再生细骨料在商品混凝土中的应用研究

张明，林智峰，杨金平，李建强，张海亮，崔庆怡

（1. 中铁一局集团建筑安装工程有限公司，陕西 西安 710043；2. 陕西省建筑科学研究院，陕西 西安 710082）

0 前言

随着环境治理工作的加强和可持续发展理念的增强，无限制的开山取石也将受到限制，混凝土的发展逐渐转向绿色环保化。西安市棚改项目的集中改造实施，产生了大量的固体废弃物，再生骨料的利用将成为混凝土生产的重要资源。

再生细骨料是由建筑废物中的混凝土、砂浆、石、砖瓦等加工而成，可用于配制混凝土和砂浆的、粒径不大于 4.75mm 的颗粒。再生细骨料的利用不但能从根本上解决废弃混凝土的处置问题，减少对环境的污染，而且能降低混凝土生产成本，节省天然骨料资源，缓解骨料供求矛盾。

1 概况

近二三十年来，随着我国城市化进程加快，建筑业进入高速发展阶段，大量旧建筑物被拆除，产生了大量的建筑垃圾，在建筑垃圾中作为最大宗的建筑固废，废弃混凝土所占份额最大。目前，我国每年浇注混凝土约20 亿立方米，而混凝土中砂石骨料占总重量的 70% 以上，由此推算我国每年的开山采石约为 11～14 亿立方米。近年来，我国一些地方进入建设发展高峰期，城市面貌日新月异。与此同时，由大量拆建导致的建筑垃圾也在快速增加。由于各种统计口径不同，目前我国每年整体建筑垃圾的体量还没有准确计算结果。但据业内人士估算，我国每年建筑垃圾产生量可达 20 亿吨以上，并且年均增速可能保持 10% 以上。产生的建筑垃圾其中一小部分用于填筑海岸、充当道路和建筑物的基础垫层外，绝大部分作为垃圾填埋，这不仅占用大量的土地（甚至是耕地），而且造成环境污染。为解决这些问题，我们必须改变传统的混凝土生产方式，将混凝土的生产方式转变到一个可持续发展的轨道上来。再生骨料混凝土技术可实现对固体废弃物的再加工，使其恢复原有性能，形成新的建材产品，从而既能使有限资源得以利用，又解决了部分环保问题。这是发展绿色混凝土，实现建筑资源环境可持续发展的主要措施之一。

再生骨料混凝土简称再生混凝土，是将再生骨料按一定比例与级配混合，部分或全部替代天然骨料配制而成的混凝土，它能够有效地实现资源的循环再利用，发展前景可观。

我国在建筑废料再生利用的方面研究起步较晚，还处于试验和谨慎使用阶段，2010 年国家颁布了 GB/T 25176—2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》标准和GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》标准，并于 2011 年 8 月开始实施。目前再生骨料主要用于配制砌块、砂浆及少量中低强度的混凝土，用于道路基层、垫层、便道及附属设施，大范围应用到商品混凝土企业的并不多。2019 年 4 月 1 日陕西省工程建设地方标准DBJ 61/T 155—2019《再生骨料泵送混凝土应用技术规程》实施。虽然政府推广和倡导，但是再生骨料在混凝土中的应用得不到设计单位、建设单位、监理单位、施工单位的一致认可，再生骨料在混凝土中的推广应用缓慢。

2 试验所用原材料主要技术指标

（1）水泥使用宝鸡凤凰山水泥有限公司生产的海螺 P·O52.5 级水泥，其主要性能指标见表 1。

表1 水泥物理性能指标

（2）粉煤灰使用陕西蒲城电力实业有限公司生产的 F 类 Ⅱ 级粉煤灰，细度 13.8%，烧失量 4.1%，需水量比 96%，28d 活性指数 92%。

（3）矿粉使用陕西源杰工贸有限公司生产的 S95级矿粉，比表面积 420cm2/g，烧失量 0.3%，流动度比102%，28d 活性指数 105%。

（4）天然细骨料河砂产自渭河，含泥量 1.9%，泥块含量 0.4%，细度模数 2.7，堆积密度 1520kg/m3。

人工细骨料机制砂产自柞水，石粉含量 13.0%，细度模数 3.0，堆积密度 1580kg/m3，压碎指标 18.7%。

再生细骨料使用陕西汉秦再生资源利用有限公司生产的 Ⅲ 类再生细骨料，堆积密度 1310kg/m3，泥块含量2.8%，细度模数 2.4，胶砂需水量比 1.40%，压碎指标19.0%，抗压强度比 0.79%，再生细骨料的放射性、碱含量、氯离子含量检测结果见表 2。

表2 再生细骨料放射性、碱含量、氯离子含量检测

（5）碎石使用柞水产的 5～25mm 碎石，含泥量0.4%，泥块含量 0.1%，针片状含量 3.0%，堆积密度1580kg/m3，压碎指标 8.0%。

（6）外加剂使用聚羧酸高性能减水剂，其主要性能指标见表 3。

表3 外加剂主要性能指标

3 试验研究过程

3.1 试验研究

根据目前市场再生粗骨料推广应用缓慢、推广范围主要用于配制砌块、砂浆及少量中低强度的混凝土，本次研究以再生细骨料在商品混凝土中的应用研究为主。并提高再生细骨料的取代率和应用强度等级，做进一步的试验研究。本次研究使用的再生细骨料符合 Ⅲ 类技术要求。将再生细骨料的取代率由标准规范要求的Ⅱ类不宜大于 50% 提高至 Ⅲ 类不大于 70%；提高再生细骨料混凝土的应用强度等级，在 C50 及以上强度等级中使用，再生细骨料的取代率控制在 40%～60%。

