再生混凝土骨料的研究现状和应用前景展望

丁敏旭　王军龙　王建芳

[摘要]再生混凝土骨料的开发与利用是目前混凝土研究领域的热点课题。从可持续发展、环境保护以及节约资源的角度出发，回顾再生混凝土骨料的研究和应用现状，深入开展再生骨料的开发与利用是非常必要的。

[关键词]废弃混凝土再生骨料开发利用

中图分类号：TU5文献标识码：A文章编号：1671—7597(2009)0620102—02

一、引言

在土木建筑工程建设中，最广泛使用的建筑材料是混凝土。据相关资料统计，2004年全世界水泥产量已达到20亿吨，混凝土年使用量约为30亿立方米。混凝土成为建筑领域不可缺少的材料，其应用范围之广是其他材料所不及的，它在市政、桥梁、道路、水利、国防等领域发挥着不可替代的作用。近年来，随着城市建设和国民经济持续快速地发展，大量新、旧建筑物被拆除，每年拆除的既有及新建的建筑所产生的垃圾1亿吨以上，在所有的建筑垃圾中，废弃混凝土的量是最大的，约占1／3左右。随着我国经济建设步伐的进一步加快，今后废弃混凝土块仍有增多的趋势。因此，如何充分、高效、经济地利用废弃混凝土已经成为许多国家和科研机构共同研究的一个课胚。

二、国外再生混凝土骨料研究现状

再生混凝土骨料，它是指将废弃混凝土块经过破碎、清洗与分级等处理后，按照一定的比例与级配混合而成再生混凝土骨料(简称再生骨料)。再生骨料按按照其粒径的大小分为再生粗骨料(粒径大于5mIn)和再生细骨料(粒径为0.16～5mm)两大类。天然骨料为不可再生资源，开采天然骨料必将对环境造严重破坏。所以，对再生混凝土骨料的开发与利用研究，既能解决废弃混凝土的处置问题，又能节省天然砂石，同时也能带来较好的社会效益、经济效益和环保效益，是实现建筑资源以及环境可持续发展的主要措施之一。

废弃混凝土再生利用的研究工作最早开始于欧洲，二次世界大战之后，美国、日本、欧洲等国家重建家园，就注意到了废弃混凝土的问题并开始了相关的研究，到现在己召开数次有关废弃混凝土再生利用的国际会议。因此，废弃混凝土再生利用已成为国内外工程界和学术界共同关注的热点和前沿问题之一。

美国政府制定了《超级基金法》规定：“任何生产有工业废弃物的企业，都必须自行妥善处理，不得擅自随意倾倒”。自1982年起。美国在ASTMC一33—82《混凝土骨料标准》中将破碎的水硬性水泥混凝土包含进了粗骨料中。大约在同一时间，美国军队工程师协会也在有关规范和指南中鼓励使用再生混凝土骨料。

日本是一个岛国，面积比较小，天然资源相对贫乏，故其非常重视废弃混凝土的再利用研究。日本政府早在1977年就制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》，随后相继在各地建立了处理废弃混凝土的再生利用工厂，生产再生水泥和再生骨料。1991年日本政府又制定了《资源重新利用促进法》，规定建筑施工过程中产生的渣土、混凝土块、沥青混凝土块、木材、金属等建筑垃圾，必须送往“再资源化设施”进行处理。日本对于建筑垃圾的主导方针是尽可能不从施工现场排出建筑垃圾；建筑垃圾要尽可能的重新利用；对于重新利用有困难的则应适当予以处理。根据日本建设省的统计，到1995年废弃混凝土的利用率为65％，要求到2010年废弃混凝土块资源再利用率达到90％以上。

荷兰是最早开展再生混凝土骨料研究和应用的国家之一。在20世纪80年代荷兰就制定了有关利用再生混凝土骨料制备素混凝土、钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土的相关规范，规定了利用再生骨料生产上述混凝土的明确的技术要求，并指出如果再生骨料在骨料中的含量(重量)不超过20％，那么混凝土的生产就完全按照普通天然骨料混凝土的设计和制各方法进行。另外。在荷兰内阁环境政策计划书中明确要求，2000年建筑废料的计划回收率要达90％左右。

