废弃混凝土再生利用技术的研究进展

摘要：废弃混凝土再生利用对于保护环境、减少资源与能源浪费以及实现可持续发展具有重要意义。从混凝土再生骨料对混凝土性能的影响、混凝土再生骨料的应用、提高再生混凝土性能的方法3个方面介绍了目前国内外废弃混凝土再生利用技术的研究现状。指出除了进一步加大相关试验及基础理论研究外，国家以及相关机构还应在政策、资金等方面进行支持，并建立废弃混凝土再利用的具体实施标准、规范等，最终实现废弃混凝土“零排放”。
关键词：再生骨料；再生混凝土；回收利用
0引言
水泥工业对环境产生了很大影响，主要体现在以下几个方面：（1）大量的水泥需要消耗大量的自然资源；（2）每生产1t水泥需向空气排放约1t CO2气体，这占到CO2排放量的7％；（3）生产水泥需要消耗大量的水资源；（4）拆毁建筑物以及道路产生了大量的混凝土垃圾带来环境问题。建筑混凝土垃圾再利用是解决上述问题的有效途径，是目前土建和环境领域急需解决的重要问题，也是各国尤其是工业国家研究的热点。美国每年产生的建筑垃圾达到13.6亿t，欧盟前15个国家也达到18亿t。加拿大每年产生的建筑垃圾为1.1亿t，大约42％被再利用，其中混凝土垃圾占52％左右，73％的混凝土垃圾作为填埋材料或路基材料被重新利用。日本，98％的废弃混凝土可实现再利用，再生混凝土被用于路面地基和回填材料，一些甚至被重新用于建筑结构材料。澳大利亚，81％的建筑垃圾为建筑废弃混凝土，再生利用率为40％左右，且大多为一些低档应用。预计我国混凝土垃圾2010年将达到2.39亿t，2020年将达到6.38亿t，以平均每年8％的量增长。
废弃混凝土最有效的利用途径是加工成再生骨料用于生产再生混凝土。混凝土再生骨料表面残留部分水泥浆，这种多孔水泥浆使得混凝土再生骨料具有更低的颗粒密度和更高的孔隙率，性质不稳定且吸水率更高。混凝土再生骨料与水泥浆体界面过渡区结合较弱，混凝土中存在气孔和横断裂纹以及高的硫、氯含量，富含杂质，不同来源的混凝土再生骨料还存在碎玻璃、废橡胶、沥青混凝土、废弃粘土砖以及其它软性易碎颗粒物质等，废弃混凝土利用成本较高且应用领域有限等是限制其被广泛利用的原因。本文介绍了目前国内外废弃混凝土再生利用技术的研究现状。
1混凝土再生骨料对再生混凝土性能的影响
1.1混凝土再生骨料替代传统骨料的比率（下简称“替代量”）
1.B.Topcu研究了质量替代量分别为0％、30％、50％、100％（28天抗压强度为16MPa）时再生混凝土的性能。结果表明，随着混凝土再生骨料替代量的增加，混凝土的密度、工作性、施密特硬度、超声速率以及抗压强度均下降。在混凝土再生骨料利用之前，需对混凝土再生骨料的相关性质进行测试，当混凝土再生骨料用于制造高强混凝土时，其吸附性能以及强度是需重点考虑的因素。当混凝土再生骨料应用于暴露处时，磨耗量也是需要考虑的因素。混凝土再生骨料利用前还需对其中的杂质材料进行清理。Iblker Bekir Topcu研究了混凝土再生骨料质量替代量为30％、50％、70％以及100％时混凝土的物理化学性质及冻融性。结果表明，C14混凝土再生骨料替代量少于30％时，可得到28天抗压强度为16MPa的混凝土。混凝土再生骨料使混凝土单位质量、可使用性以及耐久性降低的同时抗冻融性得到提高。A. Domingo-Cabo等考察了再生混凝土的收缩和徐变行为，研究表明再生混凝土在28天后收缩增加，混凝土再生骨料替代量为20％时与传统混凝土在早期具有相似的收缩。6个月龄期后，再生混凝土收缩率较传统混凝土高4％。当混凝土再生骨料替代量为50％时，6个月龄期后再生混凝土收缩率较传统混凝土高12％；当替代量为100％时，180天龄期后混凝土的收缩和徐变分别较传统混凝土高70％和51％；当替代量低于50％时，其收缩趋势与传统混凝土相似。
1.2混凝土再生细骨料对再生混凝土性能的影响
添加混凝土再生粗骨料制备的混凝土与传统混凝土的力学性能相当甚至更高，因此混凝土再生粗骨料已被应用于制备新混凝土和路面地基材料等领域中；而混凝土再生细骨料由于吸水性强，对混凝土力学性能和耐久性不利，限制了其应用。Shui等将混凝土再生细骨料热处理后作为建筑砂浆主要成分，通过TG-DSC和XRD研究混凝土再生细骨料脱水和相转变温度。对热处理后混凝土再生细骨料的力学性能、微结构和化学组成进行分析，结果表明，其具有再水化活性。添加粉煤灰和水泥后，混凝土再生细骨料再水化强度增加。Weerachart Tangchirapat等采用100％再生粗骨料，0％、5％、100％再生细骨料代替河砂，添加谷壳和桉树皮灰作为火山灰活性材料制备混凝土。结果表明，该再生混凝土强度低于传统混凝土，添加谷壳和按树皮灰提高了再生混凝土的强度，但其相对传统混凝土坍落度损失增大。谷壳和桉树皮灰未改变再生混凝土的拉裂强度极限，其平均拉裂强度极限为抗压强度的8.15％，稍低于传统混凝土。再生混凝土的弹性模量低于传统混凝土，较美国标准ACI318低4％。L. Evangelista等采用部分混凝土再生细骨料替代河砂等细骨料用于结构混凝土中，通过考察再生混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量以及抗磨损性等，认为混凝土再生细骨料掺量在30％以下时对混凝土的力学性能没有危害。