建筑垃圾再生骨料强化研究综述＊

吴建超，程宇东，钟 彤，赖登甲，陈宗武,2

（1.中国地质大学（武汉） 工程学院，湖北 武汉 430074;2.中国建筑材料科学研究总院有限公司绿色建筑材料国家重点实验室，北京 100024）

1 引言

近年来，我国城乡发展迅速，基础设施建设步伐不断加快，城乡品质得到提升的同时也产生了大量的建筑垃圾，尤其在新农村建设、城郊大开发、城市改扩建以及城乡公路升级改造等过程中。根据前瞻产业科学研究院的调查数据，2006 年至2019年我国建筑垃圾产生量持续增长，其中2018 年和2019 年涨幅较大，相比上一年分别上涨了19.5%和21.1%，2019 年总量已突破2.3×109t，如图1 所示［1］。结合城乡发展中基础设施建设不断加快的背景来看，未来建筑垃圾产生量势必将持续走高。

图1 2006—2019 年我国建筑垃圾产生量Figure 1 Construction and demolition debris output in China from 2006 to 2019

我国绝大多数建筑垃圾未经任何处理便被运往郊外或乡村，采用露天堆放或填埋的方式进行处理，某些单位甚至直接将建筑垃圾非法倾倒在周边的洼地或山沟。这不仅占用大量土地，而且严重破坏生态环境。同时，清运和堆放过程中产生的遗撒、扬尘等问题也会造成严重的环境污染。目前部分建筑垃圾得到回收及资源化再利用，但其再生利用率低，仅在5%左右［2］。如何高效、高附加值处置建筑垃圾一直是国内外学者及相关从业人员的研究热点。

广义上讲，建筑垃圾是指各类建筑物、构筑物等在铺筑、建设或拆除过程中所残留下来的弃土、弃料、淤泥及其他废弃物［3］。建筑垃圾按照不同的产生源地可分为土地开挖垃圾、道路开挖垃圾、旧建筑拆除垃圾、建筑施工垃圾以及建材垃圾，如表1 所示［4］。其中，旧建筑拆除垃圾数量最大，约占建筑垃圾总量的58% 以上［5］，其成分主要为废旧混凝土、废砖块、钢筋、木材等，可利用价值较高。

表1 建筑垃圾分类Table 1 Classification of construction and demolition debris

近些年，我国公路建设蓬勃发展，全国公路总里程、公路密度逐年增加，如图2 所示［6］。道路建设有赖于大量水泥混凝土和沥青混合料的支撑，而骨料是这两类道路材料的主要原材料，例如沥青混合料中骨料占比达90% 以上［7］，因此道路建设需要耗用大量玄武岩、石灰岩等优质岩石。高质量岩石的供需矛盾目前已经比较突出，供不应求的现象时有发生。这导致筑路原材料价格飙涨，建筑工程利润空间被严重挤压，原材料价格上涨正成为诸多工程项目最大的不可控因素。这不仅增加了施工单位的经营风险，同时也严重影响了项目的建设进程。

图2 2016—2020 年我国公路总里程及公路密度Figure 2 Total mileage and density of traffic road in China from 2016 to 2020

若能将建筑垃圾中的废旧混凝土块、废砖块等加工处理成技术性能指标满足规范要求的再生骨料，再重新应用于道路建设，将具有显著的环保及资源化意义：一方面可解决大量建筑垃圾堆积造成的生态环境恶化等问题；另一方面，可有效减少道路建设对天然砂石的开采，一定程度上解决天然石料日益匮乏对道路建设造成的困扰，同时也可实现资源的充分利用，促进道路建设的可持续发展。此外，可降低施工单位的经营风险，为工程顺利完成提供保障。

