特別策劃：再生骨料在混凝土中的應(yīng)用

特別策劃：再生骨料在混凝土中的應(yīng)用

編者按：經(jīng)國(guó)內(nèi)外研究證明，將再生骨料用于制備混凝土被證明是完全可行的。由于再生骨料在處理過程中表面難免會(huì)附有水泥砂漿，表面比較粗糙，且在生產(chǎn)過程中受到機(jī)械切割破碎和震蕩作用，骨料表面微裂紋增多，致使再生骨料的品質(zhì)指標(biāo)低于天然骨料；并且由于原材料及生產(chǎn)工藝的原因，再生骨料經(jīng)常會(huì)混有雜質(zhì)，這些都會(huì)影響再生骨料的質(zhì)量，因此也限制了再生骨料的應(yīng)用，再生骨料在混凝土中應(yīng)如何應(yīng)用？雖然目前再生骨料已經(jīng)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但人們?cè)谟^念上不太能接受將再生骨料應(yīng)用于工程，尤其是結(jié)構(gòu)工程中。本期特別策劃邀請(qǐng)大家談?wù)勗偕橇显诨炷林袘?yīng)用的技術(shù)和觀念上的問題。

段珍華（同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院建筑工程系，助理教授）

普遍認(rèn)為再生骨料相比于天然砂石來說僅僅是其表面一般附著有大量的老砂漿。但破碎站實(shí)際生產(chǎn)的再生骨料遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這么簡(jiǎn)單，如圖 1 所示，段珍華和潘智生指出，再生骨料除了骨料顆粒之外，還有可能包含少量的磚瓦和雜質(zhì)成分；而對(duì)于單個(gè)骨料顆粒來說，它也可能有以下幾種形式存在：a) 部分或全部水泥砂漿包裹的碎石骨料；b) 水泥漿黏合幾塊碎石形成的骨料；c) 單獨(dú)的水泥漿塊骨料；d) 單獨(dú)的碎石骨料；除此之外，即使是同一種形式的骨料顆粒，也可能因其附著砂漿含量和質(zhì)量的不同而存在極大差異。段珍華和潘智生針對(duì)不同來源及破碎方法獲取的再生骨料進(jìn)行了大量的性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)再生骨料的來源及其破碎方式對(duì)其品質(zhì)影響極大，主要表現(xiàn)在砂漿含量、表觀密度、吸水率、力學(xué)性能等各方面；再生骨料的品質(zhì)是其所有性能指標(biāo)的綜合體現(xiàn)，因此很難采用一個(gè)或者少數(shù)性能指標(biāo)來全面地表征再生骨料的品質(zhì)。研究結(jié)果顯示，當(dāng)采用不同品質(zhì)的再生骨料完全取代天然骨料制備各種等級(jí)的混凝土（C30～C80）時(shí)，即使在相同的配比下，由這些不同品質(zhì)的再生骨料所制備的混凝土與普通混凝土相比無論在力學(xué)性能還是耐久性方面都存在極大的差異，且差異會(huì)隨著再生骨料品質(zhì)的下降而顯著增大。因此為了推廣再生骨料在實(shí)際混凝土工程中的應(yīng)用，必須要對(duì)再生骨料的來源和品質(zhì)的差異引起重視。

再生骨料的復(fù)雜組分

丁麗芳，張磊（河北建設(shè)集團(tuán)有限公司混凝土分公司）

隨著城市建筑產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，混凝土用量越來越多，在市政工程設(shè)施改造和擴(kuò)建時(shí)，大量的危舊建筑物拆除所產(chǎn)生的建筑垃圾中，廢棄混凝土約占 34%。并且隨著建筑產(chǎn)業(yè)和公路交通的迅猛發(fā)展，今后混凝土碎塊的產(chǎn)生量將呈逐年上升趨勢(shì)。

在日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，十分重視將廢棄混凝土作為可用資源而重新開發(fā)利用，對(duì)于廢棄混凝土通過 300℃ 高溫加熱、微波等技術(shù) 100% 回收利用，尤其是國(guó)土面積小、資源相對(duì)匱乏的日本，將建筑垃圾視為建筑副產(chǎn)品。德國(guó)提出“在混凝土中采用再生混凝土骨料的應(yīng)用指南”將再生混凝土主要應(yīng)用于路面工程。近年，上海、北京等城市也嘗試了一些回收建筑垃圾的方式，比如：回填標(biāo)高，圍海造田，堆山造景，制作建材等。

