废弃混凝土再生骨料的技术研究
第1章 绪论
1.1引言
近年来，随着城市建设的发展，城市住宅的更新和市政动迁规模不断加大，大量混凝土旧建筑物和构筑物被拆除，从而产生了大量的废弃混凝土。按照目前最新的统计结果，我国每年由于废旧建筑物拆除产生的废弃混凝土已达1~2亿吨。除此之外，废弃混凝土的来源还有其他很多。各种自然灾害，如地震、雪崩、洪水和人为因素诸如战争以及结构破坏等也会产生大量的废弃混凝土，例如2008年5月12日四川汉川地震，震毁了无数抗震性能不佳的建筑物。据初步统计，由于地震产生的建筑垃圾为5亿吨左右，若按照垃圾总量的40%计算，产生的废弃混凝土为2亿吨，数量非常巨大。另外，质量不合格的混凝土预制构件以及试验室破坏的混凝土试块也构成了一部分废弃混凝土的来源。对于安徽省，虽然尚未有确切的废弃混凝土统计数据，但是根据近几年的经济发展以及城市更新情况估算，安徽省废弃混凝土数量是比较巨大的，而且随着经济的发展有逐年增加的趋势。
目前废弃混凝土的处理方式主要有两种:一是作为回填材料简单使用;二是运往郊外简单堆放。前者从一定程度上说尚未对这些资源进行合理利用，后者则不但占用了大量农田，甚至会造成新的环境污染。当前，随着环境保护与可持续发展战略的深入，人们迫切要求对这些废弃混凝土进行有效、合理的加以处理。
对大量废弃混凝土进行循环再生利用，是解决废弃混凝土问题最有效的措施。将废弃混凝土破碎加工形成的再生粗、细骨料，部分或全部代替天然骨料配制新的混凝土或者用于生产新型墙体材料(如空心砌块等)，可以实现对废弃混凝土的高效回收，利用其部分原有性能，形成新的建材产品，从而不但使有限的资源得以再生利用，而且解决了部分环保问题，符合国家构建节约型社会的需要，对于实现建筑资源环境可持续发展具有重要意义。
未来,混凝土仍然是使用量最大的建筑材料,世界人口的急剧增长以及建筑业、工业、交通运输业的迅速发展,使得资源过度消耗,环境日益恶化,混凝土原材料出现了前所未有的危机。尤其在我国情况更加严重,自然资源（砂石）的乱采滥用长期存在,据
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统计每年由此造成的经济损失达数百亿元；而且建筑垃圾严重破坏了生态环境,严重影响了我国的可持续发展战略。
如何处理越来越多的建筑垃圾成为我国乃至世界各国政府越来越棘手的问题。如果将建筑垃圾进行掩埋，不仅浪费土地资源，而且会严重破坏环境。现在提倡建设资源节约型、环境友好型社会，坚持科学发展观，坚持可持续发展，建设和谐社会，其中就包括人与自然的和谐。因此，将废物再利用，利用建筑垃圾再生混凝土就是解决这个问题的一个很好的途径。
1.2再生混凝土技术国内外研究现状
再生骨料混凝土[1](Recycled Aggregate Concrete，RAC)简称再生混凝土(Recycled Concrete)，它是指将废弃混凝土块经过破碎、清洗与分级后，按一定的比例与级配混合形成再生混凝土骨料(Recycled Concrete Aggregate，RCA)简称再生骨料((Recycled Aggregate);部分或全部代替砂石等天然骨料(主要是粗骨料)配制而成新的混凝土。相对于再生混凝土而言，用来生产再生骨料的原始混凝土称为原生混凝土(original Concrete)，用于同再生混凝土进行对比且配合比相同的普通混凝土称为基体混凝土。 1.2.1国内再生混凝土技术研究现状
目前，国内对于再生混凝土的研究虽然处于起步阶段，但发展速度较快。国内数十家大学和研究机构开展了大量的研究工作，涉及范围广泛。对再生混凝土的研究,大多侧重于抗压性能和弹性模量。再生骨料来源不同，组成成分、性能、碳化程度、配合比、养护条件、试验条件和试验方法各异,导致再生混凝土抗压强度试验数据离散性较大。李俊、尹健等[2]采用三因素、三水平的正交试验设计方法，探讨了水胶比、再生骨料掺量、超细粉煤灰掺量等试验因素对再生混凝土强度的影响规律和机理,采用多元回归分析方法,建立了再生混凝土强度与水胶比、再生骨料掺量、超细粉煤灰掺量的经验公式。结果表明:水胶比是影响再生混凝土强度的最主要因素,也是最显著因素；与同强度等级的高强混凝土相比，掺粉煤灰再生混凝土的拉压比较大,抗裂能力好；再生混凝土抗折强度与胶水比、再生骨料掺量以及超细粉煤灰掺量之间线性关系良好。
陈兵[3]研究表明，与天然骨料混凝土相比，部分再生骨料混凝土后期抗压强度较
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高。全部使用再生骨料的混凝土抗压强度比天然骨料混凝土下降约8%。掺加微细硅粉与高效减水剂后，再生骨料混凝土抗压强度及劈裂抗拉强度显著提高。肖建庄[4]对再生混凝土棱柱体试件进行单轴直接拉伸试验，结果表明与普通混凝土相比，再生混凝土峰值拉应变较大，弹性模量较低。随再生粗骨料取代率的增加，再生混凝土抗拉强度逐渐减小,弹性模量逐渐降低。再生粗骨料取代率为100%时,与普通混凝土相比，其抗拉强度减小31%，原点切线模量降低29%。相同应力水平下,再生混凝土变形较大。夏琴[5]对再生混凝土与普通混凝土的单轴受压性能进行了对比试验，发现：在相同配合比条件下,再生混凝土弹性模量比普通混凝土降低8%～15%；再生混凝土的破坏形态与普通混凝土类似,其单轴受压的应力应变曲线上升段形状与普通混凝土相似；再生混凝土单轴受压峰值应变比普通混凝土高约10%。 邓旭华
