再生混凝土研究现状及意义综述

(广州大学 广东 广州 511400)

引言

随着钢筋混凝土建筑的不断老化、城市建设带来的拆迁改造而产生的建筑垃圾越来越多，中国国家发展改革委发布的《中国资源综合利用年度报告(2014)》报告指出：2013年，中国建筑垃圾产生量约为10亿t，建筑垃圾综合利用量5 000万t，目前中国建筑垃圾资源化利用率仅为5%[1]。由于产生的建筑垃圾越来越多，解决办法大多数也只是作为回填材料简单处理，或者运往郊外露天堆放和掩埋，这种处理方式是十分欠妥的，对资源和环境都是极大浪费和破坏，而且经济效益也不甚理想。再生混凝土是指将废弃的混凝土块经过破碎、清洗、分级后，按一定比例与级配混合，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组合形式可以有以下几种情况：集料全部为再生集料；粗集料为再生集料、细集料为天然砂；粗集料为天然碎石或卵石、细集料为再生集料；再生集料替代部分粗集料或细集料。再生混凝土不仅把废弃的混凝土利用起来，而且把一些废弃的其它材料(如废弃的橡胶、陶瓷、玻璃等)也应用到其中，有利于节能减排，环境保护，符合国家可持续发展战略，具有良好的发展前景。

而目前国内外都重视对再生混凝土的研究，但基本上都只是处于试验室阶段，应用到实际工程中少之又少，因为再生混凝土存在着一些缺陷。

一、国内外再生混凝土研究发展

(一)国外再生混凝土研究现状

二战之后，如何处理好战争导致的建筑废墟成为各国科学家们一个重要的研究课题。尤其是欧美、前苏联和日本等国家，进行了大量的技术研究，再生混凝土技术则成为了科学家们的研究方向。荷兰是最早进行再生混凝土技术研究的国家之一，其研究成果非常成熟，对废弃建筑垃圾的利用率达到了90%，居欧洲第一。而且在20 世纪80年代，荷兰制定了再生混凝土技术的相关规范，规范明确规定了利用再生骨料制备再生混凝土的技术要求。美国作为科技大国，也是最早研究再生混凝土技术的国家之一，除了制定相关的技术规范，还颁布了《超级基金法》作为再生混凝土发展的法律依据，其将再生混凝土应用在道路建设中的技术尤为成熟，对密歇根州的两条用再生混凝土铺筑的公路进行了再生骨料混凝土干缩性能试验研究。日本是资源匮乏的国家，对再生混凝土技术非常重视，早在1977 年就制定了《再生集料和再生混凝土使用规范》，并建立了以处理废弃混凝土为主的再生加工厂，生产再生水泥和再生集料，在1996 年制定了《再生资源法》，为废弃建筑垃圾再利用提供法律依据。在国际上，国际材料与结构研究实验联合会(RILEM)己召开了5次有关废弃混凝土再利用的专题国际会议，提出混凝土必须绿色化[2-3]。

(二)国内再生混凝土研究现状

国内发展再生混凝土技术起步比较晚，利用率较低，但发展至今已有一些不错的成果。在政府的大力支持下，我国的专家学者和科研人员进行了大量的实验研究。肖建庄[5]做了大量的关于再生混凝土技术的试验研究，通过试验得知，再生骨料的取代率是再生混凝土立方体抗压强度等其他力学性能影响主要因素之一，但当再生骨料取代率小于30%时，影响较小。张亚梅等[6]采用再生集料预吸水方法，成功配制出的再生混凝土28d抗压强度达到54.6MPa。除此之外，其他专家学者也进行了大量研究并取得了一定的进展。政府相关部门也制定了相关政策，1997年建设部将“建筑废综合利用”列入了科技成果重点推广项目。2007年科技部将“建筑垃圾再生产品的研究开发”列入国家科技支撑计划[4]。

二、再生混凝土的类型

再生混凝土的组成材料除废弃混凝土骨料外还会掺加其它材料，如纤维、橡胶、陶瓷、玻璃及纳米材料。钢纤维的掺入对再生混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、弹性模量、劈裂抗拉强度和抗折强度均有所提高，PP 纤维加入再生混凝土中对轴心抗拉、劈裂、抗弯强度、延性的提高作用明显，但是对抗压强度的提高作用幅度存在争议[7]。橡胶微粒的掺入，提高了橡胶集料再生混凝土的延性,废橡胶再生混凝土的抗拉强度随着橡胶颗粒掺量的增加而先增加后减小；再生混凝土的强度随着陶瓷粗骨料掺量的增加而降低；但当掺量为100%时，再生混凝土抗压强度仍然满足要求[1]。掺入1%的纳米SiO2的再生混凝土或掺入2%的纳米CaCO3的再生混凝土能有效的提高再生混凝土准静态下的受压强度及动态受压强度、能提高试件的冲击韧性、减小再生混凝土的应变率敏感性[8]。

总的来说，适当的掺入其它材料可以提高再生混凝土的一些力学性能，但是国内主要还是对废弃混凝土骨料研究较多，也应注重研究其它的材料掺入的影响，从而更好的改善再生混凝土的性能，从而应用到实际工程中。

三、再生混凝土的配置方法

目前，配制再生混凝土的方法有两种，一种为传统替代法，即以对比普通混凝土配合比为基础，再生骨料以等体积全部或部分替代天然粗骨料的一种方法。此方法配制的再生混凝土，与对比普通混凝土具有相同的新拌砂浆的总体积。另一种方法为Fathifazl提出的EMV法，即将再生骨料中的原生粗骨料及其表面上附着的砂浆看作是不同的固相，同时必须满足与对比普通混凝土具有相同的砂浆总体积(再生骨料混凝土中砂浆总体积为新拌砂浆体积与再生骨料上附着砂浆体积之和)的配合比方法。由于新拌砂浆体积相对较少，该方法配制的再生混凝土工作性能较差，应用较少。

四、结论及展望

(1)再生混凝土的力学性能较天然混凝土的低，但未来针对这些缺陷去采用一些材料去掺入，从而使再生混凝土的性能变好，更好的应用在实际工程中。(2)再生骨料取代率、水灰比影响再生混凝土的力学性能较为突出的因素。(3)由于再生骨料存在裂缝，故再生混凝土配合比设计与常规混凝土配合比设计并不相同，两者间存在明显差距，尤其是在附加水量的控制上差距较为显著，故不应按常规混凝土的配合比去设计。(4)除了研究再生混凝土的一些基本力学性能，也应加大对其动力性能及高温下的力学性能等的研究。(5)国内外学者对再生混凝土研究的结论存在差异，还必须对此课题做更为深入和全面的研究，从而制定出一系列统一标准和规范，使再生混凝土得到大规模实际应用。