廢棄混凝土作為再生骨料在混凝土中應(yīng)用，應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行控制：

1 混凝土的單方用水量

相對(duì)于天然骨料而言，再生骨料表明和內(nèi)部含有大量的微細(xì)裂紋、粉體含量高，因此吸水率大，試驗(yàn)表明再生骨料的吸水率要比天然骨料吸水率大 3.0% 左右。由于再生骨料表面和內(nèi)部的微細(xì)裂縫需要由膠凝材料漿體填充并包裹，所以漿體用量相對(duì)于天然骨料增多，為了達(dá)到相同的流動(dòng)性必須增加混凝土用水量。試驗(yàn)表明，摻 30% 再生骨料拌制混凝土，達(dá)到相同坍落度單方用水量需增加 5～10kg 左右。

2 混凝土堆積密度

同天然骨料相比，再生骨料表面包裹著相當(dāng)數(shù)量的水泥砂漿，由于水泥砂漿的孔隙率大，棱角眾多，所以再生骨料的表觀密度和堆積密度比天然骨料低，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明再生骨料堆積密度比天然骨料堆積密度小 10% 左右。試驗(yàn)表明，摻30% 再生骨料拌制混凝土容重比天然骨料混凝土容重低 2%。

3 混凝土抗壓強(qiáng)度

再生骨料的壓碎值相對(duì)于天然骨料要低 10% 左右，這是因?yàn)樵偕橇蟽?nèi)部存在著因損傷積累而成的微細(xì)裂紋，雖然由水泥漿體填充，但是密實(shí)度仍低于天然骨料。相應(yīng)資料表明，再生骨料摻量在 30% 以內(nèi)，混凝土強(qiáng)度相對(duì)降低2.5MPa，因此在低強(qiáng)混凝土中可以摻加再生骨料，但是再生骨料摻量不宜超過骨料用量的 30%。

由于再生骨料來源于廢棄混凝土，經(jīng)過破碎后再生骨料表面仍然被膠凝材料包裹，具有密度小、比表面積大、形狀不規(guī)則、孔隙率高等特點(diǎn)。由于再生骨料粒形多棱角，形狀不規(guī)則導(dǎo)致混凝土拌合物流動(dòng)性在相同條件下比普通混凝土差。

廢棄混凝土回收再利用的研究，一方面解決了大量廢棄混凝土無法處理的困難，以及造成的生態(tài)環(huán)境日益惡化的問題，有利于環(huán)境保護(hù)與改善；另一方面可以減少混凝土中單方粗骨料的用量，有利于資源的綜合應(yīng)用，從而減少對(duì)天然粗骨料的開采，減少建筑產(chǎn)業(yè)對(duì)資源的消耗，從根本上解決了天然粗骨料日益匱乏和大量砂石開采對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞問題，不管是提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，都有著重要意義。

耿飛（中建西部建設(shè)北方有限公司研發(fā)中心，研發(fā)工程師）

再生骨料因來源、加工工藝和品質(zhì)等變化多端，從而配制出的再生混凝土質(zhì)量難易控制，特別是配制大流動(dòng)性混凝土?xí)r用水量變化較大。筆者結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)談?wù)動(dòng)嘘P(guān)看法。

一、概述

將廢棄混凝土塊經(jīng)清洗、破碎、分級(jí)和按合適比例相互配合后得到的再生骨料作為部分或全部骨料代替天然骨料配制的混凝土即為再生混凝土（也稱再生骨料混凝土）。再生混凝土可以解決自然資源的短缺問題，并能解決環(huán)境污染的問題，具有顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，對(duì)城市的可持續(xù)發(fā)展有著非常深遠(yuǎn)的意義。但再生骨料在加工處理過程中表面砂漿難以剝落，且在生產(chǎn)過程中受到機(jī)械沖擊、破碎等作用產(chǎn)生大量裂紋，導(dǎo)致再生骨料的品質(zhì)低于天然骨料，特別是吸水率明顯高于天然骨料。因而在進(jìn)行大流動(dòng)性再生混凝土配制時(shí)，用水量是不得不考慮的因素。

