再生混凝土技术的发展及应用

贾淑明 赵永花 姚 旭(兰州工业学院，甘肃 兰州730050)

1 引言

传统的建筑材料生产和使用造成资源的过度消耗、能源短缺和环境污染等严重的问题,水泥和混凝土是导致这些问题的重要原因。水泥混凝土结构通常只有几十年的生命周期,在这些结构完成其使用功能后,旧混凝土就会被废弃。

随着建筑行业的迅猛发展，建筑物的建造、使用和拆除过程中产生的建筑垃圾也与日剧增，其中较大部分来自废弃混凝土。我国混凝土垃圾2010 年达到2.39×109吨，预计2020 年将达到6.38×109吨，平均以每年8%的量增长[1]。对废弃混凝土进行回收利用不仅是时代所需，而且对于保护环境、节约资源、发展生态建筑具有重要意义。

2 以建筑垃圾为骨料的再生混凝土技术的研究现状

2.1 国外建筑垃圾的再生利用现状[2][3]

出于对基本国情的考虑以及对环境保护的高度重视，欧洲一些发达国家以及美国、日本等国对废弃混凝土的再生利用起步都比较早，配套政策以及立法都较完备，建筑垃圾的再生利用率较高，而且有些国家还采用立法的形式来保证专项研究和应用的发展[3]。

荷兰是最早开展再生骨料混凝土研究和应用的国家之一，其建筑垃圾的再生利用率位居欧洲首位，高达90%以上。早在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规范。这些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%，则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备方法进行。

日本从20 世纪70 年代开始就对再生混凝土进行了研究。历史上曾出台了多部关于再生混凝土的相关规范，并于1977 年就制定了《再生骨料和再生混凝土规范》，随后建设了很多建筑垃圾物再生利用加工厂，生产再生水泥和再生骨料。1991 年又制定了《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“再生资源化设施”进行处理。

美国是从1982 年起，在《混凝土骨料标准》ASTMC33-82 中，将经破碎的水泥混凝土包含进了粗骨料中。同时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。在道路的建设中，要求50%采用再生沥青混凝土，直接建设成本降低了20%以上，既节约了资源，也保护了环境，同时也产生了巨大的社会效益。

2.2 国内建筑垃圾再生利用现状[4]

国内数十家研究机构和大学开展了大量的研究工作。为了解决再生混凝土的高吸水率和高收缩率的问题，研究人员做了大量的科学试验。如华中科技大学、东南大学等已经开展利用城市垃圾制作烧结砖和再生混凝土技术的研发。目前已形成成套的研发技术，就是将解体混凝土和废弃砖瓦进行再生资源化处理后，作为混凝土骨料、轻骨料，配制成普通混凝土或高性能混凝土砌块，这种再生混凝土强度可以达到RC30 以上。另外，同济大学也对再生混凝土技术进行了大量的科学研究，包括再生混凝土的强度和工作性能研究、废弃混凝土破碎及再生工艺研究、高温后再生混凝土的强度研究、再生混凝土框架节点试验研究、再生混凝土框架结构抗震性能的研究、再生混凝土梁柱试验研究、再生混凝土耐久性研究等等。

近年来，政府部门对建筑垃圾的再生利用也给予了高度的重视和大力的支持。在中长期战略发展中鼓励对废弃物的开发利用，建设部将“建筑废渣综合利用”列入了1997 年科技成果重点推广项目。有关部门也对相关技术与示范工程项目给予了政策与资金支持，提倡综合利用建筑垃圾以及生产新型的建筑材料。

3 再生混凝土的主要技术性质

再生骨料混凝土(Recycled Aggregate Concrete，RAC)简称“再生混凝土(RC)”。它是指在配制过程中掺用了再生骨料，且再生骨料占骨料总量的质量百分比不低于30%的混凝土。再生混凝土骨料简称“再生骨料”，按其粒径大小可分为再生粗骨料和再生细骨料。再生粗骨料是由建(构)筑废物中的混凝土、砂浆、石、砖瓦等加工而成，用于配制混凝土的、粒径大于4.75mm 的颗粒。而粒径不大于4.75mm 的颗粒叫再生细骨料。

3.1 再生混凝土的配制要求

为充分保证结构安全，只有达到Ⅰ类或Ⅱ类产品指标要求的再生骨料才可以用于配制结构混凝土或RC30 以上的再生混凝土；Ⅲ类产品由于品质相对较差，可能对结构混凝土或较高强度再生混凝土性能带来不利影响，所以不允许用于结构混凝土或RC30 以上的再生混凝土。但是，如果满足使用要求，Ⅲ类产品可以用于配制非结构使用的且再生骨料掺用量较低的一般混凝土(例如找平层混凝土等)，也可用来配制RC30 以下且非结构使用的再生混凝土。

再生骨料不宜用于配制强度等级高于RC40的再生混凝土。由于再生混凝土中再生骨料对天然骨料的取代率已经达到30%以上，再生骨料含量相对较高，而再生骨料的品质往往逊色于天然骨料，所以为可靠起见，规定再生骨料一般只适用于配制RC40 及以下的再生混凝土，即再生混凝土的强度等级上限一般为RC40。如果再生骨料取代率较低，没有达到30%以上，即没有达到再生混凝土的下限含量，则再生骨料是可以用于RC40 以上的混凝土的，根据定义[1]，尽管采用了再生骨料，但由于含量较低，此时的混凝土也不称其为“再生混凝土”，自然也就没有强度等级上限。但是，配制RC40 以上强度等级的混凝土时如果掺用了再生骨料，则应进行试配试验进行验证。

3.2 再生骨料的技术要求

3.2.1 再生粗骨料的技术要求[5]

