RAC在西藏高原环境下的可行性分析

摘要：文章论述了西藏高原地区发展RAC的必要性，从技术层面论证了RAC抗冻性能和抗碳化性能及在西藏高原环境下的应用可行性，结合价值工程论证了RAC在西藏高原环境下的经济合理性。

[基金项目]西藏民族大学科研项目（项目编号：19MDQ04）

[作者简介]张晓（1990—），男，硕士，讲师，研究方向为混凝土结构设计与加固。

贯彻新发展理念，着眼西藏建筑行业，根据西藏自治区住房和城乡建设厅发布[1]，对于建筑材料要求规定：“严禁采用高能耗、污染超标及国家和地方限制使用或淘汰的材料”，“提高材料的使用效率”，“优先采用获得绿色标识的绿色材料及制品”。再生混凝土（RAC）作为一种绿色建材，可以有效解决大量建筑垃圾填埋占用土地资源、降低土壤质量、破坏市容市貌等问题。高原环境下RAC的应用从一定意义上不仅可以加快区域经济建设，而且对于区域建筑行业的发展也是一个新的契机。

1 高原发展RAC的必要性

如表1所示，对比了西藏地区2016—2019年水泥钢筋消耗量、年钢筋消耗量和木材消耗量，西藏地区逐渐从木结构、土石结构、木石结构开始向钢筋混凝土结构转化。特别是县城以上人口较为密集的地方，主要结构形式为钢筋混凝土框架结构。钢筋混凝土结构增加的同时暴露出混凝土材料的缺口也在增大。区内混凝土主要材料多半以上要靠区外运输，据调查，区内石材70 %～80 %从区外运输，年水泥消耗量远大于生产量，每年缺口逐渐增大，供求矛盾日益突出。

近年来，随着建设量的增大建筑垃圾也有所增加。从2016—2019年以来，西藏自治区房屋建筑竣工量大致呈增加趋势，同比增长20.1 %～49.6 %不等。4年竣工量累计721.86×104 m2，按照每1×104 m2建筑建设期产生550 t建筑垃圾来进行计算，因新建建筑产生建筑垃圾就有39.71×104 t，按照1/3的拆除新建比率和每万平建筑拆除所产生7 000 t建筑垃圾来计算，因废旧建筑物拆除产生的垃圾将近166.1×104 t，4年总建筑垃圾产量可达205.81×104 t。与此同时，建筑垃圾破碎再利用技術在西藏已有雏形。拉萨市建筑与装潢垃圾资源化处理中心在2020年7月已投入使用，预计年处理30×104 t建筑垃圾，实现98 %的建筑垃圾高效利用率。因此，再生混凝土在西藏地区的发展不仅能够解决区内混凝土缺口问题，同时能够提升高原建筑垃圾循环利用率，促进高原建筑行业绿色可持续发展。

2 技术层面可行性

在力学性能方面，当按照规定的再生粗骨料类别要求和取代率配置RAC，其标准立方体试块抗压和抗拉强度标准值与普通混凝土可以达到一致，弹性模量相对略小[2]，但相差不大。西藏地处高原环境，特别是阿里、那曲等地区海拔均在4 500 m以上，常年大风，气温较低，冬季气温可能在-30～-40℃，RAC能否在西藏很好利用，其抗冻性和抗碳化性显得尤为重要。

普通情况下，由于拆除建筑垃圾主要组分是混凝土、砂浆和砖块，这些材料与天然骨料的母岩相比，通常内部孔隙要大得多，使得RAC的抗冻性随着再生粗骨料取代率的增加而变差，但掺入相应添加剂后，RAC的抗冻性能却可以比及普通混凝土。研究表明：当再生粗骨料取代率小于50 %时循环冻融下抗冻性降低程度不是很明显[3];当在再生粗骨料取代率为50 %的RAC中掺加引气剂，抗冻性能可以等同于普通混凝土[4]。模拟高原环境下实际施工中的低温养护环境，将加入YJ-4型防冻剂（掺量为水泥用量的1 %，由北京纽维勋公司生产）的RAC在（-10±1） ℃下进行养护28天龄期后，对比同样养护条件下的普通混凝土，研究表明：YJ-4型防冻剂可以提高冻融试验后的抗压强度10 %～20 %[5]。同时，再生骨料的种类对混凝土的抗冻性能也会产生影响。试验表明，采用50 %的GB/T 25177-2010《混凝土用再生骨料》中规定的Ⅰ类骨料配置的RAC，抗冻性能优于普通混凝土，300次冻融循环下，质量损失率小于5 %。同样，RAC的抗碳化性能与普通混凝土具有略微的差距，但当选用颗粒级配良好的再生粗骨料，掺入粉煤灰、矿渣微粉（掺量为50 %）的细骨料，控制再生粗骨料取代率在30 %以内，RAC的抗碳化性与普通混凝土基本相同[6]。另外，高效减水剂和废弃纤维的掺入也可以增加RAC的抗碳化性，且纤维长度越长，增强效果越明显[7]。