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通过试验建立了再生混凝土配制强度公式
fcu,i=0.37fce(C/W+0.0071)。石建光[7]在水灰比0.55和水泥、细骨料、粗骨料的配合比为1∶2∶2.75时,测试了不同粗骨料级配情况下的再生混凝土工作性能和抗压强度,结果表明：γ（包裹骨料需要的水泥浆体积与混凝土中水泥浆总体积的比值）大于0.085时,混凝土工作性能较差,抗压强度低；γ小于0.085时,混凝土工作性能较好,抗压强度高。采用再生骨料自然级配制备的混凝土尽管γ值较小,但工作性能差,抗压强度低。再生骨料取代率分别为50%、60%、100%时,调整粒径范围9.5~26.5 mm的骨料,使其级配接近,再生混凝土强度高于天然骨料的混凝土强度。孙成城[8]通过试验发现相同配合比条件下，再生粗骨料二次搅拌工艺拌制的混凝土强度比一次搅拌工艺拌制的混凝土高约12%。邓旭华[9]结合超声和回弹的测试方法,探讨了水灰比对再生混凝土抗压强度的影响，结果表明：当水灰比大于0.57时,再生混凝土的抗压强度随着水灰比的增大而减小；当水灰比小于0.57时,再生混凝土的抗压强度随着水灰比的增大而增大。基准混凝土和再生混凝土超声声速和回弹值随水灰比的变化规律与其实际抗压强度值的变化规律基本一致。王军强[10]发现随着再生骨料取代率的提高,再生混凝土的7d和28d抗压强度总体呈下降趋势；再生骨料取代率为100%时,与普通混凝土相比，再生混凝土28d抗压强度下降约5%。再生混凝土的相对动弹性模量低于普通混凝土。
沈大钦[11]选用了水胶比为026、0.40和0.60的三种原生混凝土加工成的再生粗骨料。通过测定这三种再生粗骨料的级配、组成、表观密度、吸水率、压碎指标、坚固性，对比试验结果，得出了再生粗骨料与天然粗骨料基本物理、力学、耐久性能的差
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异，为制定再生粗骨料质量的评定标准提供了参考。
李佳彬[12]等人通过掺入30%、50%、70%、100%的再生骨料制备再生混凝土并分别设计了不考虑和考虑再生骨料吸水特性的配合比。以此测定再生混凝土的抗压强度等一系列参数。结果表明：当再生粗骨料取代率分别为30％，70％和100％时，无论是否考虑再生粗骨料的吸水特性，再生混凝土的强度均低于普通混凝土，且再生粗骨料取代率越大，混凝土的强度降低越多；未考虑再生粗骨料的吸水特性时，再生混凝土的强度降低17％～21％；考虑再生粗骨料的吸水特性时，再生混凝土的强度降低21％～43％，但其降低程度随水灰比的增大而减小。 1.2.2国外再生混凝土技术研究现状
再生混凝土技术的应用始于二次大战期间，战争导致了大量废弃物的产生，许多欧洲国家在战后面临着严重的废弃物处理问题。二战结束之后，世界上一些发达国家如苏联、德国、日本等国，就开始了废弃混凝土回收再利用的研究，并已召开过三次废弃混凝土再生利用专题方面的国际会议，提出混凝土必须绿色化。在加拿大Ottawa举行的“水泥和混凝土工业可持续发展国际会议”将“利用回收的混凝土作为骨料或其它再生结构材料”这一技术列为交流专题之一。2001年，可持续发展研究机构（SRL）为再生骨料提供了环保标准(eco-label)。废弃混凝土的利用已成为发达国家共同研究的课题。有些国家还采用立法形式来保证该研究和应用的发展。自20世纪9年代以来，发达国家在再生混凝土方面的开发利用发展很快[13]。
据统计，美国现在已有超过20个州在公路建设中采用再生混凝土，有15个州制定了相关规范。美国政府制定的《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。”美国不但鼓励再生混凝土的利用而且还对再生混凝土的性能做了系统性的实验和研究。如根据米歇根州的两条用再生混凝土铺筑的公路进行了再生混凝土干缩性能的实验研究，实验表明再生混凝土的干缩率大于天然骨料混凝土。美国的公司采用微波技术，可100%的回收利用再生旧沥青混凝土路面料，其质量与新拌沥青混凝土路面相同，而成本降低了1/3，同时节约了垃圾清运和处理量等费用，大大减轻了城市的环境污染[13] 。
荷兰是最早开展再生混凝土研究和应用的国家之一。在20世纪80年代,荷兰就制定了有关利用再生混凝土骨料制备素混凝土、钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土的规
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