废弃混凝土再生利用的研究进展

[摘要]废弃混凝土再生利用技术是发展绿色混凝土，实现建筑、资源、环境可持续发展的必然要求和主流趋势，是推动建筑垃圾资源化进程的有效途径。结合我国资源紧缺及环境污染严重的现状，从生态效益、经济效益、社会效益方面分析了废弃混凝土再生利用的必要性及可行性。通过查阅和研究大量文献，对国内外再生混凝土的研究动态与应用情况进行了深入剖析和对比，综述了再生混凝土基本力学性能、耐久性能及变形性能，对废弃混凝土再生利用技术前景进行了展望。
[关键词]废弃混凝土；再生骨料；再生混凝土；力学性能；耐久性；变形性能
0前言
随着我国城市化进程的加快和城市建设规模的扩大，建筑业迎来了一个新的快速发展期，每年产生大量的建筑垃圾，其中废弃混凝土约占建筑垃圾总量的30％～40％。2004年，全国建筑垃圾排放总量60亿吨，其中废弃混凝土约18～24亿吨。废弃混凝土(Waste Concrete，WC)是指旧建(构)筑物拆除、市政工程动迁、路面返修、重大基础设施改造、工程施工等过程中产生的废混凝土块及商品混凝土厂和预制构件厂产生的不合格混凝土。废弃混凝土通常采用露天堆放或填埋方式处理，故需要占用大面积的耕地，处理费用与运费较高。废弃混凝土清运和堆放过程中易造成粉尘、灰砂飞扬，严重污染大气，形成二次污染。另外，混凝土生产需要耗费大量砂石骨料，随着对天然砂石的不断开采，天然骨料资源渐趋枯竭，生态环境日益恶化。废弃混凝土循环再生利用可解决其导致的资源、能源、环境及相关社会问题，缓解骨料供求矛盾，具有显著的社会效益、经济效益和环境效益，是环境保护与可持续发展战略的迫切需求。
1再生混凝土的相关概念
再生骨料混凝土[1](Recycled Aggregate Concrete，RAC)是指利用废弃混凝土破碎加工而成的再生骨料，部分或全部代替天然骨料配制而成的新混凝土，简称再生混凝土(Recycled Concrete，RC)。再生骨料(Recycled Aggregate，RA)是指废弃混凝土经特定处理、破碎、分级并按一定的比例混合后，形成的以满足不同使用要求的粒径在40mm以下的骨料。其中粒径在0.5～5mm的骨料为再生细骨料(Recycled Fine Aggregate，RFA)，粒径在5～40mm的骨料为再生粗骨料(Recycled Coarse Aggregate，RCA)。RCA[2]一般为表面包裹着部分水泥砂浆的石子，小部分是与砂浆完全脱离的石子，还有极少一部分为水泥石颗粒，RFA主要由砂浆体破碎后形成的表面附着水泥浆的砂粒、表面无水泥浆的砂粒、水泥石颗粒及少量破碎石块所组成。
2废弃混凝土再生利用在各国立法状况
废弃混凝土再生利用已受到许多国家的重视，有些国家采用立法形式来保证此项研究和应用的发展。澳大利亚联邦科学与产业研究组织(CSIRO)[3]于1998年颁布了《再生混凝土骨料配制非结构混凝土指南》，2002年颁布了《再生混凝土与砌筑材料使用指南》，推动了再生混凝土骨料的应用。日本早在上世纪七十年代初就已尝试利用废弃混凝土作为再生骨料配制再生混凝土，废弃混凝土再生利用工厂相继在各地建立，制定了多项法规以保证再生混凝土发展，为废弃混凝土资源化利用提供了法律和制度的保障。1977[4]年日本颁布《再生骨料和再生混凝土使用规范》，1991年颁布《资源重新利用促进法》，规定建筑施工过程中产生的渣土、混凝土块、沥青混凝土块、木材、金属等建筑垃圾，必须经“再资源化设施”进行处理。
2000年颁布《建筑材料再循环法》，规定将C1、C2、C3三种类型的再生粗骨料及F1、F2两种类型的再生细骨料应用于非结构构件。2001年颁布《推进形成循环型社会基本法》、《促进废弃物处理指定设施配备》和《资源有效利用促进法》。德国[5]制定了《在混凝土中采用再生骨料的应用指南》，要求采用再生骨料的混凝土必须完全符合天然骨料混凝土的国家标准。美国政府颁布《超级基金法》，规定：“任何生产有工业废弃物的企业，必须自行妥善处理，不得擅自随意倾倒。”
3再生混凝土的研究及应用进展
3.1废弃混凝土破碎与再生骨料加工工艺
废弃混凝土块的回收、破碎和再生骨料生产工艺是废弃混凝土再生利用的前提。废弃混凝土经破碎加工后，骨料表面粗糙度加大，棱角效应增加，骨料表面包裹着相当数量水泥砂浆，混凝土块解体过程中的损伤积累导致再生骨料内部形成大量微裂纹。上述因素使得再生骨料与天然骨料相比，压碎指标及孔隙率较高，密度较小，吸水性强，粘结力弱，骨料强度较低[6]，所以再生骨料主要用来配制中低强度的混凝土，道路建设中用于路基、路面、路面砖、马牙砖等工程，建筑工程中用于基础垫层、底板、填充墙、非结构构件等部位。再生骨料的加工方法是将各种破碎设备、传送机械、筛分设备、清除杂质设备一体化，经破碎、筛分、去除杂质等工序，获得符合质量要求的再生骨料。日本[3]采用加热碾磨法、螺旋粉碎法、机械粉碎法、重力浮选法等先进工艺改善了再生骨料的品质，其性能与天然骨料相当，可用以配制高强度混凝土。加热碾磨法是指将废弃混凝土加热至约300℃，包裹于再生骨料表面硬化的旧水泥浆逐渐软化，然后通过碾磨工序将其与废弃混凝土分离，获得清洁的原生骨料。螺旋粉碎法是指利用螺杆轴去除再生骨料表面的水泥浆。机械粉碎法的主要装置是以钢球为媒介物、内部设有隔板的转筒。它在转动时，钢球沿水平、竖直方向移动，混凝土块在转筒内旋转，相互碰撞、摩擦、碾磨，利用隔板去除附着于骨料表面的水泥浆和砂浆。重力浮选法是指当采用颚式粉碎机、冲击破碎机、改进式棒磨机对废弃混凝土进行处理后，粒径大于8mm的骨料被分为再生粗骨料与砂浆颗粒，粒径小于8mm的骨料被分为5mm及5~8mm的再生细骨料。然后采用湿式重力浮选机进行分选，砂浆颗粒、木材等轻物质位于上面，骨料等重物质在下面。