾以30%的比例替代天然砂制備建筑砂漿，使用性能良好[5]。在道路基層混合料中配入60%質(zhì)量比例的建筑垃圾，當(dāng)水泥用量達(dá)到5%時(shí)，材料的強(qiáng)度性能滿足基層性能要求[6]。上述再生產(chǎn)品也在實(shí)際生產(chǎn)過程中得到應(yīng)用，如北京建工學(xué)院在某框架-剪力墻現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)樓中使用了建筑垃圾再生骨料，天津裕川建材集團(tuán)以建筑垃圾再生骨料為主要原料生產(chǎn)大量干混砂漿，等等。再生產(chǎn)品利用的關(guān)鍵，在于再生骨料的性能是否能達(dá)到替代天然砂石骨料的要求。對于混凝土再生骨料，近年來相關(guān)部門、單位也出臺(tái)一系列技術(shù)和財(cái)政支持的政策、標(biāo)準(zhǔn)。2009年以來，陸續(xù)出臺(tái)了《建筑垃圾處理技術(shù)規(guī)范》CJJ 134-2009、《混凝土用再生粗骨料》GB/T 25177-2010、《混凝土和砂漿用再生細(xì)骨料》GB/T 25176-2010、《再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 240-2011等標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，2011年，財(cái)政部在財(cái)稅〔2011〕115號文件《關(guān)于調(diào)整資源綜合利用產(chǎn)品及勞務(wù)增值稅的通知》中，提出了對銷售自產(chǎn)的建(構(gòu))筑廢物為原料生產(chǎn)的建筑砂石骨料免征增值稅。上述一系列政策的出臺(tái)，為再生骨料的利用提供了支持和使用依據(jù)。但目前關(guān)于再生骨料的性能研究較少，因此，有必要開展再生骨料尤其是廢棄混凝土再生骨料的研究，從而為再生骨料的利用提供可靠參考依據(jù)。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)原料，采用某工業(yè)建筑現(xiàn)場拆遷廢棄混凝土塊。原料尺寸長、寬、高不超過0.8 m，質(zhì)量較好，表面較為干凈，未見混雜有其它建材廢料，如磚瓦、渣土等。采用進(jìn)口履帶式移動(dòng)破碎機(jī)器 (設(shè)備型號1112-S型)進(jìn)行破碎，并采用移動(dòng)篩分機(jī)（設(shè)備型號1800-3D型）進(jìn)行篩分，得到三種骨料，分別為細(xì)骨料(0～5 mm)，粗骨料(5～10 mm)，粗骨料(10～30 mm)。

根據(jù) 《混凝土用再生粗骨料》GB/T 25177-2010、《混凝土和砂漿用再生細(xì)骨料》GB/T 25176-2010標(biāo)準(zhǔn)要求∶對于細(xì)骨料，測定其微粉含量、泥塊含量、有害物質(zhì)含量、表觀密度、堆集密度、空隙率。同時(shí)測定壓碎指標(biāo)、堅(jiān)固性和堿集料反應(yīng)；對于兩種粗骨料，測定其微粉含量、泥塊含量、針片狀顆粒含量、有害物質(zhì)含量、雜物含量、表觀密度、空隙率。同時(shí)測定壓碎指標(biāo)、堅(jiān)固性和堿集料反應(yīng)。

3 結(jié)果與討論

3.1 再生細(xì)骨料性能

3.1.1 微粉、泥塊和有害物質(zhì)

再生細(xì)骨料(0～5 mm)的微粉、泥塊和有害物質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)要求和測定結(jié)果見表1所示，其中，有害物質(zhì)的測定包括云母、輕物質(zhì)、有機(jī)物、硫化物及硫酸鹽、氯化物。

表1 再生細(xì)骨料中的微粉、泥塊和有害物質(zhì)含量

可以看出,廢棄混凝土再生細(xì)骨料的微粉、泥塊含量標(biāo)準(zhǔn)要求均達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)的III類要求,而五種有害物質(zhì)的含量均滿足要求。

3.1.2 表觀密度、堆集密度和空隙率

再生細(xì)骨料的表觀密度、堆集密度和空隙率標(biāo)準(zhǔn)要求和測定結(jié)果見表2所示。

表2 再生細(xì)骨料中的表觀密度、堆集密度和空隙率測定結(jié)果

可以看出,廢棄混凝土再生細(xì)骨料的表觀密度、堆集密度和空隙率分別達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)的III類、II類和I類要求。

3.1.3 堅(jiān)固性、壓碎指標(biāo)與堿集料反應(yīng)

再生細(xì)骨料的堅(jiān)固性、壓碎指標(biāo)與堿集料反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求和測定結(jié)果見表3所示。其中堅(jiān)固性采用硫酸鈉溶液法試驗(yàn),堿集料反應(yīng)要求試件無裂縫、酥裂或膠體外溢等現(xiàn)象，膨脹率＜0.1%。

堿集料反應(yīng)結(jié)果表明,采用再生骨料制備的試件無裂縫、酥裂或膠體外溢等現(xiàn)象,膨脹率測定結(jié)果為0.01%，滿足＜0.1%要求。另外,建筑垃圾的壓碎指標(biāo)較好，達(dá)到了I類要求，堅(jiān)固性滿足III類要求。

可以看出,再生骨料的性能均達(dá)到了III類及以上指標(biāo)要求。根據(jù)已出臺(tái)的《再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 240-2011，再生骨料部分指標(biāo)如泥塊含量、微粉含量、表觀密度和堅(jiān)固性為III類標(biāo)準(zhǔn),因此不宜作為配制有抗凍性要求的混凝土，可用于配制等級較低的非結(jié)構(gòu)混凝土;該再生骨料可以配制強(qiáng)度等級不高于M10的砌筑砂漿、抹灰砂漿和地面砂漿。