德国钢筋委员会1998~F8月提出了“在混凝土中采用再生骨料的应用指南”，要求采用再生骨料的混凝土必须完全符合天然骨料混凝土的国家标准。法国还利用碎混凝土块和碎砖生产出了砖石混凝土砌块，所得混凝土块测定结果符合与砖石混凝土材料有关NBNB21—001(1998)标准。丹麦还于1990年颁布法规修正案允许再生骨料在适宜环境下用于某些特定的结构·该修正案将回收的混凝土按强度分为2类。其中强度为20MPa以下的为第l类，而强度为20～40MPa的为第2类。在使用这些再生骨料过程中，要求各类骨料达到一定的技术要求。

三、我国的研究现状

过去，我国的建筑垃圾，特别是废弃混凝土再利用没有引起重视，目前随着由建筑垃圾引发的环境问题、经济问题和社会问题日益突出，中国政府已开始重视节能和资源的回收利用问题，并大力提倡和发展建筑垃圾的再生利用，并于1997年将“建筑废渣综合利用”列入科技成果重点推广项目。总的来说，中国关于废弃混凝土再生利用的研究起步较晚。目前，一些学者和科研人员做了相关的研究和探索，但仍处于研究的初级阶段，缺乏完善的技术、规程和标准，对再生骨料的研究也是局限于一些零散的实验研究，缺乏系统的整理。因此，对再生骨料的研究已经成为建筑材料研究领域的一个热点课题。

(一)对再生骨料的基本性能的研究

目前我国对废弃混凝土的再生骨料的研究主要集中在对再生骨科基本性能的研究，其中对再生粗骨料开展研究较多，对再生细骨料的研究较少。再生骨料的基本性能包括：再生骨料的堆积密度、表观密度、级配、吸水性、抗压强度、抗剪强度、弹性模量、压碎指标、磨损性等。由于试验中再生骨料的来源具有多样性，且地方差异大，性能不稳定，且离散性较大。研究表明：由于再生骨料比天然骨料表面多了一层硬化水泥砂浆且有裂缝和含有部分杂质，所以再生骨料的基本性能和天然骨料有明显的不同。表现为再生细骨料的堆积密度为天然骨料的75％～80％，再生粗骨料的堆积密度为天然骨料的85％以上；再生细骨料的表观密度为天然细骨料的80％～85％，再生粗骨料的表观密度为天然粗骨料的90％以上。再生骨料的吸水性和吸水速率比天然骨料要大的多，再生骨料不仅吸水率大，而且吸水速率也快；再生粗骨料的抗压强度和天然骨料相比，表现为吸水饱和后，其抗压强度比天然骨料明显降低：再生粗骨料具有很高的抗剪强度和临界剪切摩擦角：再生粗骨料的抗压碎能力较弱；再生粗骨料的L^磨损性较差，损失率大约在26％～37％。对再生粗骨料的技术要求和级配要求应参照天然骨料的标准JGJ 53—199《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》和GB／T14685—2001‘建筑用碎石卵石》。

(二)对再生骨料生产工艺和设备的研究

国内再生骨料的生产工艺大同小异，即将不同的切割破碎设备、传送机械、筛分设备和清除杂质的设备有机地组合在一起，共同完成破碎、筛分和除去杂质等工序，最后得到符合质量要求的再生细骨料和再生粗骨料。

通常，对于原生混凝土质量较好，基本上没有杂质和污染，且再生骨料用量较小，采用最简单的生产工艺，一般对废弃混凝土进行破碎、清洗、筛分，生产出需要的再生骨料。而对于普通的废弃混凝土，根据李惠强和杜亭等人的研究成果，若要实现再生骨料的大规模生产，必须采用较为复杂的生产工艺，如图1所示。再生骨料经过两级破碎处理和两级筛分处理，分别得到普通再生骨料和高品质再生骨料。

(三)对再生骨料强化的研究

再生骨料颗粒棱角多，表面粗糙，组分中还含有硬化水泥砂浆，再加上混凝土块在破碎过程中因损伤累积在内部造成大量微裂纹，导致再生骨料的孔隙率大、吸水率大、堆积密度小，因而较“软”，压碎指标较高，强度较低。对再生骨料进行强化处理后，可以提高再生骨料的品质。目前对再生骨料的强化主要通过溶液和机械两种方式进行处理[3]。