2 再生骨料的性能缺陷

与天然石料相比，再生骨料具有孔隙率高、吸水率高、表观密度低、表面微裂纹多、强度低等缺陷［8-9］。赵兵伟等［10］通过扫描电子显微镜（SEM）分析发现再生骨料表面存在大量微裂纹及开口孔隙。微裂纹及孔隙的存在势必影响再生骨料的材料特征，再生骨料基本物理性能指标测试结果显示，再生骨料表现出吸水率高、压碎值高、表观密度低的特点。黎建敏等［11］进一步对比分析了再生骨料与天然石料的表面微观形貌，SEM 分析结果表明再生骨料表面孔隙率明显高于天然石料，如图3 所示［11］。吸水率和压碎值试验同样证实再生骨料的吸水率、压碎值明显高于天然石料。Eckert 等［12］的研究也表明再生骨料的吸水性远高于天然石料。Pradhan 等［13］发现再生骨料的物理力学性能是影响再生混凝土性能的重要参数：再生骨料的高吸水性影响再生混凝土的水灰比，从而影响再生混凝土的和易性；制备的再生混凝土因再生骨料强度低而力学性能不佳。

图3 再生骨料和天然石料的SEM 图像Figure 3 SEM images of recycled aggregate and natural stone

再生骨料存在一系列的性能缺陷，这主要归因于废旧混凝土块中的砂浆。一方面，砂浆促使废旧混凝土块在破碎过程中易产生微裂纹；另一方面，裹附在再生骨料表面的砂浆，孔隙丰富、强度低且与再生骨料的黏结面不牢固。这些特征导致再生骨料存在吸水率高、表观密度低、强度低等性能缺陷。

对再生骨料进行强化处理是目前提升其性能的最常用技术手段：借助外力或外加剂对再生骨料进行砂浆分离、砂浆增强处理，达到改善再生骨料性能缺陷的目的。本研究基于国内外研究现状对现有再生骨料强化技术进行较全面的归纳总结和分析。

3 再生骨料强化技术

3.1 砂浆分离技术

3.1.1 磨耗法

机械磨耗法是在外荷载的作用下，利用再生骨料与机械设备或再生骨料颗粒之间的相互摩擦，去除黏附在再生骨料表面的水泥砂浆。李强等［14］发现随着磨耗设备转动圈数或钢球数量的增加，再生骨料的工程性能得到显著改善。李秋义等［15］提出了再生骨料颗粒整形强化法，其工作原理如图4 所示［15］，再生骨料与整形设备的扇叶高速摩擦后，表面附着的水泥砂浆随之脱落。

图4 颗粒整形工作原理Figure 4 Working principle of particle shape modification

Shima 等［16］考虑了温度对再生骨料表面砂浆磨耗分离效果的影响，提出了加热磨耗法：将废旧混凝土首先破碎、筛分成粒径小于40 mm 的骨料，然后再加热至300 ℃进行机械磨耗。此方法主要基于再生骨料不同成分具有不同的热膨胀系数而提出，高温作用下再生骨料表层砂浆易剥落。但该方法对加热温度有要求。苏燕等［17］用马弗炉对再生骨料进行加热，结果发现加热至500 ℃时，再生骨料性能得到改善；而加热至700 ℃时，再生骨料结构出现破坏。

机械磨耗法的优点是工艺简单、操作便捷，强化处理后的再生骨料耐久性好。缺点是耗能较大；加热磨耗需要控制好温度；容易产生扬尘而污染环境；当再生骨料表面附着砂浆量过多时不易实现其彻底剥离，且再生骨料的外观形态会因磨耗而变得圆润，失去棱角性优势。

3.1.2 酸溶液反应法

采用酸性溶液浸泡再生骨料，表层砂浆可与酸性溶液发生反应从而剥落。常用酸性溶液有HCl、H2SO4。水泥砂浆在酸性溶液中的反应方程如式（1）和式（2）所示［18］。

