建筑垃圾资源化再生混凝土研究现状分析
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摘 要：该文简要介绍了国内外建筑垃圾资源化利用与再生混凝土技术的研究现状，并从基本材料性能、构件承载力性能及构件抗裂变形性能3个方面，着重分析了我国针对再生混凝土及其结构体系关键问题的研究成果，明确了再生混凝土下一步的研究方向。
关键词：建筑垃圾资源化 再生混凝土 关键技术
中图分类号：X799.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）01（b）-00-02
隨着我国经济建设不断发展，城市化进程不断加快，自然资源短缺与生态环境保护问题日益突出。建筑业作为我国国民经济的重要支柱产业之一，近年来更是得到了突飞猛进的发展，但粗放经营模式的背后是大量旧建筑拆除所带来的数目惊人的建筑垃圾。据全国范围统计，截至2014年我国总建筑废弃物存量至少达23亿t，其中废弃混凝土至少达7.7亿t，预计到2020年我国建筑垃圾总量将超过50亿t，这其中废弃混凝土将达到17亿t。
将建筑垃圾中废弃混凝土块经过破碎、筛选、清洗与分级后，按一定比例与级配混合形成再生骨料，部分或全部替代天然砂石骨料而生产得到再生混凝土，通过合理设计将其应用于建筑结构中成为再生混凝土结构。再生混凝土与再生混凝土结构的适时提出一方面利用了数目惊人的建筑垃圾，另一方面解决了天然骨料资源短缺的问题。
1 国内外关于建筑垃圾及再生混凝土技术的研究现状
目前世界各国都在积极地开展建筑垃圾资源化利用与再生混凝土技术的探索和研究。其中美国、日本和欧洲等发达国家和地区对再生建筑材料循环利用的研究开始较早，但再生混凝土技术主要应用在一些非承重的次要结构中[1]，同时由于国内外在建材标准方面的差异使得国外部分研究成果不适用于我国实际情况。至21世纪初期，随着国家对建筑垃圾资源化以及新型建筑材料可持续发展战略的重视，我国学者逐渐开展了再生混凝土及其结构体系理论的关键科学问题的研究。
近年来西安建筑科技大学白国良科研团队对再生混凝土及其结构工程应用做了大量工作，系统完成了再生骨料、再生混凝土、再生混凝土结构承载力、抗震等性能的研究工作，并与同济大学分别在四川省都江堰地震灾区建成再生混凝土抗震示范房1栋。同济大学肖建庄教授最早开展了关于再生混凝土材料性能、结构设计方法方面的研究工作，北京工业大学、哈尔滨工业大学、大连理工大学、浙江大学、广西大学、郑州大学等高校及科研院所对再生混凝土材料相关领域开展了卓有成效的研究活动。
2 我国再生混凝土及其结构体系关键问题研究成果
2.1 再生混凝土基本性能的研究
再生粗骨料表层存在无法剥离的凝固水泥胶凝体，而表层胶凝体上的微细裂缝导致再生骨料较天然骨料具有表观密度小、吸水率大的特点[2]，因此再生混凝土与普通混凝土在材料性能方面存在一定差异。西安建筑科技大学白国良、刘丰等研究了C20、C30、C40、C50这4个系列的再生混凝土，对构件中材料配比进行了最早的研究，得出采用再生骨料预吸水法效果最佳的结论。这种方法与大连理工大学史巍等基于自由水灰比之上的配比研究方法是一致的，均针对再生骨料吸水率较大的特点。即将再生混凝土拌和用水量分为两部分：一部分为骨料所吸附的水分，称为吸附水；另一部分为拌和水用量。吸附水的用量根据实验确定，拌和水用量按普通混凝土配比研究方法确定，而在试验进行过程中，这两部分水是同时加入的。
2.2 再生混凝土构件承载性能的研究
