再生混凝土应用现状研究分析

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　　 摘要： 本文综述了再生混凝土在国外以及国内的及研究现状，包括在政策上、标准规范上经验；概述了再生混凝土的应用现状及前景，包括国内外的一些研究成果的市场化；最后对再生混凝土的进一步应用和研究提出了一些合理建议。
　　 关键词：再生混凝土 研究 应用
　　 中图分类号：TU 528文献标识码：A 文章编号：
　　引 言
　　 全世界混凝土年使用量约为70亿t，我国的混凝土用量则居全球之冠。20世纪50年代前的混凝土工程几乎都超过了使用年限，大量拆除废弃混凝土的堆积，造成占用耕地、污染环境及耗资运输等问题。把废弃混凝土块经过破碎、分级并按一定的比例混合后形成的骨料称为再生骨料，而把利用再生骨料作为部分或全部骨料配制的混凝土，称为再生混凝土[1]。在当代土木建筑工程建设中，混凝土几乎成为不可缺少的材料，其应用范围之广是其他材料所不及的，近年来，随着国民经济持续快速地发展，大量旧建筑物被拆除，在所有的建筑垃圾中，废弃混凝土的量是最大的，约占1/3。随着我国经济建设步伐的进一步加快，今后废弃混凝土块仍有增多的趋势。传统的建筑垃圾处理方法主要是运往郊外堆放或填埋，不仅占用了大量的土地，而且还污染了环境。废弃混凝土的巨大处理费用和由此引发的环境问题已十分突出，成为城市的一大公害[2]。如果能将这些废弃混凝土回收利用，生产再生混凝土用到新的建筑物上，不仅能节省天然资源，缓解混凝土资源压力，还能解决废弃混凝土对环境的污染问题，是可持续发展战略的一个重要组成部分。因此，再生混凝土已经成为许多国家争相研究的一个课题[3]。
　　1 混凝土研究现状
　　 早在第二次世界大战之后，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，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。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。自20世纪90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。我国对再生废料的研究较晚，现在也已经成为混凝土研究领域中的一个热点[2]。
　　国外研究现状
　　 日本由于国土面积小，资源相对匮乏，因此日本将建筑垃圾视为“建筑副产品”，十分重视废弃混凝土作为可再生资源而重新开发利用。早在1977年日本政府就制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》，并相继在各地建立了以处理混凝土废弃物为主的再生加工厂，生产再生骨料和再生混凝土，还制定了多项法规来保证再生混凝土的发展[2]。日本建设省在1992年提出了“控制建筑副产品排放和建筑副产品在利用技术开发”的5年计划并于1996年10月制订了“再生资源法”，旨在推动建筑副产品的再利用，为建筑垃圾的资源化利用提供法律和制度的保障。2000年，日本混凝土块的排放量为3500万吨，其中96%进行了再循环，然而大部分设施是中间处理设施，产品限于作路基材料使用。2002年，日本的清水建设公司与东京电力公司研制出用废弃混凝土，经粉碎、加热、摩擦等加工处理，再生为高品质的填料。这种再生的混凝土填料，在质量上与天然填料有同样的功能，可用于楼房混凝土结构物使用[3]。此外，日本还对再生混凝土的吸水性、强度、配合比、收缩、耐冻性等进行了系统的研究[5]。