张智斌等［19］研究发现，采用浓度为3%的HCl溶液浸泡处理再生骨料12 h 可使再生混凝土的强度提升14%；Kim 等［20］采用HCl 和Na2SO4分别对再生骨料进行强化，通过对剩余砂浆的定量分析，确定HCl 去除再生骨料表面黏附砂浆的能力强于Na2SO4；胡旭晗等［21］发现强化再生骨料的效果与酸性溶液浓度、浸泡再生骨料的时间有关，浓度过高或浸泡时间过长都会降低再生骨料的性能。

该方法的优点是酸性溶液容易配制，且能循环利用，强化工艺较为简单，强化处理后的再生骨料也拥有良好的耐久性。但缺点也很明显，其对再生骨料性能的改善效果与骨料表面砂浆量的多少有关。当再生骨料表面砂浆量过多时，酸性溶液不能对其实现有效剥离；当再生骨料表面砂浆量过少时，酸性溶液则可能会腐蚀与砂浆黏结的天然石料。

3.2 砂浆增强技术

3.2.1 无机强化技术

3.2.1.1 胶凝材料裹附法

张方德［22］采用水泥浆强化再生骨料进行试验发现，稠度适中的水泥浆液可以很好地填充骨料表面的孔隙和微裂纹，随着水化反应的不断进行，水泥浆液逐渐凝结硬化，同时水泥浆液的胶结作用使其与再生骨料的孔壁牢牢黏附在一起。水泥浆液硬化完成后，再生骨料强度提高，吸水率降低。选择粒度较小的水泥，更有利于对再生骨料表面孔隙和微裂纹的填充。

除了使用单一的水泥浆液，还有学者在水泥中外掺活性矿物。该方法同样是基于水泥外掺活性矿物浆液填充再生骨料表面孔隙和微裂纹。同时，水泥外掺活性矿物浆液与骨料表面附着的砂浆可发生反应，反应生成物也可填充孔隙和裂纹。常用的水泥外掺活性矿物有粉煤灰、硅灰、硅藻土、稻壳灰等。

粉煤灰是常见的活性矿物，采用水泥外掺粉煤灰浆强化再生骨料制备的混凝土，理论上性能应得到显著提升。但李滢等［23］通过研究发现，采用水泥外掺30% 粉煤灰的浆液强化再生骨料，对再生混凝土强度的改变不大。杜婷等［24］的研究同样表明采用水泥外掺粉煤灰浆对再生混凝土强度的改善效果不明显。这与粉煤灰的掺量有关，粉煤灰掺量过多会减少Ca（OH）2等水泥水化产物的生成，进而影响再生混凝土的强度。刘庆东等［25］也证实过量掺配粉煤灰的水泥浆液不利于再生混凝土性能的提升。

丁天平等［26］对比了水泥分别外掺硅灰和硅藻土对再生骨料性能的改善效果。研究发现采用水泥外掺硅灰浆液强化后的再生骨料，其压碎值降低了19.2%，1 h 吸水率也降低了3.3%；相比于前者，水泥外掺硅藻土浆液对再生骨料的强化效果略佳。这是因为硅藻土比表面积很高，一般大于25 000 m2/kg，粒度越小越容易填充再生骨料表面的孔隙和微裂纹。张继华等［27］考察了水泥复掺稻壳灰和高岭土浆液对再生混凝土性能的影响。试验发现再生混凝土的抗压强度、抗折强度及耐久性都得到不同程度的提高，当稻壳灰与高岭土的掺配比例为3∶1 时，复合浆液对再生混凝土性能的改善效果最佳。稻壳灰中SiO2含量高达87%～97%，且其活性指数高，比表面积高达60 000 m2/kg以上，同时具备一定的干燥强度和黏结性。当稻壳灰与高岭土混合使用时，再生骨料表面孔隙及裂纹被填充，强度得到提高。