二、采用普通混凝土配合比的設(shè)計(jì)方法

利用普通混凝土配合比進(jìn)行大流動(dòng)性再生混凝土配制時(shí)，因沒有考慮再生骨料吸水部分，在拌制過程中發(fā)現(xiàn)混凝土的工作性處于缺水狀態(tài)，且因再生骨料大量吸水，使水泥漿體中實(shí)際水灰比降低，從而導(dǎo)致再生混凝土相應(yīng)齡期抗壓強(qiáng)度均略高于普通混凝土，且隨著再生骨料摻量的增加而提高。

三、采用額外增加用水量配合比的設(shè)計(jì)方法

采用額外增加用水量配制大流動(dòng)性再生混凝土其具體方法是：按照普通混凝土配合比設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)配合比，同時(shí)，在此用水量的基礎(chǔ)上增加再生骨料的吸水量。在拌制過程中發(fā)現(xiàn)初始再生混凝土工作性表現(xiàn)為用水量多的狀態(tài)，流動(dòng)性較大，但很快流動(dòng)性便會(huì)減小，表現(xiàn)為用水量不足，其用水量難以控制。由于額外增加了用水量，導(dǎo)致再生混凝土相應(yīng)齡期抗壓強(qiáng)度均略低于普通混凝土，且隨著再生骨料摻量的增加而降低。

四、采用再生骨料飽和面干配合比的設(shè)計(jì)方法

采用再生骨料飽和面干狀態(tài)配制再生混凝土?xí)r，配制初期將再生骨料放入清水中侵泡一定時(shí)間（一般兩天左右）備用，其配合比設(shè)計(jì)采用普通混凝土配合比設(shè)計(jì)方法不用額外增加用水量。在拌制過程中發(fā)現(xiàn)混凝土的工作性良好，且隨著時(shí)間增加工作性損失較小，滿足大流動(dòng)性混凝土施工性能要求。由于再生骨料處于飽和面干狀態(tài)，其內(nèi)部含有一定量水分，對(duì)再生混凝土后期強(qiáng)度增加起到了內(nèi)養(yǎng)護(hù)作用，使再生混凝土相應(yīng)領(lǐng)期抗壓強(qiáng)度均略高于普通混凝土，且隨著再生骨料摻量的增加呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)。

總而言之，采用再生骨料飽和面干配合比設(shè)計(jì)方法配制低強(qiáng)度等級(jí)再生混凝土對(duì)其來源、加工工藝和品質(zhì)等要求較低，特別是用水量較好控制。

孫繼成（建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所，高工）

目前，我國(guó)建筑垃圾的產(chǎn)生量已占到城市垃圾總量的40%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在磚混結(jié)構(gòu)、全現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)等類型的建筑施工過程中，每萬平方米會(huì)產(chǎn)生 500～600 噸的建筑垃圾。按此推算，我國(guó)每年城鄉(xiāng)新建房屋建筑面積近 20 億平方米來計(jì)算的話，我國(guó)每年僅建筑施工過程中就產(chǎn)生超過 1 億多噸的建筑垃圾。建筑垃圾的數(shù)量如此巨大，因此需要研究其再生利用在一些主流建材上?；炷潦鞘澜缟嫌昧孔畲蟮慕ㄖ牧?，而建筑垃圾中廢棄混凝土和磚塊是其主要組成部分，約占建筑垃圾的 80% 左右，利用廢棄混凝土和磚塊制備再生骨料和再生混凝土是現(xiàn)階段建筑垃圾資源化的主要且有效的途徑。

再生粗骨料與天然粗骨料（天然砂、石）相比，具有吸水率高、表觀密度小、界面性能差和堅(jiān)固性差等基本性質(zhì)，大多數(shù)研究結(jié)果證明，再生混凝土比天然骨料混凝土的強(qiáng)度低、彈性模量小，其主要原因是由于老砂漿和界面過渡區(qū)的存在。較差的指標(biāo)特征是再生骨料和再生混凝土大規(guī)模應(yīng)用受限的主要原因，因此改性技術(shù)對(duì)再生骨料的資源化與產(chǎn)業(yè)化推廣是非常有必要的。以下簡(jiǎn)要描述國(guó)內(nèi)外常用的再生骨料改性技術(shù)。

（1）加熱研磨技術(shù)。對(duì)初步破碎后的廢棄混凝土塊進(jìn)行高溫加熱處理，使水泥石脫水、脆化，而后在磨機(jī)內(nèi)對(duì)其進(jìn)行沖擊和研磨處理，實(shí)現(xiàn)有效除去建筑垃圾再生骨料中的水泥石殘余物。加熱研磨處理工藝，不但可以回收高品質(zhì)的建筑垃圾再生粗骨料，還可以回收高品質(zhì)建筑垃圾再生細(xì)骨料和微骨料（粉料）。

