再生混凝土研究現(xiàn)狀及意義綜述

(廣州大學(xué) 廣東 廣州 511400)

引言

隨著鋼筋混凝土建筑的不斷老化、城市建設(shè)帶來的拆遷改造而產(chǎn)生的建筑垃圾越來越多，中國國家發(fā)展改革委發(fā)布的《中國資源綜合利用年度報(bào)告(2014)》報(bào)告指出：2013年，中國建筑垃圾產(chǎn)生量約為10億t，建筑垃圾綜合利用量5 000萬t，目前中國建筑垃圾資源化利用率僅為5%[1]。由于產(chǎn)生的建筑垃圾越來越多，解決辦法大多數(shù)也只是作為回填材料簡單處理，或者運(yùn)往郊外露天堆放和掩埋，這種處理方式是十分欠妥的，對資源和環(huán)境都是極大浪費(fèi)和破壞，而且經(jīng)濟(jì)效益也不甚理想。再生混凝土是指將廢棄的混凝土塊經(jīng)過破碎、清洗、分級后，按一定比例與級配混合，部分或全部代替砂石等天然集料(主要是粗集料)，再加入水泥、水等配而成的新混凝土。再生混凝土按集料的組合形式可以有以下幾種情況：集料全部為再生集料；粗集料為再生集料、細(xì)集料為天然砂；粗集料為天然碎石或卵石、細(xì)集料為再生集料；再生集料替代部分粗集料或細(xì)集料。再生混凝土不僅把廢棄的混凝土利用起來，而且把一些廢棄的其它材料(如廢棄的橡膠、陶瓷、玻璃等)也應(yīng)用到其中，有利于節(jié)能減排，環(huán)境保護(hù)，符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，具有良好的發(fā)展前景。

而目前國內(nèi)外都重視對再生混凝土的研究，但基本上都只是處于試驗(yàn)室階段，應(yīng)用到實(shí)際工程中少之又少，因?yàn)樵偕炷链嬖谥恍┤毕荨?/p>

一、國內(nèi)外再生混凝土研究發(fā)展

(一)國外再生混凝土研究現(xiàn)狀

二戰(zhàn)之后，如何處理好戰(zhàn)爭導(dǎo)致的建筑廢墟成為各國科學(xué)家們一個(gè)重要的研究課題。尤其是歐美、前蘇聯(lián)和日本等國家，進(jìn)行了大量的技術(shù)研究，再生混凝土技術(shù)則成為了科學(xué)家們的研究方向。荷蘭是最早進(jìn)行再生混凝土技術(shù)研究的國家之一，其研究成果非常成熟，對廢棄建筑垃圾的利用率達(dá)到了90%，居歐洲第一。而且在20 世紀(jì)80年代，荷蘭制定了再生混凝土技術(shù)的相關(guān)規(guī)范，規(guī)范明確規(guī)定了利用再生骨料制備再生混凝土的技術(shù)要求。美國作為科技大國，也是最早研究再生混凝土技術(shù)的國家之一，除了制定相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，還頒布了《超級基金法》作為再生混凝土發(fā)展的法律依據(jù)，其將再生混凝土應(yīng)用在道路建設(shè)中的技術(shù)尤為成熟，對密歇根州的兩條用再生混凝土鋪筑的公路進(jìn)行了再生骨料混凝土干縮性能試驗(yàn)研究。日本是資源匱乏的國家，對再生混凝土技術(shù)非常重視，早在1977 年就制定了《再生集料和再生混凝土使用規(guī)范》，并建立了以處理廢棄混凝土為主的再生加工廠，生產(chǎn)再生水泥和再生集料，在1996 年制定了《再生資源法》，為廢棄建筑垃圾再利用提供法律依據(jù)。在國際上，國際材料與結(jié)構(gòu)研究實(shí)驗(yàn)聯(lián)合會(huì)(RILEM)己召開了5次有關(guān)廢棄混凝土再利用的專題國際會(huì)議，提出混凝土必須綠色化[2-3]。