胶凝材料是对再生骨料表面的孔隙、微裂纹等进行填充而达到强化砂浆层的目的，该方法经济性高，实施难度小，对环境几乎没有影响。缺点是外掺活性矿物的含量不能过多；对外掺活性矿物的细度要求高；胶凝材料硬化时会有体积收缩，可能造成开裂，故胶凝材料强化后的再生骨料耐久性一般。

3.2.1.2 纳米SiO2溶液浸泡法

有学者使用纳米SiO2溶液强化再生骨料。朱勇年等［28］用纳米SiO2溶液浸泡再生骨料，试验发现活性较高的纳米SiO2可与再生骨料表层砂浆中的Ca（OH）2发生化学反应生成C—S—H 凝胶，填充再生骨料表面孔隙及微裂纹，从而降低其吸水率。林腾玮等［29］通过大量试验发现，当纳米SiO2溶液浓度为4%、浸泡时间为36 h 时，对再生骨料的强化效果最佳，强化后的再生骨料吸水率、压碎值分别降低了12.5%、5.9%。范玉辉等［30］发现，采用纳米SiO2溶液强化再生骨料制备的再生混凝土，强度较未强化处理时增加约4.4%。Lei 等［31］发现采用浓度为5%的纳米SiO2溶液处理再生骨料可有效提高再生混凝土的耐久性。

纳米SiO2溶液具有较好的分散性，且具备一定活性，对再生骨料表面孔隙有较好的填充效果；强化工艺简单，对环境影响小。但纳米SiO2通常价格昂贵，不适宜用于大批量再生骨料的强化处理。

3.2.1.3 硅酸盐溶液浸泡法

相比价格昂贵的SiO2溶液，硅酸盐溶液显得较为经济。朱坤学等［32］研究了硅酸钠溶液对再生骨料的强化效果，试验结果如图5 所示。当硅酸钠溶液浓度从0 增加到8%时，再生骨料的吸水率降至6.6%，相较于未强化的再生骨料，吸水率下降了18%，降幅达到最大；当硅酸钠溶液浓度继续增加到10% 时，再生骨料的吸水率反增，这是由于硅酸钠溶液与再生骨料表层砂浆中的钙离子和铝离子反应生成了水化硅铝酸钙凝胶和水化铝酸钙晶体，硅铝酸钙凝胶自身具有吸水性，从而导致再生骨料的吸水率反增。随着硅酸钠溶液浓度的增加，再生骨料表观密度逐渐增加；当硅酸钠溶液浓度增加到10% 时，再生骨料表观密度达到2 590 kg/m3，接近天然石料的水平，满足规范对骨料表观密度的要求［33］。当硅酸钠溶液浓度从8%增加到10%时，强化再生骨料表观密度仅增加0.39%，然而吸水率不降反增，涨幅为10.6%。以强化目的为出发点，相比10%浓度的硅酸钠溶液，8%浓度显得更合适。

图5 硅酸钠溶液浓度对再生骨料吸水率、表观密度的影响Figure 5 Effects of sodium silicate solution concentration on the water absorption and apparent density of recycled aggregate

张谭龙等［34］发现采用硅酸钠溶液强化再生骨料制备的混凝土水化程度虽然略逊色于天然石料混凝土，但其水化程度依然较高。如图6 所示［34］，对于天然石料混凝土，水化物颗粒彼此紧密排列，混凝土内孔隙小，无裂纹或存在极少裂纹；对于采用硅酸钠溶液强化再生骨料制备的混凝土，虽然出现了细微的裂纹，但是不影响其强度的形成，强化后多絮状凝胶体，结构致密。

图6 天然石料混凝土和硅酸钠强化再生混凝土的SEM 图像Figure 6 SEM images of natural stone concrete and sodiumsilicate reinforced recycled concrete