　　 美国政府1980年制定《超级基金法》给再生混凝土的发展提供了法律保障。1986年和2002年，美国国会通过了该法两个重要的修正案。该法规定：“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]。” 据美国建筑材料再生利用委员会数据统计，2005年美国的混凝土和其他建筑废料的量为3.25亿吨，而其中1.4亿吨混凝土得到了再生利用[2]。美国除鼓励应用再生混凝土外，还对其性能进行了研究。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量等费用，大大减轻了城市的环境污染[2, 5]。
　　 德国是世界上最早推行环境标志制度的国家。德国的每个地区都有大型建筑废物再加工综合厂，仅在柏林就有20多个。德国的废弃混凝土再生工艺流程主要由一个二档等级的破碎机组成，分为前破碎机和后破碎机，还必须装置两个颚式破碎机[3]。上个世纪90年代以来德国在废弃混凝土回收利用方面做了大量工作，主要体现在以下几个方面：1994年，德国第一所利用再生混凝土建造的办公楼诞生。1996年，德国科技部在1996年至1999年资助群体联合科研项目支持下，相继建成几座样板建筑物。1998年，德国钢筋混凝土委员会颁布《再生混凝土骨料应用指南》。2001年，与欧洲规范接轨的德国钢筋混凝土设计规范DIN1045颁布。2002年，德国标准委员会颁布《DIN4226-100：混凝土和砂浆骨料-100：再生骨料》规范。2004年，德国钢筋混凝土委员会颁布更新后的《再生骨料混凝土应用指南第一部分》。德国目前将再生混凝土主要应用于公路路面[3, 5]。在德国，每年拆除的废混凝土约为0.3 t/人，此数字在今后还会继续增长，目前德国的再生混凝土主要用于公路路面，德国的一条双层混凝土公路采用了再生混凝土，其底层19cm采用再生混凝土，面层7cm采用天然骨料配置的混凝土，德国有望将80%的再生骨料用于10%-15%的混凝土工程中[2]。
　　 比利时和荷兰，利用废弃的混凝土做骨料生产再生混凝土，并对其强度、吸水性、收缩性等特性进行了研究。法国还利用废弃的碎混凝土块和碎砖生产出了砖石混凝土砌块，所得的混凝土块已被测定，符合与砖石混凝土材料有关的NBNB21-001(1998）标准[2]。奥地利的有关实验表明，采用50%的再生骨料的再生混凝土，其强度值可达到奥地利标准B225-300，并且抗盐侵蚀性也有所提高，同时发现再生混凝土的弹性模量降低[5]。
　　1.2国内研究现状
　　 我国对再生混凝土的开发研究晚于工业发达国家，但是随着工程建设的推进，混凝土骨料资源的压力渐增，建筑垃圾带来的环境污染越来越严重，重大自然灾害造成大量废弃混凝土的处置问题等都需要加紧对再生混凝土的研究[3]。我国对再生混凝土的开发利用进行立项研究，并取得了一定的研究成果，实验表明再生骨料的吸水率较大，因而加大了再生混凝土单位用水量，但是到目前为止，我国对再生混凝土还没有一套完整的规范。国内已经有了一些混凝土回收利用的先例。近些年来，上海、北京、河北等地的一些建筑公司对建筑垃圾的回收利用作了一些有益的尝试，上海市建筑构件公司1997年开始利用建筑工地爆破拆除的基坑支护等废弃混凝土制作混凝土空心砌块，其产品各项技术指标完全符合上海市标准《混凝土小型空心砌块工程及验收规程》（DBJ08-203-1993）。目前再生混凝土主要用于配制中低强度的混凝土，但已有大量的研究项目进行关于再生混凝土配置高性能高强度的混凝土，也已取得了一定的成果[2]。目前，国内数十家研究机构和大学开展了再生混凝土的研究，如东南大学、武汉理工大学、华中科技大学、北京建工学院等已经开展利用城市垃圾制取烧结砖和再生混凝土技术的研发。如同济大学开展了将水泥混凝土废弃物用于道路工程基层、面层、土基及防护工程的研究，并在河南湖北等地的旧路改造中进行了现场试验，还在同济大学校内采用水泥混凝土废弃物加工料建设了一条道路。上海市政工程局以再生混凝土为水泥稳定碎石骨料，作为高等级公路面层下的主要承重层，最近在沪太路改造工程现场进行。试验获得的各项性能指标均符合国家标准。与此同时，上海市市政局已着手开展再生混凝土的标准化工作。总之虽然我国对再生混凝土的研究起步较晚，大多还处在试验室阶段，但也取得了相应的成果[4]。

