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1、再生骨料及再生混凝土技术的研究新进展再生骨料及再生混凝土技术的研究新进展祝雯，任俊 （广州市建筑科学研究院 广州 510440）摘要：再生骨料混凝土的发展和应用是废弃混凝土回收利用的有效途径和建筑业节能减排的重要措施。本文通过查阅和研究国内外文献，总结了再生骨料及再生混凝土的技术和发展，主要包括再生骨料的制备工艺、性能和分级，以及再生混凝土物理力学性能、耐久性和界面结构特征和改性措施，并提出了今后在我国研究、发展和利用再生混凝土必须进一步研究的问题。关键词：再生骨料；再生混凝土；生产工艺；分级；力学性能；耐久性；界面过渡区The development of recycled aggregat
2、e and recycled aggregate concrete technologyZHU Wen, REN Jun (Guangzhou Institute of Building Science, Guangzhou 510440)Abstract: The exploitation of recycled concrete has become an effective way to recycle waste concrete and an important measure of energy conservation and emission reduction. The te
3、chnology and development of recycled concrete are summarized in this paper based on the review and investigation of large quantity related home and abroad literatures. It mainly includes preparation technique, properties and classification of recycled aggregate, and also the mechanical properties, d
4、urability, structure of interfacial transition zone and improvement measure. Finally, some problems that need to be further studied in recycled concrete search, development and utilization are proposed.Key words: recycled aggregate; recycled aggregate concrete; preparation technique; classification;
5、 mechanical properties; durability; interfacial transition zone1、引言、引言近年来，世界建筑业进入高速发展阶段，混凝土作为最大宗的人造材料对自然资源的占用及对环境造成的负面影响也引发了可持续发展问题的讨论。世界每年拆除的废旧混凝土、新建建筑产生的废弃混凝土以及混凝土工厂、预制构建厂排放的废旧混凝土的数量是巨大的，同时预计今后废弃混凝土排放量将随着世界范围内城市化进程的加快，对原有建筑物的拆除、改造与日俱增1。废弃混凝土传统的处理方法主要是将其运往郊外堆放或填埋，不仅要花费大量的运费，给环境造成二次污染，而且要占用大量宝贵的土地资源
6、，并且简单地遗弃也是对自然资源的极大浪费。再生骨料混凝土的开发和应用，一方面解决了大量废弃混凝土处理困难以及由此造成的生态环境日益恶化等问题；另一方面，用建筑垃圾循环再生骨料替代天然骨料，可以减少建筑业对天然骨料的消耗，从而减少对天然砂石的开采，从根本上解决了天然骨料的日益匮乏和大量砂石开采对生态环境的破坏，保护了人类的生存环境，符合可持续发展的要求。“再生混凝土” （Recycled Concrete）又称为“再生骨料混凝土” （Recycled Aggregate Concrete） ，它是利用旧建筑物上拆下来的废弃混凝土块，经过分选、清洗、破碎、筛分并按一定比例相互配合后，作为部分或全部
7、骨料重新拌制的混凝土，将用来生产再生骨料的原始混凝土称为基体混凝土，有人也称之为原生混凝土。2、再生混凝土骨料的研究、再生混凝土骨料的研究2.1 再生骨料的生产工艺再生骨料的生产工艺实际的废弃混凝土块中不可避免地存在着钢筋、木块、塑料碎片、玻璃、建筑石膏等各种杂质，用废弃混凝土块制备再生骨料的过程就是将不同的切割破碎设备、筛分设备、传送设备及除去杂质的设备合理地组合在一起，共同完成破碎、筛分和除去杂质等工序，最后得到符合质量要求的再生粗骨料和再生细骨料，不同的设计者和生产厂家在生产细节上略有不同。日本 Aich 技术协会的 S.Nagataki 等通过理论分析和试验论证了二次破碎、进一步处理再