以再生混凝土基本性能的研究为基础，国内外学者对不同取代率（再生粗骨料占粗骨料总量比例）再生混凝土构件承载力性能进行了一系列试验研究。西安建筑科技大学刘超、白国良等以及同济大学肖建庄等对再生混凝土梁抗弯性能的研究较早，通过试验对取代率为50%的再生混凝土梁与取代率为100%的天然骨料混凝土梁进行了承载力性能的对比[3]。研究表明，两根再生混凝土梁与天然骨料混凝土梁的破坏机理相同，对于再生混凝土梁平截面假定对受弯的结果仍然适用，在极限承载力方面，再生混凝土梁均小于天然骨料混凝土梁。浙江大学白文辉分两组6根梁，3种受拉纵筋的配筋率和3种再生骨料的替代率，通过试验对比分析再生混凝土梁的正截面抗弯性能。结果表明，采用现行混凝土设计计算公式不满足再生混凝土梁正截面承载力计算，需对现行计算公式进行修正。
2.3 再生混凝土构件抗裂、变形性能的研究
西安建筑科技大学刘超、白国良等，同济大学肖建庄等对不同取代率再生混凝土梁进行了短期抗弯试验。试验结果表明，在开裂弯矩方面，相同条件下再生混凝土梁要小于普通混凝土梁，而相同条件下普通混凝土梁裂缝宽度比再生混凝土小。广西大学林俊等进行了27块非标准棱柱体试块抗压试验和6根再生混凝土梁短期抗弯试验[4]。试验结果表明，再生混凝土开裂弯矩会随着再生粗骨料取代率的增加而逐渐减小，现行混凝土规范公式不适合再生混凝土梁裂缝宽度计算。杨曦等研究了3根普通混凝土梁和27根再生混凝土梁的短期抗弯试验过程。通过对比试验得出结论：在抗裂性能方面，再生混凝土梁比普通混凝土梁差，而且抗裂计算不能沿用普通混凝土梁开裂弯矩计算公式；相同条件下，再生混凝土梁裂缝间距比普通混凝土梁小。
郑州大学李平先等通过不同取代率，不同配筋率的再生混凝土梁试验研究，得出结论：在梁挠度方面，相同荷载作用下再生混凝土梁比普通混凝土梁大10%左右。哈尔滨工业大学胡琼等对不同取代率的15根再生混凝土梁在相同条件下进行了短期抗弯试验。试验结果表明：再生骨料混凝土梁与普通混凝土梁相比挠度大、刚度小。
3 结语
目前，国内外学者对建筑垃圾资源化利用与再生混凝土技术进行了大量的研究，从上述研究成果不难看出在配合比以及强度方面，再生混凝土相比普通混凝土有较大不同，这主要是由于再生粗骨料表面包裹着无法剥离的水泥胶凝体；而再生粗骨料表面的老砂浆层在再生混凝土中与新砂浆形成新老砂浆界面过渡区，使得再生混凝土结构性能发生了变化，特别是对再生混凝土构件在长期荷载作用下正常使用极限状态的性能存在着很大的影响，这些变化成为影响再生混凝土工程推广的重要因素。
通过目前国内外研究的发展趋势不难看出，再生混凝土与型钢形成的再生混凝土组合结构、再生粗骨料界面改性技术、再生粗骨料高品质提升技术将成为下一步研究热点方向。特别是在长期荷载与环境因素耦合作用下再生混凝土的抗裂技术等研究成为工程技术推广过程中的热点研究领域。
参考文献
[1] 刘数华，冷发光.再生混凝土技术[M].北京：中国建材工业出版社，2007.
[2] 孙跃东，周德源.我国再生混凝土的研究现状和需要解决的问题[J].混凝土，2006（4）：25-28.
[3] 安昱峄，张锋剑，李晓文，等.再生混凝土砌块抗折强度影响因素分析[J].砖瓦，2009（5）：26-29.
[4] 白国良，刘超，赵洪金，等.再生混凝土框架柱抗震性能试验研究[J].地震工程与工程振动，2011，31（1）：61-66.
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