水玻璃是一种可溶性的无机硅酸盐水溶液，俗称泡花碱，分为硅酸钠水玻璃和硅酸钾水玻璃等几个类型。最常用的是硅酸钠水玻璃，其化学分子式为Na2O·nSiO2。罗娜等［35］发现再生骨料经浓度为8%的水玻璃溶液浸泡5 h 后性能有明显改善；宋学锋等［36］的研究表明，采用浓度为10%（模数2.8）的水玻璃溶液强化后的再生骨料压碎值、吸水率分别下降了14.5% 和29.5%；林航［37］的研究也表明经浓度为20% 的水玻璃溶液强化后的再生骨料，饱和吸水率下降了5.6%，压碎值降低了10.6%。这是因为水玻璃的主要成分是SiO2和Na2O，在水溶液中与再生骨料表层砂浆发生反应［18］，如式（3）所示，反应生成物填充了再生骨料表面孔隙，从而使得再生骨料的吸水率和压碎值降低。但水玻璃溶液浓度过高或浸泡再生骨料的时间过长，都不利于改善再生骨料的性能。程海丽等［38］用不同浓度水玻璃溶液浸泡再生骨料，试验发现再生混凝土抗压强度随水玻璃溶液浓度的增加呈现先增后减的变化趋势。这是由于在高浓度水玻璃溶液条件下，水解产物多，对再生骨料孔隙及微裂纹填充的同时，也在再生骨料表面形成一层憎水保护膜。这层憎水保护膜减弱了再生骨料表面的粗糙度，进而降低了再生混凝土中再生骨料与砂浆间的黏结力。因而再生混凝土的抗压强度随水玻璃溶液浓度的增加呈现先增后减的变化趋势。

杨小龙［39］也研究了不同浓度水玻璃溶液对再生骨料的强化效果，试验结果如图7 所示。低浓度水玻璃与骨料表面砂浆反应生成的凝胶物质较少，不足以填充孔隙和微裂纹；随着水玻璃溶液浓度的增加，生成的凝胶物质也变多，再生骨料的吸水率显著下降。当水玻璃溶液浓度达到4%时，再生骨料的吸水率达到最低；但随着水玻璃溶液浓度的继续增加，虽然再生骨料表面形成了一层憎水保护膜，但过量的水玻璃会与砂浆中的成分反应生成其他吸水性物质，致使再生骨料的吸水率有较小幅度提升。图7 还显示出，再生骨料的压碎值随水玻璃溶液浓度的增大而减小。这是因为随着水玻璃溶液浓度逐渐增大，反应生成的胶体物质越来越多，这些物质能很好地填充骨料表层孔隙、微裂纹。水玻璃溶液强化再生骨料的效果较好，强化后的再生骨料表面孔隙、微裂纹得到显著填充，结构更加致密。但实际操作时应注意控制水玻璃溶液的浓度以及对再生骨料的浸泡时间。

图7 水玻璃溶液浓度对再生骨料吸水率、压碎值的影响Figure 7 Effects of concentration of sodium silicate solution on the water absorption and crushing value of recycled aggregate

渗透结晶材料是一种可溶于水的活性物质，其硅酸盐成分以水为载体可渗透到再生骨料表层砂浆裂纹处，反应生成硅酸钙结晶，如式（4）所示，从而提升再生骨料的性能。

王海超等［40］用渗透结晶溶液强化处理再生骨料，试验发现强化处理后的再生骨料吸水率下降了76.4%，压碎值下降了19.3%，再生骨料总体强度与天然石料接近。杨小龙［39］也研究了渗透结晶防水剂对再生骨料的强化效果，通过SEM 观测到水泥基渗透结晶防水剂浸泡后的再生骨料表面大部分裂纹被填充（图8），强化后的骨料结构呈密实状态，图中被标记的部分为渗透结晶防水剂反应后析出的结晶体。采用纯水泥浆、水泥外掺活性矿物浆液强化再生骨料时，强化效果仅限于再生骨料表层，强化不彻底。而采用渗透结晶材料强化再生骨料时，溶液中的硅酸盐可有效渗透到骨料深层，与其中的钙离子发生反应，如式（4）所示，这种“自我修复”产生的结晶物质可有效填充骨料深层裂纹，提升再生骨料的整体性能。

