廢混凝土在GRC中的再生利用探究

程海麗，楊飛華，王寶根

（1.北方工業(yè)大學建筑學院，北京100144；2.固廢資源化利用與節(jié)能建材國家重點實驗室，北京100041）

廢混凝土在GRC中的再生利用探究

程海麗1，楊飛華2，王寶根1

（1.北方工業(yè)大學建筑學院，北京100144；2.固廢資源化利用與節(jié)能建材國家重點實驗室，北京100041）

研究了再生磚骨料的取代率對再生骨料GRC的影響及變化規(guī)律，并進一步采用正交設計方法，研究了粉煤灰、硅灰及再生混凝土骨料對GRC的影響。結果表明：再生骨料GRC的強度隨廢混凝土取代率的提高先增長后下降，當廢混凝土取代天然砂30%，可達到或超過天然砂GRC的力學性能；當粉煤灰取代水泥10%，同時硅灰取代水泥10%，廢混凝土取代天然砂30%時，其抗折、抗壓強度值最大。

GRC；廢混凝土；再生利用

GRC制品具有輕質、高強、隔熱保溫、防水、防火、可加工性良好、價格適中等優(yōu)點，獲得了各國材料界的公認。在建筑、市政、農業(yè)、水利和園林工程等許多領域的應用中取得了明顯的技術經濟效果，顯示了廣闊的發(fā)展前景。

目前，全世界有40多個國家和地區(qū)以不同規(guī)模生產和使用GRC制品，全球GRC制品的年產量約為40萬t。我國GRC行業(yè)的規(guī)模也正在日益擴大，年產量已達到4萬t。我國GRC行業(yè)始終堅持“雙保險”的技術路線，故GRC制品行業(yè)在我國一直是蓬勃發(fā)展的[1]。

在GRC制品中，灰砂比一般為1∶1～1∶2，即天然砂的用量不低于50%，由此可以推算，GRC制品的生產和使用將會消耗大量的不可再生的天然砂資源。

另一方面，隨著建筑業(yè)的高速發(fā)展，混凝土作為最大宗的人造材料，對自然資源的占用及對環(huán)境造成的負面影響已引起了人們的高度重視，對廢舊混凝土進行再生循環(huán)利用已成為可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護的有效措施，國外在這方面已做了大量工作，也已有相關的文獻報導，國內這方面的研究工作也方興未艾。再利用的主要途徑是將廢舊混凝土進行破碎、篩分后作為粗骨料應用于混凝土中，但在廢舊混凝土破碎過程中會產生大量較細的顆粒，這些細顆粒適合作細骨料使用，因此，文中將舊建筑拆除的廢混凝土經破碎篩分后取代GRC中的天然砂，研究廢混凝土代替部分天然砂時GRC性能的變化，這不僅能降低GRC的生產成本、節(jié)約天然砂資源，而且可減少廢混凝土排放中對環(huán)境的污染、土地的占用等負面影響，一舉數(shù)得。

1 原材料

強度等級為32.5 R的復合硅酸鹽水泥，其3 d抗折強度為7.1 MPa,抗壓強度為24.4 MPa；28 d抗折強度為8.5MPa，抗壓強度為35.1 MPa。

粉煤灰：II級灰

天然砂：細度模數(shù)3.5，含水率0.35%，堆積密度1 750 kg/m3。

硅灰：SiO2≥90%

廢混凝土：來自拆除的舊建筑物，經過破碎、篩分，粒徑為0.15～4.75mm。堆積密度1 450 kg/m3。

表1 廢混凝土化學組成%

2 試驗方法

抗壓、抗折強度試件采用40 mm×40 mm×160 mm的水泥膠砂試模制作，試件養(yǎng)護1 d后拆模，于養(yǎng)護間自然養(yǎng)護（溫度15～20℃，相對濕度60%～70%）相應齡期后，按GB/T17671-1999水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）進行膠砂強度的檢驗。

3 試驗數(shù)據(jù)分析

3.1 廢混凝土對砂取代率的初步確定

將廢混凝土顆粒分別以0%，15%，30%，45%，60%的取代率取代天然砂，配制混凝土再生骨料GRC，測其7 d抗壓、抗折強度，初步選擇廢混凝土對天然砂取代率的大致范圍，為下一步研究打下基礎。其配合比見表2，性能見表2、圖1和圖2。

表2 7 d不同取代率下的抗壓、抗折強度

圖1 抗壓強度隨再生骨料取代率變化

從表2、圖1和圖2可以看出，隨著廢混凝土對天然砂取代率的提高，試件的強度呈現(xiàn)增長趨勢，當取代率為30%時，抗折、抗壓強度達到最大值，齡期僅有7 d時，就分別比純天然砂GRC提高了39.2%和54.3%。但當取代率繼續(xù)提高時，強度出現(xiàn)下降趨勢。原因是廢混凝土的表面粗糙且多孔，而且廢混凝土密度比天然砂要小，采取等質量取代的方法，同質量的廢混凝土的體積要比砂的體積大，增加了骨料的比表面積，而且廢混凝土粗糙的表面構造使其更容易與水泥漿黏結，所以結合界面強度比較大，同時，廢混凝土粗糙多孔，吸水性強，可有效降低體系的水灰比，也是使其強度提高的原因。所以，隨著廢混凝土取代率的增加，GRC的強度也會增大，但同時，其流動性也下降，編號3，4，5摻入一定量的減水劑以彌補流動性的下降。但當廢混凝土摻入量過多時，由于廢混凝土顆粒本身的強度較天然砂低，因此使得GRC出現(xiàn)強度下降的現(xiàn)象。