表3 再生細(xì)骨料中的堅(jiān)固性、壓碎指標(biāo)與堿集料反應(yīng)測定結(jié)果

3.2 再生粗骨料性能

3.2.1 微粉、泥塊和有害物質(zhì)

再生細(xì)骨料的微粉、泥塊、針片狀顆粒、有害物質(zhì)和雜物含量標(biāo)準(zhǔn)要求和測定結(jié)果見表4。其中,有害物質(zhì)的測定包括有機(jī)物、硫化物及硫酸鹽、氯化物。

從表4可以看出,廢棄混凝土再生粗骨料的微粉、泥塊含量分別均達(dá)到III類、Ⅱ類的要求，而五種有害物質(zhì)的含量均滿足要求。

3.2.2 表觀密度、堆集密度、吸水率和空隙率

表4 再生粗骨料的微粉、泥塊、針片狀顆粒、有害物質(zhì)和雜物含量

再生粗骨料的表觀密度、吸水率和空隙率標(biāo)準(zhǔn)要求和測定結(jié)果見表5所示。

表5 再生粗骨料中的表觀密度、吸水率和空隙率測定結(jié)果

可以看出，廢棄混凝土再生細(xì)骨料的表觀密度、吸水率和空隙率指標(biāo)較好，分別達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)的I類和II類要求。

3.2.3 堅(jiān)固性、壓碎指標(biāo)與堿集料反應(yīng)

再生細(xì)骨料的堅(jiān)固性、壓碎指標(biāo)與堿集料反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求和測定結(jié)果見表6所示。其中堅(jiān)固性采用硫酸鈉溶液法試驗(yàn),堿集料反應(yīng)要求試件無裂縫、酥裂或膠體外溢等現(xiàn)象且膨脹率＜0.1%。

表6 再生粗骨料中的堅(jiān)固性、壓碎指標(biāo)與堿集料反應(yīng)測定結(jié)果

堿集料反應(yīng)結(jié)果表明采用再生骨料制備的試件無裂縫、酥裂或膠體外溢等現(xiàn)象，膨脹率測定結(jié)果為0，滿足＜0.1%要求。另外，建筑垃圾的壓碎指標(biāo)和堅(jiān)固性較好，均達(dá)到了I類要求。

可以看出，同再生細(xì)骨料相比，再生粗骨料的性能指標(biāo)中大部分達(dá)到了I類和II類要求，僅有微粉含量一項(xiàng)指標(biāo)為III類。根據(jù)《再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 240-2011,已達(dá)到 III類標(biāo)準(zhǔn)為例，不宜作為配制有抗凍性要求的混凝土，可用于配制C25及以下等級的混凝土。

綜上所述，廢棄混凝土再生骨料，尤其是再生粗骨料中,泥塊含量、微粉含量等指標(biāo)不容易達(dá)到I類、II類指標(biāo)，多為III類指標(biāo)。因此，未來在生產(chǎn)廢棄混凝土再生骨料中，可以通過采用工藝、設(shè)備配合，降低骨料的泥塊、微粉含量。以再生粗骨料為例，如果將其中的微粉含量降低后達(dá)到II類標(biāo)準(zhǔn)要求，則總體性能達(dá)到II類指標(biāo)要求，根據(jù)《再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 240-2011,可以用于配制高等級，如C40及以下級別的混凝土生產(chǎn)，從而拓展再生骨料應(yīng)用范圍，提高再生骨料產(chǎn)品附加值。

4 小結(jié)

1）建筑垃圾的利用具有避免占用土地、降低環(huán)境危害、替代砂石開采骨料等優(yōu)點(diǎn)。其中，又以廢棄混凝土的利用附加值最高，目前國家出臺(tái)了一系列政策鼓勵(lì)再生骨料的利用。因此，有必要開展再生骨料,尤其是廢棄混凝土再生骨料性能的研究，從而為再生骨料的利用提供可靠參考依據(jù)。

2）以工業(yè)建筑廢棄混凝土為試驗(yàn)原料，通過破碎、篩分生產(chǎn)得到再生細(xì)骨料(0～5 mm)，再生粗骨料(5～10 mm，10～30 mm)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了再生骨料的性能研究。結(jié)果表明∶再生細(xì)骨料的指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)到了III類指標(biāo)；再生粗骨料除了微粉含量外，均達(dá)到了I類、II類要求，具有較好的性能指標(biāo)。

3）根據(jù) 《再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 240-2011，再生細(xì)骨料可用于配制等級較低的非結(jié)構(gòu)混凝土和強(qiáng)度等級不高于M10的砌筑砂漿、抹灰砂漿和地面砂漿。再生粗骨料可用于配制C25及以下等級的混凝土。

4）可以通過工藝和設(shè)備的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)再生骨料的性能提高。如，將再生粗骨料提高到II類指標(biāo)后，就可以用于配制高等級如C40及以下級別的混凝土生產(chǎn)，從而拓展再生骨料應(yīng)用范圍，提高再生骨料產(chǎn)品附加值。

[1]李大華,盛洲發(fā).我國建筑垃圾的現(xiàn)狀和資源化處置的對策商榷[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2006,14(6):67～70.

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[5]薛森森,王愛勤.建筑垃圾生產(chǎn)建筑砂漿的配合比優(yōu)化[J].商品混凝土,2012,12:31～39,48.

[6]張鐵志,張彤.建筑垃圾與尾礦在道路基層中的應(yīng)用[J].公路,2009,7:337～339.