（2）顆粒整形技術(shù)。再生骨料顆粒整形技術(shù)可以顯著提高再生骨料的顆粒堆積密度和表觀密度、降低再生骨料空隙率、吸水率和壓碎指標(biāo)值。而且堆積密度、密實(shí)密度和針片狀骨料含量等指標(biāo)均優(yōu)于天然碎石骨料，完全能夠滿足配制普通混凝土的要求。

（3）微波加熱改性技術(shù)。微波加熱法提供了一種改善再生粗骨料及其配制混凝土性能的新思路。對(duì)再生骨料進(jìn)行微波加熱處理后，可以明顯降低再生骨料的老砂漿含量、吸水率和壓碎指標(biāo)，使再生骨料的物理化學(xué)指標(biāo)更接近于天然骨料。

（4）酸洗改性技術(shù)。再生骨料通過酸洗后，各項(xiàng)性能得到改善，吸水率降低，配制再生混凝土，各項(xiàng)性能與天然骨料差別較小，力學(xué)性能甚至有所提高。

（5）碳化改性技術(shù)。碳化養(yǎng)護(hù)可以提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，對(duì)于再生骨料來說，由于附著老砂漿的存在，對(duì)其進(jìn)行碳化處理可以提高再生骨料的密實(shí)度，降低再生骨料的孔隙率和壓碎指標(biāo)，可以有效的提高再生骨料和再生混凝土的力學(xué)性能指標(biāo)。同時(shí)，具有良好的環(huán)境效益。

（6）顆粒級(jí)配調(diào)整。通過機(jī)械化生產(chǎn)的再生骨料可以滿足規(guī)范規(guī)定的骨料粒徑級(jí)配曲線。但是，與天然骨料相比，再生骨料的骨料粒徑大，級(jí)配連續(xù)性較差，對(duì)制備再生混凝土的整體性能是不利的。再生骨料的顆粒級(jí)配調(diào)整改性對(duì)再生混凝土的抗壓強(qiáng)度有明顯影響，適宜的再生骨料級(jí)配調(diào)整可以顯著提高再生混凝土的抗壓強(qiáng)度。

通過以上改性技術(shù)以及配套的建筑廢棄資源化處置技術(shù)和裝備，優(yōu)化再生骨料和再生混凝土生產(chǎn)工藝，可以制備出高品質(zhì)再生骨料和再生混凝土，使其具備良好的施工和易性、力學(xué)性能、體積穩(wěn)定性、耐久性和結(jié)構(gòu)性，可作為預(yù)拌及預(yù)制混凝土原材料，為再生混凝土制品產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供更加廣闊的平臺(tái)。

特別策劃預(yù)告

第 10 期——透水混凝土的施工技術(shù)及應(yīng)用探討

透水混凝土因其具有透水、美觀、散熱和重量輕等特點(diǎn)，被應(yīng)用在城市道路、綠化樹池、園林景觀道路、城市廣場(chǎng)等地方，成為海綿城市的“主力軍”。但透水混凝土的配合比設(shè)計(jì)與施工與普通混凝土?xí)休^大區(qū)別，力學(xué)性能和透水率受原材料的影響較大，透水混凝土的施工對(duì)混凝土的性能也有較大的影響。本期特別策劃邀請(qǐng)大家對(duì)透水混凝土的原材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)行探討。

第 11 期——混凝土強(qiáng)度不足的原因分析及預(yù)防措施探討

在工程實(shí)踐中，由于種種原因，常會(huì)發(fā)生混凝土強(qiáng)度等級(jí)不足、達(dá)不到設(shè)計(jì)文件所要求的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)等情況，給建設(shè)工程帶來極大的安全隱患。應(yīng)對(duì)這種問題，目前還缺乏一套系統(tǒng)的解決方案。本期特別策劃誠(chéng)邀大家對(duì)造成混凝土強(qiáng)度等級(jí)不足的原因進(jìn)行分析，并探討相應(yīng)的預(yù)防措施。

請(qǐng)有興趣參與話題討論的讀者于當(dāng)月 5日前將討論稿發(fā)送至郵箱：zgsphnt@126.com。歡迎大家踴躍參與！