圖2 抗折強度隨再生骨料取代率變化

3.2 通過正交試驗進行配比優(yōu)化

由于本試驗采用的是普通硅酸鹽水泥，而非低堿水泥，而普通水泥的高堿度會對玻璃纖維產生腐蝕作用，因此，本試驗考慮加入粉煤灰、硅灰以改善這一方面的性能[2]，原因是當一部分普通水泥由粉煤灰和（或）硅灰取代后，由于水泥用量的減少，可減少水泥水化產物中Ca（OH）2的產出量，同時由于粉煤灰和硅灰可以與水泥水化產物中Ca（OH）2發(fā)生二次水化反應，也能消耗體系中Ca（OH）2的量，從而減少Ca（OH）2對玻璃纖維的腐蝕作用。但粉煤灰用量過高，會降低體系的早期強度，硅灰用量過大，不但會影響GRC的和易性，也會對強度產生影響，因而對不同的配合比體系，二者應有一適合的用量；與此同時，GRC中天然砂與文中所用的廢混凝土的性能也有很大的差異，因此，廢混凝土不同的取代率也會對其性能產生不同程度的影響，亦即，粉煤灰對水泥的取代、粉煤灰與硅灰聯(lián)合對水泥的取代、再生骨料對天然砂的取代都會對GRC的性能產生影響，并且有相互影響作用。因此，以粉煤灰對水泥的不同取代率、粉煤灰與硅灰聯(lián)合對水泥的不同取代率以及再生骨料對天然砂的不同取代率為因素，分別取3個水平進行正交試驗，其中粉煤灰取代水泥3個水平為10%，20%，30%，硅灰取代水泥3個水平為0%，10%，20%，再生骨料取代天然砂3個水平分別為20%，30%，40%。3因素3水平表如表3所示。按表3進行設計的配合比及其相應性能如表4所示。

表3 正交設計因素與水平表

表4 正交試驗配合比及其性能

比較表4中Y2與Y6可以看出，當廢混凝土取代率30%時，10%粉煤灰+10%硅灰的效果優(yōu)于粉煤灰單獨摻加20%的配比；比較Y3與Y8也可以看出，當廢混凝土取代率40%時，10%粉煤灰+20%硅灰的效果也優(yōu)于單摻粉煤灰30%的配比，同時也優(yōu)于硅灰10%+粉煤灰20%的配比（Y4）?？梢姡勖夯遗c硅灰復摻的效果優(yōu)于單摻粉煤灰的效果，即粉煤灰與硅灰之間存在協(xié)同作用，即，當粉煤灰對水泥取代率為10%，硅灰對水泥的取代率也為10%，廢混凝土對砂的取代率30%時（編號Y6），GRC 3個齡期的抗折、抗壓強度值最高，為較優(yōu)化的配比。比較表4中編號Y1與表2中編號2，可以看出，粉煤灰以10%的取代率取代水泥時，7 d的抗折、抗壓強度值均減小，這是因為粉煤灰取代一部分水泥后，由于水泥用量絕對值的減少，而導致早期強度降低。比較表4中編號Y6與表2中編號2，可以看出，粉煤灰10%+硅灰10%復摻時，7 d的抗折、抗壓強度值均有提高，其中抗壓強度提高幅度較大。這是由于硅灰和粉煤灰的火山灰效應,填充效應和微集料效應,在雙摻水泥漿中得以充分發(fā)揮,并且兩種外摻料在等比例雙摻情況下，能在上述3種效應方面互相補充,從而得到比單摻漿體更優(yōu)的細觀結構（如硬化水泥漿有害孔比例減少等），同時改善了水泥基材-骨料和水泥基材-玻璃纖維的界面粘結[3]。

4 結果與討論

4.1 結果

（1）在文中試驗條件下，廢混凝土取代天然砂30%時，可達到或超過天然砂GRC的力學性能。

（2）正交試驗表明，在文中試驗條件下，粉煤灰取代普通水泥10%+硅灰取代水泥10%，廢混凝土取代天然砂30%時，GRC 7 d，28 d，56 d抗折、抗壓強度均可達到最大值。因此，從力學性能角度看，廢混凝土再生骨料完全可替代天然砂應用于GRC及其制品的生產和制作中。

