废弃混凝土回收利用现状及性能分析

摘要：将废弃混凝土破碎后代替传统矿料作为新拌混凝土的骨料，既能很好地解决废弃混凝土造成的环境污染问题，又节约了矿山资源，并能在一定程度上降低工程成本。由于废弃混凝土各方面的性质不同于天然骨料，因此必须根据废弃混凝土的特点，对再生混凝土的配合比设计进行专门的研究。

1   研究背景
    随着经济的发展和社会的进步，越来越多的混凝土结构建筑因达到使用年限或不能满足应用需求而被拆除，由此产生了大量的废弃混凝土。据统计，我国每年因拆除建筑产生的固体废弃物在2亿吨以上，其中绝大多数是废弃混凝土然而，对于这些废旧混凝土的有效处理方法却不多，传统的处理方法主要是运往郊外露天堆放或填埋，这种方法会带来高昂的处理费用并引发一系列环境问题。一方面，目前全世界混凝土的年生产量约为28x108m3，中国混凝土的年产量占世界总量的45％，废弃混凝土带来的环境污染问题越来越严重；另一方面，生产混凝土需要大量的矿料，矿山资源作为一种不可再生资源，需要加以保护。将废弃混凝土破碎后代替传统矿料作为新拌混凝土的骨料，将是解决这两方面问题的最优方案。

2  废弃混凝土回收利用的方式
    废弃混凝土最常用的回收方式是将废弃混凝土块破碎、筛分、分级并按一定的比例混合后，作为新拌混凝土的骨料，称为再生骨料（Recycled Aggregate），而使用再生骨料配制的混凝土，称为再生骨料混凝土（Recycled Aggregate Concrete），简称为再生混凝土（Recycled Concrete）。
    再生混凝土按骨料的组合形式可以有以下几种：骨料全部为再生骨料；粗骨料为再生骨料，细骨料为天然砂；粗骨料为天然碎石或卵石，细骨料为再生骨料；再生骨料替代部分粗骨料或细骨料。

3  废弃混凝土再生配合比设计
     废弃混凝土的各方面性质不同于天然骨料，试验研究表明，当再生混凝土设计强度为C20时，以普通混凝土配合比设计方法配制的再生混凝土的强度高于基准混凝土，但工作性能降低。在配合比设计中，水灰比与强度之间的关系有着重要意义：在水泥强度等级相同的情况下，水灰比愈小，水泥石的强度愈高，与骨料粘结力愈大，混凝土强度也愈高。但是，如果水灰比过小，拌和物过于干稠，在一定的施工振捣条件下，混凝土不能被振捣密实，出现较多的蜂窝、孔洞，将导致混凝土强度严重下降。水灰比与混凝土强度的关系参见图1。废弃混凝土的性能参数参见表1。

图1水灰比与混凝土强度关系曲线
表1废弃混凝土的性能参数

3.1主要参数
    混凝土配合比设计涉及的主要参数有：
a）水灰比
    水灰比为混凝土中用水量与胶凝材料的比值，是影响混凝土强度及耐久性最为重要的因素，水灰比较小时，混凝土的强度、密实性及耐久性较高，但耗用水泥较多，混凝土发热量也较大；水灰比较大时，混凝土强度低，会影响混凝土拌和物的和易性及保水性等；
b）用水量
    用水量是决定混凝土拌和物流动性的基本因素，混凝土单位用水量应根据施工要求的混凝土拌和物流动性、骨料的级配以及最大粒径、水泥用量、使用外加剂情况等条件确定；
c）砂率
    砂率是指混凝土中的砂与砂石总量的质量比，合理的砂率应根据拌和物的坍落度、粘聚性和保水性等特征来确定，在保证拌和物不离析，又能很好地浇灌、捣实的条件下，应尽量选用较小的砂率，以节约水泥。
    基于以上要求，为能够比较全面地反映出再生混凝土的强度变化规律以及材料组成对再生混凝土的影响，本试验采用如表2所示的配合比方案。

表2再生混凝土的原材料用量

    其中，砂率保持36.3％不变，胶凝材料中水泥、粉煤灰分别按0、30％、60％、100％掺量掺入，粗骨料中再生骨料按0、30％、60％、100％掺量掺入。初步设计所需完成的试验为16组。

3.2基于正交试验的再生混凝土试验设计
    正交试验设计的思路是先确定试验的因素及其水平，以此为依据选取合适的正交表。
本试验有水灰比、再生骨料掺量、粉煤灰掺量3个因素，各因素均有4个变化值，即4个水平，选取L16（45）正交表，如表3所示。试验结果见表4。 
3.3试验结论
    通过本次试验，可得如下结论：
    a）用废弃混凝土代替不同比例碎石配制出的混凝土均能达到设计性能要求；b）随着废弃混凝土掺量的增加，混凝土坍落度会降低；c）当废弃混凝土掺量为50％时，所得到的再生混凝土强度达到了最高值。

表3正交试验表

表4不同掺量废混凝土的坍落度及抗压强度值

4  结语
    再生混凝土技术能够从根本上解决废弃混凝土的处理问题，既能减轻废弃混凝土对环境的污染，又能节省天然骨料资源，缓解骨料供求矛盾，减少自然资源和能源的消耗，具有显著的社会、经济和环境效益，符合可持续发展的要求，是发展绿色混凝土的主要途径之一。
    再生混凝土与普通混凝土在原材料、配合比以及施工工艺等方面存在较大的差别，现行普通混凝土的标准、规程等不适合再生混凝土；另一方面，由于水泥、骨料与国外使用的水泥、骨料在成分和性能上差别较大，因而不能直接使用国外的有关标准。建议结合再生骨料的分级标准，制定出适合国内情况的再生混凝土的有关标准和规程。
参考文献
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作者：刘文娜 张磊