因此，RAC在进行生产的过程中，满足几点将有利于其在高原上发展：①通过工厂破碎后筛分控制再生骨料的品质为Ⅱ类及以上;②增加防冻剂或引气剂等措施，根据种类不同，掺量控制为为1 %～5 %;③严格控制再生混凝土工程施工季节气温环境，保证施工温度处于5 ℃之上;④控制再生骨料取代率在30 %以内。

3 价值工程分析

就材料成本分析，经研究：C40及以下RAC比对应普通混凝土从材料成本上节约了8.03 %～16.80 %，结合市场上RAC和普通混凝土售价分析，RAC利润率最高可以达到55.39 %[9-10]。结合西藏2020年造价信息，以拉萨为例，对比每1 m2 C30普通混凝土和掺有防冻剂RAC的材料成本如表2所示。其中再生骨料取代率为30 %，防冻剂掺量为水泥量的1 %。通过表格可以看出，在普通混凝土直接材料费用为498.85 元/m3，RAC直接材料费用为474.01 元/m3，考虑到普通混凝土到建筑垃圾场存在储存费用，按照每8元/m3增加成本，普通混凝土直接材料费用为506.85元/m3，RAC节约材料成本6.78 %。

综合混凝土的环保性能，利用价值工程分析对比如上RAC（再生骨料取代率为30%）和普通混凝土，结合西藏高原环境实际使用过程中的情况给出个功能要求，并利用环比评分法（DARE法）确定出功能权重，根据文献[11-14]对RAC和普通混凝土力学性能、耐久性能研究结果进行打分评价，最终结果如表3所示。

综合表2数据，根据式（1）～式（3）得出再生混凝土和普通混凝土功能系数、成本系数和价值系数如表4所示。

式中：F为功能系数，A为加权得分，i=1，为普通混凝土，i=2，为再生混凝土。

式中：C为成本系数，B为总成本，i=1，为普通混凝土，i=2，为再生混凝土。

V=F/C（3）

V为价值系数。

由此可见，从价值工程层面再生混凝土优于普通混凝土，再生混凝土在西藏高原环境下发展具有一定的经济效益。

4 结束语

RAC再生混凝土作为一种绿色建材可以填补西藏高原地区石材缺口，提高高原建筑垃圾的循环利用率。当RAC采用再生骨料的品质为Ⅱ类及以上，且取代率在30 %以内时，通过增加防冻剂或引气剂等措施，确保施工温度处于0 ℃之上可以使得RAC在高原上得以应用。同时，区内RAC从价值工程层面由于普通混凝土，以其良好的经济性和性价比可以为高原建筑业的良好快速发展提供有利条件。

参考文献

[1] 西藏自治區住房和城乡建设厅. 西藏自治区绿色建筑评价标准： DBJ540002-2018[S].

[2] 上海市建设和交通委员会. 再生混凝土应用技术标准： DG/TJ08-2018-2007 [S]. 上海： 同济大学出版社， 2007.

[3] 高翔.骨料添加对再生混凝土抗冻性能的影响[J].粉煤灰综合利用，2019（2）：39-41+45.

[4] 高晓悦.引起再生混凝土路用抗冻耐久性研究[D].西安：西安工业大学，2020.6.

[5] 覃银辉，邓寿昌，张学兵.再生混凝土与普通混凝土抗冻性能的比较[J].混凝土，2007（7）：34-36.

[6] 黄辰玉.大掺量矿物掺合料再生混凝土力学性能和抗碳化性能的试验研究[J].福州建设科技，2020.（2），31-34.

[7] 陆佳韦.废弃纤维再生混凝土的碳化性能研究[D].沈阳：沈阳科技大学，2019.

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[13] 赵海烨等.再生混凝土力学性能综述[J].建筑安全，2021（5）：49-52.

[14] 冀彩云.基于价值工程的再生保温混凝土经济分析[J].土木工程与管理学报，2021（1）：79-85.