1)再生粗骨料的颗粒级配

再生粗骨料按粒径尺寸可分为连续粒级和单粒粒级。连续粒级分为5mm ～16mm、5mm～20mm、5mm ～25mm 和5mm ～31.5mm的四种规格，单粒粒级分为5mm ～10mm、10mm ～20mm 和16mm ～31.5mm的三种规格。

表1 再生粗骨料的颗粒级配

2)再生粗骨料的性能指标

表2 再生粗骨料的性能指标

3)再生粗骨料的取代率

在混凝土配制过程中，一般不宜同时掺用再生粗骨料和再生细骨料；当同时掺用时，再生骨料占混凝土骨料总量的质量百分比不宜高于50%，且应通过试配试验验证。见表3。

3.2.2 再生细骨料的技术要求[6]

再生细骨料按性能指标分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类，按细度模数分为粗、中、细三种规格，其细度模数Mx 分别为：粗：Mx=3.7 ～3.1，中：Mx=3.0 ～2.3，细：Mx=2.2 ～1.6。

表3 再生粗骨料取代率或再生细骨料取代率的最大值

按照《建筑用砂》(GB/T14684-2011)中规定的试验方法，再生细骨料中如含有云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐或氯盐等有害物质，其含量应符合表4 的规定。

表4 再生细骨料中的有害物质含量

按照《建设用砂》 (GB/T14684-2011)中规定的试验方法，再生胶砂需水量比和强度比应符合表5 的规定。

4 再生混凝土的效益评价分析[7]

通过对国内目前的研究对比分析，建筑垃圾得到了较好的利用，并且取得了良好的经济效益和社会效益等。

表5 再生胶砂需水量比和强度比

1) 经济效益

通过对兰州建材市场调研，传统建材中标准粘土砖0.38 元/块；C20 的商品混凝土为320元/m3，C30 的商品混凝土为350 元/m3。而项目研发的再生建材，标准砖0.15 元/块，RC20混凝土为150 元/ m3，RC30 混凝土为170 元/m3。通过对比分析，使用项目研发的标准砖与传统标准粘土砖相比，每立方米的砌筑费用将节约117.76 元左右，再生混凝土与传统商品混凝土相比，每立方米节约170 元左右。项目研发建材较传统建材相比，其经济效益非常可观。

2) 社会效益

甘肃很多正在改建或扩建的地州县，建筑业发展快，在旧房拆除，新房建设中，会产生大量的建筑垃圾，利用建筑垃圾生产再生混凝土有着十分广泛的市场前景。同时，也是循环经济的一种模式，充分体现了循环经济的“3R”(减量化、再使用、再循环)原则，符合可持续发展的科学发展规划。

5 再生混凝土技术存在的问题[8]

由于再生骨料具有吸水性大、孔隙率高、强度低等特征，使得与天然骨料的性质相差较大。因此，导致再生混凝土在应用中存在一些问题。

1)强度问题

试验证明，再生骨料配制的再生混凝土，随着再生骨料掺量的增加，再生混凝土的抗压强度将明显降低，而再生细骨料的掺入使得降低现象尤为明显。因此，在配制再生混凝土时应充分考虑再生骨料的掺量对混凝土强度的影响。

2)掺入量的问题

规范规定，“再生骨料占骨料总量的质量百分比不低于30%”，一方面是因为目前的技术水平已经完全可以达到这样的能力；另一方面，并不是只要掺用了再生骨料就能够视为再生混凝土，如果掺量过低，配制技术实际上就可能与普通混凝土毫无区别，不能体现再生混凝土的技术内涵。

在配合比相同的前提下，要保证再生混凝土与基准混凝土相同的坍落度，须增加拌和水，因此在配制再生混凝土时应考虑再生骨料掺入量对混凝土强度和工作性的影响。

3)收缩大的问题

干缩性是混凝土的重要指标之一。相关试验表明：再生混凝土的干缩性与它的骨料情况有很大关系。由于再生混凝土使用的是吸水率大，空隙率高的再生骨料。所以它的干缩性比天然骨料混凝土要大且其干缩的程度和干缩持续的时间随其再生骨料取代比例的增大而增大和加长。在再生骨料取代比例在50%以上时，其干缩时间持续时间比较长，但在50d 龄期后干缩速率十分缓慢，干缩的增量也要小

6 结语

由于再生骨料来源广泛，受废弃混凝土龄期、原始强度和使用环境、产地等因素影响较大，各地区生产出的再生混凝土存在较明显的性能差异，已有的研究成果还不足以建立完善的技术体系。因此对于再生混凝土来说，要真正的达到工程使用阶段，无论是试验研究还是施工技术的研究，还有许多问题需要解决，如研究如何提高其强度、耐久性能、磨耗性能、结构力学性能的方法，使再生混凝土技术向高性能方面发展，扩大其使用范围。

[1]邱树恒，王军.建筑垃圾再生粗细骨料对混凝土强度的影响.广西大学学报.2011,518 ～524

[2]王罗春.建筑垃圾处理与资源化[M].北京:化学工业出版社,2004.

[3]全洪珠.国外再生混凝土的应用概述及技术标准[J].青岛理工大学学报，2009 (4)：87-92.

[4]康梅柳,周丽萍.废弃混凝土的再生利用[J].建材技术与应用.2011(6)9-10

[5]GB25177-2010-T 凝土用再生粗骨料[M].中国标准出版社2011.8

[6]JGJT240-2011 再生骨料应用技术规程[M].中国建筑工业出版社 2011.

[7]杨卫国,王 京,暴 雷,郭 栋.建筑垃圾综合利用研究[J].施工技术, 2011(12),:100-102

[8] 侯星宇. 再生混凝土研究综述[J]. 混凝土,2011(7),:97-98