新疆地区建筑垃圾再生骨料在混凝土中的应用研究与展望

田盼盼关挺梁芮（新疆大学 建筑工程学院；中建新疆建工（集团）有限公司）

新疆地区建筑垃圾再生骨料在混凝土中的应用研究与展望

田盼盼1关挺2梁芮1
（1新疆大学 建筑工程学院；2中建新疆建工（集团）有限公司）

结合新疆地区的地域特点，将建筑废弃混凝土处理成再生骨料应用于混凝土的拌制中具有显著的社会、经济效益。本文对新疆乌鲁木齐周边收集到的建筑垃圾进行加工，制备成再生粗骨料，绘制再生粗骨料颗粒级配曲线，测试粗集料基本性能指标和配合比设计，试验研究了再生混凝土的工作性能和抗压性能，对掺锂渣再生混凝土试验研究了抗压和抗拉性能，最后对新疆再生混凝土研究与应用提出了建议和展望。

新疆地区；再生骨料；再生混凝土

1　前言

随着国家“一带一路”战略的逐步落地和新疆首府乌鲁木齐将申报亚欧经贸合作试验区的计划，新疆处于大发展，大建设的阶段，城市化的进程速度快，有大量建筑物建设，相应有大量废弃物拆除，产生大量的废弃混凝土，以乌鲁木齐为例，如表1所示。

表1　乌鲁木齐连续五年废弃混凝土量［1］

传统建筑业发展基本模式如图1所示，建筑废弃混凝土既占用了大量土地，又污染了环境。另一方面，全球工程用混凝土粗骨料的开采量也非常巨大，造成了自然资源的过度消耗和环境破坏［2］。

图1　传统建筑业发展基本模式

为了寻求一种使建筑行业与生态环境相协调的生产方式，再生混凝土的技术应运而生，新型建筑发展模式如图2所示。

2　再生粗骨料性能研究

2.1 再生粗骨料加工制备工艺

再生混凝土技术减轻了传统建筑业发展所带来的不利影响，实现混凝土结构的生命延续。前苏联学者Gluzhge［3］早在1946年就对利用废弃混凝土制作再生骨料的可行性进行了研究。20世纪中期，日本、美国和一些欧洲发达国家先后开始了再生混凝土的研究和开发利用，其研究的重点集中在再生骨料和再生混凝土的力学性能方面［4～9］。

图2　废弃混凝土就用到新型建筑发展模式

目前，我国学者和科研工作人员对于废弃混凝土骨料的研究已经有了很大的进展［10～11］，再生骨料加工制备工艺如图3所示。

图3　再生混凝土加工制备工艺

2.2 骨料级配曲线

课题试验组收集了乌鲁木齐地区不同强度等级、不同使用环境等的废弃混凝土，进行试验样本编号，如表2所示，测定并绘制出骨料级配曲线，如图4所示。

表2　再生粗骨料收集样本编号

图4　试验再生骨料级配曲线

2.3 粗骨料基本性能测试

根据国家现行规范《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177-2010）［12］相关试验方法对RCA1-RCA6进行基本性能试验，包括表观密度、泥块含量、坚固性、微粉含量、针片状颗粒、压碎指标、吸水率试验，试验结果如表3和图5所示。

随着时间的增加，再生粗骨料的吸水率明显大于天然粗骨料，天然骨料和再生骨料的吸水率均随时间增加而增大。骨料粒径越小，再生粗骨料吸水率越大；粒径越大，则吸水率越小，试验结果如图5（b）所示。

依照国家现行规范标准，对乌鲁木齐地区再生粗骨料进行类别划分，初步将其划分到Ⅰ类和Ⅱ类，如表4所示。

表3　再生骨料基本性能试验研究结果

图5　试验研究再生骨料吸水率结果分析

表4　乌鲁木齐地区再生骨料划分

3　再生混凝土基本性能研究

3.1 配合比设计

配制再生粗骨料混凝土，配合比设计如表5和表6所示，通过再生混凝土附加用水量公式（1）测定砂浆附着含量对附加用水量，选取净用水量的5%、10%、15%，共制作18组×3个=54个试块。