溶液处理法，是指采用不同性质的液体(如聚合物、有机硅防水剂、纯水泥浆、水泥外掺Kim粉、水泥外掺1级粉煤灰、酸液、化学浆液等)对再生骨料进行浸溃、淋洗、干燥等处理，以改善再生骨料的空隙结构，提高其密实度，使再生骨料得到强化的方法。

机械处理法，就是通过“再生骨料高速自击与摩擦”来除去骨料表面附着的砂浆或水泥石或破坏软弱的再生碎石，并除掉骨料颗粒上较为突出的棱角，使其成为较为干净、较为圆滑的再生骨料，从而实现对再生骨料的强化。

四、再生骨料的应用

将再生骨料代替天然骨料，配制再生骨料混凝土，应用于房屋建筑中。山东科技大学孙跃东教授等在参考国内外文献和课题试验的基础上就再生混凝土骨料的性能进行了一些研究，认为再生骨料和再生骨料混凝土作为有潜在发展能力的材料，经过适当的加工处理，能够得到符合规范要求的再生骨料或高质量的再生骨料。由于再生骨料表面包裹着部分硬化水泥砂浆，许多性能与天然骨料存在着差异，因而再生骨料可满足配制中低强度等级再生混凝土的要求，但一般只适用于非承重结构物。

将再生混凝土骨料应用于道路建设中。据美国联邦公路局统计，美国现在已有20个洲在公路建设中采用再生骨料，将再生骨料应用于基层和低基层，其中有15个州制定了关于再生骨料的规范。我国的一些试验表明[4]，废弃混凝土再生骨料在路面工程中应用于垫层、基层、路面是可行的。

再生粗骨料用来加工各种轻型砌块及路面砖，再生细骨料还可用于抹灰砂浆和砌筑砂浆。一般而言，骨料表面包裹的硬化水泥浆越少，再生骨料的性能就越高。因而，伴随着再生骨料生产工艺、设备及强化技术的不断改进和更新，必将能够生产出性能优良的再生骨料，和天然骨料一样，再生骨料将在更广泛的领域得到应用。

五、发展与展望

(一)对再生骨料的开发利用，符合我国的可持续发展战略要求

中国是一个资源匮乏型国家，人均资源拥有量远低于世界平均水平。改革开放以来，中国的经济始终保持高速增长，经济的发展离不开资源的支撑，传统的粗放型发展模式使中国资源不足的矛盾将会进一步显现，并将制约着中国经济的发展。天然骨科为不可再生资源，必将越用越少，用再生骨料替代天然骨科，可以减少对天然砂石的开采，保护天然骨科资源，保障我国经济的可持续健康发展。

(二)对再生骨料的开发利用，符合我国建筑垃圾处理环保的要求

1995年11月全国人大通过了《城市固体垃圾处理法》，从经济上和政策上对固体废弃物的处理提出了要求。“十一五规划”在人与自然的关系上，把节约资源和保护环境这两个基本国策写入了纲要，提出了建设资源节约型社会和环境友好型社会的战略任务和具体措施。再生骨料的开发与利用，不仅可以减少废弃混凝土的掩埋和堆积所占用的土地资源，也可减少废弃混凝土堆放及其运输过程中所产生的粉尘对环境的污染。

(三)对再生骨料的开发利用，从长远看其经济效益是可观的

目前，我国对再生骨科的开发利用研究才处于起步阶段，还没有进行系统的研究，在短期内恐难产生规模效应，其经济效益也无从谈起。但随着科学技术的发展和生产水平的提高，以及人们对环保的日益重视，会重新认识废弃混凝土再生骨料的综合效益，不仅要考虑再生骨料的生产成本，还要看到城市建筑垃圾处理的相关费用，更要认识到再生骨料所产生的环保效益和社会效益。倘若本地的天然骨料匮乏，那么其经济效益就更加可观。但是，在现有的社会、经济条件下，大力推广和使用再生骨料，还需要政府的产业政策扶持和国家的相关法律法规保障。