　　再生混凝土的应用现状
　　 相比普通混凝土，再生混凝土具有自重轻、孔隙率大、保温隔热性能好和透水性强及强度低的特点。当前再生骨料常用于道路工程垫层、素混凝土垫层、大体积混凝土、混凝土砌块砖等方面。通过一定的技术途径对再生骨料进行合理处理，也可以用来配制高性能混凝土从而广泛用于各种承重结构中。当前，对再生混凝土的应用还应从发展其优点并将其缺点转化成优点这一基本思想出发，提高废混凝土的利用价值。因而，鉴于再生混凝土的各种特点与普通混凝土相比有明显不同，可以针对再生混凝土的特点设计出相应的符合社会有关需求的产品[7]。在技术可行性的前提下，性价比是决定再生混凝土能否得到广泛应用的最重要因素。经济性方面，应用再生混凝土除了要考虑其本身的生产成本外，还应当综合考虑城市垃圾处理的有关费用和再生混凝土产生的环保效益以及本地区天然骨料储备，从再生混凝土的工程造价和所产生的社会效益、环保效益进行综合经济评价[6]。
　　 具有15%-30%连通孔隙的透水性混凝土与传统混凝土相比，具有透气性、透水性，将前者用于铺筑道路、广场、人行道路等，能够扩大城市的透水、透气面积，增加行人、行车的舒适性和安全性，减少交通噪音，对调节城市的温度和湿度，维持地下土壤的水位和生态平衡具有重要作用。吸音混凝土是针对已经产生的噪音所采取隔音、吸音措施所制作的多孔混凝土。它是为了减少交通噪音而开发的，适用于机场、高速道路、高速铁路两侧，地铁等产生恒定噪音的场所，能明显地减低交通噪音，改善出行环境以及公共交通设施周围的居住环境。热储混凝土是针对再生混凝土孔隙率高的特点所制作的多孔混凝土。大孔混凝土的孔隙率为5%-35%，并且其连通孔占15%-30%，如使用粒径5-13mm的碎石为骨料，且平均孔隙直径为1.82 mm，并且孔隙弯弯曲曲，成为很好的过滤材料。因此，可以通过设计和调节混凝土的孔隙率和平均孔隙直径来达到净化水质的目的。自适应植被混凝土是具有自适应（自动适合植物生长的酸碱度和湿度）和自供给（结构内部提供植物生长所需的营养元素）特征，并具有工程所需强度的多孔混凝土。绿化混凝土是指能够适应绿色植物生长、进行绿色植被的混凝土及其制品。绿化混凝土用于城市的道路两侧及中央隔离带，水边护坡，楼顶，停车场等部位。可以增加城市的空间，调节人们的生活情绪，同时能够吸收噪音和粉尘，对城市气候的生态平衡也起到积极作用，是与自然协调，具有环保意义的混凝土材料。海洋生物、淡水生物相容型混凝土是将多孔混凝土设置在河、湖和海滨等水域，让陆生和水生小动物附着栖息在凹凸不平的表面或连续空隙内，通过相互作用或共生作用，形成食物链，为海洋生物和淡水生物生长提供良好条件，保护生态环境[7]。
　　 从技术上来说，混凝土具有较高的强度; 从组织结构和功能上来说，完全可以当作天然石材来使用。据研究发现，采用废弃混凝土的再生骨料配制的混凝土应力-应变曲线与天然石材配制的混凝土的应力-应变曲线类似，如果采用一些高效抗渗防水剂，可以有效地提高混凝土的强度。从应用范围来说，由于再生混凝土流动性小，需水量更大，故而再生混凝土不适用于预应力混凝土的使用[8]。
　　结论与建议
　　 国内外对再生混凝土材料性能的研究成果表明，合理设计的再生混凝土基本上能够达到普通混凝土的性能要求，其应用于土木工程中是可行的。为了推广再生混凝土，迫切需要对其结构性能(抗弯，抗剪，抗冲切及抗震等)和设计方法进行研究。由于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重要的差别，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。建议结合再生骨料分级标准的建立，制定出适合国内情况的再生混凝土的有关标准和规程[9]。
　　
　　
　　参考文献：
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