3.2 混凝土配合比确定

再生细骨料与人工机制砂配合比 A、再生细骨料与天然河砂配合比 B、以及纯人工细骨料配合比 C、纯天然细骨料配合比 D。其混凝土配合比分别见表 4。

表4 再生细骨料混凝土配合比 kg/m3

3.3 混凝土耐久性基本要求

详见表 5。从表 5 中可以看出 16 种不同配合比最低强度等级 RC30 的水胶比最大为 0.41，满足二 b 环境类别下 C30 混凝土最大水胶比 0.50 的要求；混凝土中的碱含量最大为 2.62kg/m3，掺再生细骨料混凝土各强度等级碱含量均满足三 a 环境类别下不大于 3.0kg/m3的要求；混凝土中的氯离子含量最大为 0.070kg/m3，掺再生细骨料混凝土各强度等级氯离子最大含量均满足三 a环境类别下不大于 0.10kg/m3的要求。符合 JGJ/T 240—2011《再生骨料应用技术规程》中的规定要求。

表5 各等级混凝土耐久性基本性能汇总表

3.4 混凝土各项性能指标

混凝土拌合物的工作性能及硬化后混凝土的力学性能和耐久性能试验结果见表 6 和图 1～3。

图1 再生细骨料混凝土坍落度和扩展度检测

图2 混凝土抗压强度对比图

图3 普通混凝土与再生混凝土压碎后的内部照片

4 研究结论

（1）再生骨料混凝土的放射性指标符合 GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》标准中技术要求；碱含量、氯离子含量符合 GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中的耐久性要求。

（2）掺再生细骨料混凝土不同取代率各强度等级立方体抗压强度指标与纯机制砂和河砂各强度等级立方体抗压强度指标基本一致，均满足相应强度等级设计要求。

（3）再生细骨料不同取代率下混凝土耐久性抗冻性能 RC30F150、RC40F200、RC50F300、RC60F300与纯机制砂和河砂各强度等级冻融循环基本一致。

（4）再生细骨料不同取代率下混凝土耐久性抗氯离子渗透性能（电通量法）指标与纯机制砂和河砂各强度等级抗氯离子渗透性能（电通量法）基本一致。

（5）再生细骨料不同取代率下各强度等级混凝土静力受压弹性模量指标要略高于纯机制砂和河砂各强度等级静力受压弹性模量指标。

（6）再生细骨料不同取代率下混凝土的耐久性抗碳化性能与普通混凝土基本一致。

（7）通过再生细骨料在不同强度等级混凝土中的不同取代率试验，Ⅲ类再生细骨料在混凝土中的取代率为 43%～69%，取代率均大于相关标准规范要求。再生细骨料混凝土的拌合物性能、力学性能、耐久性性能的技术指标均满足标准要求。

（8）通过再生细骨料在不同强度等级混凝土中的不同取代率试验，Ⅲ类再生细骨料在混凝土中的应用强度等级最高到 C60，使用的强度等级已高于相关标准规范要求。

（9）经过本次研究，笔者认为目前现行的再生骨料应用技术规程实施时间较早，随着混凝土技术的快速发展，本次研究的结果显示 Ⅲ 类再生细骨料可以满足预拌混凝土的生产应用技术要求。其取代率可以根据再生细骨料的实际检测情况适当地放宽取代率上限；强度等级可以根据再生细骨料的实际检测情况适当的放宽应用强度等级上限。

（10）本次研究成果的数据支持对再生细骨料的推广应用、再生细骨料混凝土各项技术性能的再认识将起到积极的推动作用，促进再生骨料混凝土技术的进一步提升。

5 经济和社会效益

5.1 经济效益

再生细骨料在商品混凝土中的应用，可以解决再生细骨料使用范围受限、使用量低的问题，降低混凝土生产成本。以商品混凝土企业每年生产混凝土 60 万立方计算，掺再生细骨料混凝土的产量占总产量的 70%。每立方混凝土中的再生细骨料使用量 400kg，则每年可使用再生细骨料 60×0.7×0.4=16.8 (万吨)。按再生细骨料每吨价格比天然细骨料低 40 元计算，则一年可降低材料生产成本 16.8×40=672 (万元)，产生的经济效益显著。

5.2 社会效益

再生细骨料的利用不但能从根本上解决固体废弃物的处置问题，减少对环境的污染，而且因其生产加工都在城市周边，运输距离较其他细骨料的产地近，有效降低运输能耗和二氧化碳的排放，节省天然骨料资源消耗量，缓解骨料供求矛盾。再生细骨料的使用必将带来显著地社会效益、经济效益和环保效益，对社会的可持续发展具有深远的影响。