4.2 討論

（1）由于目前將廢混凝土當作骨料用于GRC中的研究尚不多見，因此，這方面的研究還需要詳細具體進行，本研究在這方面做了初步的試驗工作。

（2）廢混凝土相對于天然砂強度低、吸水性強，因此，加入GRC中后會對其和易性產生不同程度的影響，從而影響其他性能，因此其最佳加入量與所選的減水劑的品種及性能有關，文中結論僅限于所用減水劑品種。

（3）僅從強度角度研究了廢混凝土在GRC中的應用，但作為GRC制品，其耐久性（主要是玻璃纖維在高堿性環(huán)境中的耐老化性）也是影響其應用的主要因素，篇幅所限，筆者將在后續(xù)工作中另行撰文。

（4）研究結論基于膠凝材料為高堿性的普通水泥，對于“雙保險”體系的GRC可能有一定的借鑒作用，對以低堿度水泥為基礎的“雙保險”再生骨料GRC進行專門研究也是筆者后續(xù)擬研究的內容。

[1]沈榮熹.國際GRC制品行業(yè)的現(xiàn)況與動向[A]//纖維水泥制品行業(yè)纖維增強水泥及其制品論文選集(1)[C].北京：中國建材工業(yè)出版社，2009，25-262.

[2]曹巨輝.粉煤灰硅灰改善GRC加速老化條件下力學性能的研究[J].粉煤灰綜合利用，2003(5)：27-25.

[3]潘鋼華，甘元玉，秦鴻根，等.超細粉煤灰與硅灰復合對高性能混凝土強度的影響[J].混凝土，1996(3)：21-27.

環(huán)保部公布第三批通過環(huán)保核查鉛蓄電池和再生鉛企業(yè)名單

為貫徹落實《國務院關于加強環(huán)境保護重點工作的意見》（國發(fā)［2011］35號）和《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》要求，確保公眾身體健康，環(huán)保部開展了鉛蓄電池和再生鉛企業(yè)環(huán)保核查工作，對有關鉛蓄電池和再生鉛企業(yè)環(huán)境保護現(xiàn)狀進行審查。經企業(yè)自查、省級環(huán)保部門初審、專家資料審查、社會公示和各環(huán)保督查中心現(xiàn)場檢查，形成了第三批26家符合環(huán)保法律法規(guī)要求的鉛蓄電池和再生鉛企業(yè)名單，并予以公告。

為進一步提升企業(yè)污染防治水平，環(huán)保部將持續(xù)開展鉛蓄電池和再生鉛企業(yè)環(huán)保核查工作，發(fā)布符合環(huán)保法律法規(guī)要求的鉛蓄電池和再生鉛企業(yè)名單，并對已公告的鉛蓄電池和再生鉛企業(yè)進行復核和抽查，發(fā)現(xiàn)不符合環(huán)保法律法規(guī)要求的，將撤銷并予以公告。

新書推介：《中國廢鋼鐵產業(yè)研究》

由我國再生資源、廢鋼鐵產業(yè)資深專家，原中國廢鋼鐵協(xié)會秘書長閆啟平撰寫的《中國廢鋼鐵產業(yè)研究》一書，已由冶金工業(yè)出版社出版，新華書店發(fā)行。

該書是第一部研究我國廢鋼鐵產業(yè)的運行機制、政策法規(guī)、國家標準、資源調查、技術設備、二次污染防治、管理模式、基地建設指南及低碳經濟時期發(fā)展戰(zhàn)略的專著；傾注了作者20多年從事廢鋼鐵生產經營管理、產業(yè)研究的經驗積淀及畢生的學識和才智；全書涉及面廣、數(shù)據(jù)豐富、結構清晰、深入淺出、通俗易懂，是廢鋼鐵從業(yè)人員、管理人員、研究人員、設計人員及相關政府部門人員進行經營決策、教育培訓、科學研究、制定政策的理想參考書。

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Research on recycling use of waste concrete in GRC

CHENG Haili1，YANG feihua2，WANG Baogen1
（1.North China University of Technology,Beijing 100144,China; 2.State Key Laboratory of Solid Waste Reuse for Building,Beijing 100041，China）

This paper studies the effects of replacem ent ratio of w aste concrete aggregate on the recycled aggregate GRC,and then,by using the orthogonal design m ethod，the effects of fly ash，silica fum e and w aste concrete aggregate on GRC is further researched.The results show that w hen the replacem ent ratio of w aste concrete to natural sand is 30%,the m echanical properties of w hich reach or can exceed to the GRC w ith natural sand.w hen the replacem ent ratio of fly ash to P·O cem ent is 10%,silica fum e to P·O cem ent is 10%,and w aste concrete to natural sand is 30%,the perform ance of GRC is optim al.

GRC,w aste concrete,recycling use

X799.1；TU528.581

：A

：1674-0912（2014）08-0023-04

2014-03-04）

北京市教委科技發(fā)展計劃項目（KM201210009010）；固廢資源化利用與節(jié)能建材國家重點實驗室開放基金項目（SWR-2012-003）；北京市自然科學基金項目（2142013）

程海麗（1965-），女，河北人，碩士，副教授，研究方向：建筑材料、新型建筑材料，發(fā)表論文20余篇。