ΔW=r·m·g（0.1386X-1.6355）（式1）

3.2 工作性能和抗压强度

可选取净水灰比为0.45时的配合比作为再生混凝土最优配合比，如图6所示。不考虑附加用水量，再生混凝土的坍落度较普通混凝土都偏小，如图7所示。

4　掺锂渣再生混凝土基本性能

4.1 抗压强度测定

基于再生粗骨料混凝土的研究现状及新疆地区特点，通过研究立方体与棱柱体抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量等力学指标，望能给掺锂渣再生粗骨料混凝土实际应用提供试验依据。

图6　再生粗骨料混凝土性能研究流程

表5　C30混凝土配合比设计（未考虑△W）

表6　C30混凝土配合比设计（考虑△W）

图7　再生混凝土试验研究工作性能和抗压强度

图8　掺锂渣再生混凝土试块抗压强度测定

图9　掺锂渣再生混凝土试块抗压强度测定

采用相同配合比制作以锂渣掺量是0%、10%、15%、20%、25%及再生粗骨料取代率是0%、30%、50%、70%作为变量的20种混凝土，制作360个150mm×150mm× 150mm标准立方体及120个150mm×150mm×300mm标准棱柱体试件，依照标准测试方法测定3d、7d、28d的立方体抗压强度和劈拉强度，以及28d棱柱体抗压强度和弹性模量，结果如图8所示。

4.2 抗拉强度

为探索锂渣掺量、再生粗骨料掺量以及龄期对混凝土抗拉性能的影响规律，采用标准立方体试件进行劈裂抗拉试验研究.结果表明，在再生混凝土中掺入锂渣可以有效提高其抗拉强度.

综上所述，取代70%粗骨料且掺10%锂渣后，3d、7d劈拉强度达到最高，比未掺锂渣的普通混凝土增长119.66%和61.99%。而取代70%粗骨料及掺15%锂渣后，28d抗拉强度达到峰值较未掺锂渣普通混凝土增长57.50%，如图9所示。

5　发展新疆地区再生混凝土的建议与展望

5.1 推动新疆地区建筑垃圾资源化的建议

⑴加强立法、管理工作；

⑵加强技术支撑；

⑶优化建筑设计；

⑷加强对施工现场及建筑垃圾收纳厂的管理；

⑸合理利用建筑垃圾。

5.2 推动新疆地区建筑垃圾资源化的建议

新疆地区的再生混凝土存在着很多问题，但是发展潜力很大。在新疆地区对废弃混凝土的回收利用也有一定的优势。结合新疆地区的特点，大量工业废弃物锂渣和建筑废弃物综合利用，改善再生混凝土性能，推广再生混凝土技术，实现“双废”利用。从根本上解决环境污染的问题，使建筑垃圾的回收再利用走上可持续发展的道路。

［1］乌鲁木齐统计年鉴2015.

［2］朱慈勉，李坛.废弃混凝土掺合型再生混凝土的力学性能［J］.华南理工大学学报：自然科学版，2014，42（2）：50-56.

［3］GluzhgePJ.Theworkofscientificresearch institute［J］.GidrotekhnicheskoyeStroitel'stvo，1946，4：27-28.

［4］ EvangelistaL，BritoDJ.Mechanicalbehaviorof concretemadewithfinerecycledconcreteaggregates［J］.Cement&Concrete Composites，2007，29（5）：397-401.

［5］Gayarre F L，Serna P，Domingo A，et al.Influence of recy-cled aggregate quality and proportioning criteria on recy-cled concrete properties［J］.Waste Management，2009（12）：3022-3028.

［6］杨海峰，孟少平，邓志恒.高强再生混凝土常规三轴受压本构曲线试验［J］.江苏大学学报：自然科学版，2011，32（5）：597-601.

［7］朋改非，黄艳竹，张九峰.骨料缺陷对再生混凝土力学性能的影响［J］.建筑材料学报，2012，15（1）：80-84.

［8］张永娟，何舜，张雄，等.再生混凝土Bolomey公式的修正［J］.建筑材料学报，2012，15（4）：538-543.

［9］陈宗平，徐金俊，郑华海，等.再生混凝土基本力学性能试验及应力应变本构关系［J］.建筑材料学报，2013，16（1）：24-32.

［10］肖建庄.再生混凝土［M］.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［11］刘数华，冷发光.再生混凝土技术［M］.北京：中国建材工业出版社，2007.

［12］GB/T 25177-2010，混凝土用再生粗骨料［S］.北京：中国标准出版社，2010.

*项目来源：

乌鲁木齐市建设科技项目经费资助（项目编号：2015019）