图8 强化后的再生骨料表面SEM 图像Figure 8 SEM images of the surface of reinforced recycled aggregate

硅酸盐溶液浸泡法在再生骨料强化效果、耐久性、环境影响及实施难易度方面有一定优势，经硅酸盐溶液强化处理后的再生骨料裂纹填充效果明显，吸水率和压碎值得到有效降低。该方法的不足之处是实际操作时要特别注意控制硅酸盐溶液的浓度，避免因浓度过高导致再生骨料吸水率反增和再生混凝土强度反降的问题。

3.2.1.4 CO2碳化法

再生骨料表面附着一定量的硬化水泥浆，水泥水化产物（70% 为C—S—H 凝胶产物，20% 为氢氧化钙）很容易与空气中的CO2发生碳化反应生成碳酸钙和硅胶［41］，如式（5）、式（6）所示。碳酸钙属于难溶性钙盐，能够析出填充在孔隙中，从而有效提升硬化水泥浆体的密实度和强度。

利用CO2养护再生骨料可减少再生骨料的孔隙和微裂纹，提高骨料的基本性能［42-44］。Kou 等［42］通过试验发现浓度为99% 的CO2可提高再生骨料的密度，降低再生骨料的吸水率和压碎值。再生混凝土的性能也得到了改善：抗压强度提高，干燥收缩减小，抗氯离子渗透能力提高。程亚卓等［45］采用浓度为80%～85%的CO2强化再生骨料，结果发现强化后的再生骨料吸水率、压碎值分别降低了17.9%和25.8%。采用该再生骨料制备的再生混凝土，90 d 抗压强度提高了47.6%。Pan 等［46］采用氢氧化钙预浸泡方式提高再生骨料中可碳化物质的含量，结果发现采用该措施可进一步提高CO2强化再生骨料的效果。但应注意控制氢氧化钙浓度、浸泡再生骨料的时间，避免造成骨料的软化和氢氧化钙的富集。应敬伟等［47］的研究进一步表明CO2碳化后的再生骨料基本物理性能趋近于天然石料。殷伟等［48］利用加速碳化和包壳技术对再生骨料进行强化，试验发现采用强化再生骨料制备的混凝土强度达到C40 水平。

从碳化机理来看，CO2碳化再生骨料是一种比较有效的强化方式，对周围环境几乎没有影响。但CO2作为气体，在反应过程中浓度不好控制，对碳化设备要求高，实施较复杂。另外，CO2碳化时间较长，加速碳化在一定程度上会增加经济成本。

3.2.2 有机强化技术

3.2.2.1 有机硅树脂溶液处理法

胡旭晗等［21］发现有机硅树脂对再生骨料吸水率的降低效果明显，平均降幅高达52.4%。这是因为有机硅树脂可以在再生骨料表面形成一层树脂膜，它具有优异的憎水性，树脂膜包裹再生骨料后能有效阻断水分的进入。同时，有机硅树脂能很好地填充孔隙，提高再生骨料的整体性能。张智斌等［19］采用浓度为66%的有机硅树脂溶液对再生骨料进行处理，结果证实再生骨料性能得到提高，但采用有机硅树脂强化再生骨料制备的混凝土强度反而降低，平均降幅达19%。这说明并非强化后的再生骨料性能越佳，采用其制备的再生混凝土性能就会越好。这与再生骨料的来源、强化方式的选择等有关。李强等［49］的研究表明，采用有机硅树脂喷涂方法强化处理再生骨料，再生混凝土的力学强度几乎不变，然而其抗低温收缩性能得到明显改善，与水泥稳定天然碎石相当。这是因为，有机硅树脂喷涂处理方式使再生骨料表面变得光滑，不利于骨料间形成有效的嵌挤和握裹作用，因此不能有效提高水泥稳定碎石的力学性能。但再生骨料表面形成的憎水性有机硅树脂薄膜可以有效填充孔隙和微裂纹，还可显著削弱再生骨料的吸水能力，从而改善再生混凝土的抗低温收缩性能。