(二)國內(nèi)再生混凝土研究現(xiàn)狀

國內(nèi)發(fā)展再生混凝土技術(shù)起步比較晚，利用率較低，但發(fā)展至今已有一些不錯(cuò)的成果。在政府的大力支持下，我國的專家學(xué)者和科研人員進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究。肖建莊[5]做了大量的關(guān)于再生混凝土技術(shù)的試驗(yàn)研究，通過試驗(yàn)得知，再生骨料的取代率是再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度等其他力學(xué)性能影響主要因素之一，但當(dāng)再生骨料取代率小于30%時(shí)，影響較小。張亞梅等[6]采用再生集料預(yù)吸水方法，成功配制出的再生混凝土28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到54.6MPa。除此之外，其他專家學(xué)者也進(jìn)行了大量研究并取得了一定的進(jìn)展。政府相關(guān)部門也制定了相關(guān)政策，1997年建設(shè)部將“建筑廢綜合利用”列入了科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。2007年科技部將“建筑垃圾再生產(chǎn)品的研究開發(fā)”列入國家科技支撐計(jì)劃[4]。

二、再生混凝土的類型

再生混凝土的組成材料除廢棄混凝土骨料外還會(huì)摻加其它材料，如纖維、橡膠、陶瓷、玻璃及納米材料。鋼纖維的摻入對再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、彈性模量、劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均有所提高，PP 纖維加入再生混凝土中對軸心抗拉、劈裂、抗彎強(qiáng)度、延性的提高作用明顯，但是對抗壓強(qiáng)度的提高作用幅度存在爭議[7]。橡膠微粒的摻入，提高了橡膠集料再生混凝土的延性,廢橡膠再生混凝土的抗拉強(qiáng)度隨著橡膠顆粒摻量的增加而先增加后減?。辉偕炷恋膹?qiáng)度隨著陶瓷粗骨料摻量的增加而降低；但當(dāng)摻量為100%時(shí)，再生混凝土抗壓強(qiáng)度仍然滿足要求[1]。摻入1%的納米SiO2的再生混凝土或摻入2%的納米CaCO3的再生混凝土能有效的提高再生混凝土準(zhǔn)靜態(tài)下的受壓強(qiáng)度及動(dòng)態(tài)受壓強(qiáng)度、能提高試件的沖擊韌性、減小再生混凝土的應(yīng)變率敏感性[8]。

總的來說，適當(dāng)?shù)膿饺肫渌牧峡梢蕴岣咴偕炷恋囊恍┝W(xué)性能，但是國內(nèi)主要還是對廢棄混凝土骨料研究較多，也應(yīng)注重研究其它的材料摻入的影響，從而更好的改善再生混凝土的性能，從而應(yīng)用到實(shí)際工程中。

三、再生混凝土的配置方法

目前，配制再生混凝土的方法有兩種，一種為傳統(tǒng)替代法，即以對比普通混凝土配合比為基礎(chǔ)，再生骨料以等體積全部或部分替代天然粗骨料的一種方法。此方法配制的再生混凝土，與對比普通混凝土具有相同的新拌砂漿的總體積。另一種方法為Fathifazl提出的EMV法，即將再生骨料中的原生粗骨料及其表面上附著的砂漿看作是不同的固相，同時(shí)必須滿足與對比普通混凝土具有相同的砂漿總體積(再生骨料混凝土中砂漿總體積為新拌砂漿體積與再生骨料上附著砂漿體積之和)的配合比方法。由于新拌砂漿體積相對較少，該方法配制的再生混凝土工作性能較差，應(yīng)用較少。

四、結(jié)論及展望

(1)再生混凝土的力學(xué)性能較天然混凝土的低，但未來針對這些缺陷去采用一些材料去摻入，從而使再生混凝土的性能變好，更好的應(yīng)用在實(shí)際工程中。(2)再生骨料取代率、水灰比影響再生混凝土的力學(xué)性能較為突出的因素。(3)由于再生骨料存在裂縫，故再生混凝土配合比設(shè)計(jì)與常規(guī)混凝土配合比設(shè)計(jì)并不相同，兩者間存在明顯差距，尤其是在附加水量的控制上差距較為顯著，故不應(yīng)按常規(guī)混凝土的配合比去設(shè)計(jì)。(4)除了研究再生混凝土的一些基本力學(xué)性能，也應(yīng)加大對其動(dòng)力性能及高溫下的力學(xué)性能等的研究。(5)國內(nèi)外學(xué)者對再生混凝土研究的結(jié)論存在差異，還必須對此課題做更為深入和全面的研究，從而制定出一系列統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，使再生混凝土得到大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用。