该方法是在再生骨料表面喷涂一定量的有机硅树脂溶液，强化工艺较为简单，对再生骨料的强化效果好，经强化处理后的再生骨料吸水率下降明显，再生骨料的整体性变好，耐久性得到增强。但该材料价格较贵，强化后的再生骨料表面粗糙度减小，不能有效提高再生混凝土的强度等力学性能，对强化再生骨料后续的推广应用带来影响。

3.2.2.2 聚合乳液浸泡法

聚合乳液具有胶凝性，能在短时间内固化，同时还具有防水性，可以用来减弱多孔材料的吸水性。Kou 等［50］采用聚乙烯醇溶液（PVA）浸渍再生骨料，发现骨料表面及孔隙内附着一层胶凝物质，再生骨料的吸水率降低。这是因为PVA 水解产物能与再生骨料表面附着的旧水泥石反应生成一种有机-无机复合基质薄膜，使得再生骨料的吸水率、孔隙率明显降低；骨料表面微观结构得到显著改善，骨料的压碎值降低、强度提高。丁天平等［26］发现苯丙乳液水泥浆能改善再生骨料表面的孔结构，增加再生骨料密度。强化后的再生骨料压碎值降低了14.0%，吸水率降低了16.4%。

醋酸乙烯-乙烯共聚乳液（VAE）属于非离子型乳胶粉体系的胶黏剂，也具有良好的黏结性能。王复星［51］发现再生骨料经VAE 乳液强化处理后，再生骨料表层孔隙与裂纹处存在团簇状水化产物，再生骨料的结构一定程度上变得密实。

聚合乳液强化效果好，对环境影响小；强化后的再生骨料基本物理性能得到提升，再生骨料变得密实，耐久性得到提高；强化工艺较为简单，容易实施。但其价格同样偏高，因而采用该方法强化再生骨料经济性也不高。

3.2.3 微生物矿化法

微生物矿化沉积过程中，微生物作为结晶核，促进方解石结晶，随着晶体不断生长扩大，经过长时间的积累，晶体可填充周围的有孔介质、黏结形成坚硬的整体。Grabiec 等［52］通过SEM 分析发现，微生物诱导碳酸钙沉淀可有效修复再生骨料表面的裂纹。Al-Salloum 等［53］研究了巴氏芽孢杆菌诱导碳酸钙沉淀的效果，通过SEM 观察发现微生物生成了纤维状物质，水泥石基体强度得到提高。Qiu 等［54］研究了微生物矿化沉积强化再生骨料的影响因素，发现细菌种类、细菌浓度、pH、温度等对微生物矿化沉积有影响，通过合理控制培养及沉淀条件可以提高再生骨料的微生物矿化沉积率。

任立夫等［55］以琼脂为载体将碳酸酐酶微生物和营养液涂刷在水泥石表面，7 d 后发现在水泥石表面生成方解石型碳酸钙膜层。陈怀成等［56］的研究也表明碳酸酐酶微生物可在水泥基材料裂纹处生产碳酸钙。钱春香等［57］将固碳菌与底物配制成自修复剂在水泥基成型阶段加入到基体中，经7 d的标准养护后，预制宽度为0.1～0.2 mm 的裂纹，模拟微生物水泥的自修复效果。试验发现，14 d后掺有微生物的水泥样品裂纹修复率接近100%。采用扫描电子显微镜和能谱仪检测发现裂纹内有文石和方解石型碳酸钙晶体的存在，如图9 所示［57］。这是因为当混凝土结构产生裂纹后，环境中的空气、水进入裂纹，激活休眠的细菌，基体中的微生物通过自身矿化反应产生具有一定黏结强度的碳酸钙。

图9 文石和方解石的SEM 图像Figure 9 SEM images of aragonite and calcite

微生物矿化是一种新型环保的强化方式，将其用于处置再生骨料具有非常理想的强化效果。但该方法需要特定的菌株和营养液，强化工艺复杂，因而成本高；此外，矿化所需时间长，通常养护7 d 后才会有明显的矿化物生成。

3.3 强化方法对比

基于以上对各种强化方法的分析可知，通过合理控制强化条件，砂浆分离与砂浆增强均可有效提升再生骨料的性能，但不同方法在强化效果、经济性、耐久性、环境影响及实施难易度方面的表现存在明显差异。因而对各种再生骨料强化方法进行了对比总结，如表2 所示。

表2 再生骨料强化方法对比Table 2 Comparison of strengthening methods of recycled aggregate

从强化效果方面来看，纳米SiO2溶液浸泡法、硅酸盐溶液浸泡法、CO2碳化法、有机硅树脂溶液处理法、聚合乳液浸泡法以及微生物矿化法强化效果好，强化后的再生骨料孔隙、裂纹得到填充，再生骨料变得密实。此外，磨耗法、酸溶液反应法及胶凝材料裹附法强化效果也不错，强化后的再生骨料性能均得到不同程度提升；从经济性方面来看，酸溶液反应法、胶凝材料裹附法、硅酸盐溶液浸泡法、CO2碳化法都有一定的优势，其中胶凝材料裹附法更为经济，这是因为胶凝材料种类多且易于制备，价格相对便宜；从耐久性方面来看，磨耗法、酸溶液反应法、纳米SiO2溶液浸泡法、硅酸盐溶液浸泡法、CO2碳化法、有机硅树脂溶液处理法、聚合乳液浸泡法以及微生物矿化法表现效果好，此外，胶凝材料裹附法一定程度上也能提高再生骨料耐久性；从环境影响方面来看，酸溶液反应法、胶凝材料裹附法、纳米SiO2溶液浸泡法、硅酸盐溶液浸泡法、CO2碳化法、有机硅树脂溶液处理法、聚合乳液浸泡法、微生物矿化法均属于环境友好型，不会对周围环境造成污染；从实施难易度方面来看，磨耗法、酸溶液反应法、胶凝材料裹附法、纳米SiO2溶液浸泡法、硅酸盐溶液浸泡法、有机硅树脂溶液处理法、聚合乳液浸泡法的强化工艺均较为简便，采用这些方法大规模强化处理再生骨料，实施难度小。

综上，在综合考虑强化效果、经济性、耐久性、环境影响及实施难易度后，对于砂浆分离技术，推荐使用酸溶液反应法；对于砂浆增强技术，推荐使用硅酸盐溶液浸泡法。

4 结论

1）砂浆分离技术和砂浆增强技术是目前建筑垃圾再生骨料强化的两种主要技术手段，通过合理控制强化条件，强化后的再生骨料性能均有不同程度的提高。

2）砂浆分离技术的本质是剥离再生骨料表面附着的水泥砂浆，从而达到降低再生骨料吸水率、压碎值的目的。磨耗法和酸溶液反应法是目前常见的砂浆分离方法。在综合考虑强化效果、经济性、耐久性、环境影响及实施难易度后，推荐使用酸溶液反应法。

3）砂浆增强技术是借助外加剂对再生骨料孔隙进行直接填充或反应填充，修复再生骨料裂纹或在再生骨料表面形成一层憎水性保护膜，以此提高再生骨料的性能。胶凝材料裹附法、纳米SiO2溶液浸泡法、硅酸盐溶液浸泡法、CO2碳化法、有机硅树脂溶液处理法、聚合乳液浸泡法以及微生物矿化法是目前常见的砂浆增强方法。权衡强化效果、经济性、耐久性、环境影响及实施难易度后，推荐使用硅酸盐溶液浸泡法。