8、生骨料可以改变材料的微观外形，并提高骨料的品质；清水建设公司和东京电力公司研究开发了废旧混凝土砂浆和石子的分离技术，两家公司和大阪城市大学共同研发了高性能再生骨料，这种高性能再生骨料生产过程包括三个阶段：（1）预处理阶段：除去废弃混凝土中的其他杂质，用颚式破碎机将混凝土块破碎成 40 毫米直径的颗粒；（2）碾磨阶段：混凝土块在偏心转筒内旋转，使其相互碰撞、摩擦、碾磨，除去附着于骨料表面的水泥浆和砂浆；（3）筛分阶段：最终的材料经过过筛，除去水泥和砂浆等细小颗粒，最后得到的即为高性能再生骨料；俄罗斯还在建筑企业建立专门的破碎钢筋混凝土块体工艺线；而在德国，每个地区都有大型的再生综合加工厂，德国使
9、用架空磁性分离机对铁片进行分离，获得的再生骨料完全符合 DN4226 规范对骨料的质量要求。不仅如此，德国西门子公司开发的干馏燃烧垃圾处理工艺可使垃圾中各种再生材料干净地分离出来；美国的 CYCLEAN 公司则采用微波技术，混凝土块体破碎预处理（锤击、切割、分拣）磁性分选杂物分选破碎处理筛分破碎处理细骨料 （25% ）细骨料 （15%）筛分清除废铁料清除木料、塑料等杂 物5-50mm粗骨料 （85%）5mm25mm525mm风力分级0.155mm再生细骨料 （95%）微粉 （5%）0.15mm5mm再生粗骨料 （75%）100%地回收利用再生旧沥青混凝土路面料。目前国内外具有代表性的再生骨料生
10、产工艺流程如图 12所示：2.2 再生骨料的性能再生骨料的性能再生混凝土和普通混凝土相比，其主要区别是再生混凝土骨料和天然骨料不同，用再生混凝土骨料生产混凝土，其关键的因素是弄清楚骨料的特性。再生骨料的来源具有多样性，且地方差异大，因而性能不稳定，离散性较大。文献3中采用湖南省某高等级公路路面改善工程提供的废弃混凝土；文献4试验使用的废弃混凝土是武汉长江二桥路面修整时留下的废弃混凝土碎块；文献5以某搅拌站混凝土下脚料硬化后经破碎机破碎得到的再生集料；文献6采用试验室经检测后废弃混凝土试块经人工破碎，筛分得到再生骨料。目前试验的主要结论：再生骨料表观密度、堆积密度较小，吸水率和压碎指标较大。和天
11、然骨料相比，再生骨料表面粗糙，棱角较多，并且骨料表面还包裹着相当数量的水泥砂浆（孔隙率大、吸水率高） ，再加上混凝土块在解体、破碎过程中由于损伤积累使再生骨料内部存在大量微裂纹，这些因素都使再生骨料的吸水率和吸水速率增大，而且密度和表观密度比普通混凝土低。同时，再生骨料密度、表观密度、吸水率等物理特性，与母体混凝土（即废弃混凝土）的强度等级、配比、使用时间、使用环境及地域等因素有关。目前有研究者采用纯水泥浆、水泥外掺硅粉浆液和水泥外掺级粉煤灰浆液对再生骨料进行强化处理，试验表明该措施对再生骨料本身的强度有一定程度的提高，但其对再生混凝土的强度提高效果并不明显。2.3 再生骨料的分级再生骨料的分
12、级再生混凝土目前还没有独立的分类方法，多数参考普通混凝土骨料的分类方法进行分类，根据普通混凝土用砂质量标准及检验方法 （JGJ52-92）和普通混凝土用碎石和卵石质量标准及检验方法 （JGJ53-92）的规定，再生骨料的粒径在 0.165mm 之间为再生细骨料，粒径大于 5mm 的颗粒为再生粗骨料。由于再生细骨料中含有细小水泥浆颗粒，再生细骨料的粒径尺寸范围可以定义为0.085mm。日本建筑师协会（BCSJ）于 1997 年制订了再生骨料与再生混凝土使用规范 ，对再生骨料的质量作了如表 2 的规定8：表 2 日本标准中所建议的再生骨料的质量测试项目再生粗骨料再生细骨料绝干密度/( kg/m3)
13、22002000吸水率/%713洗涤损失重/%18实积率/%53-目前我国对再生骨料缺乏系统的科学研究，只是对个体试验中用到的由废弃或旧混凝土破碎后得到的再生骨料进行了简单描述。由于再生骨料在吸水率、表观密度、压碎指标等指标上与天然骨图 1 再生骨料的生产工艺流程图料存在较大差别，现有天然骨料的质量标准显然不适合评价再生骨料的性能，为了规范和推广再生混凝土的应用，应加大再生混凝土骨料的研究，制定适用于再生骨料的质量评定标准，并限定各标准等级骨料所使用的范围。3、再生混凝土的性能研究、再生混凝土的性能研究3.1 再生混凝土的物理力学性能再生混凝土的物理力学性能纵观我国对再生混凝土主要力学性能的研
14、究，主要集中在对不同再生骨料掺量的再生混凝土的抗压强度和弹性模量方面。试验中再生骨料的掺量有 0%（基准混凝土） 、20%、40%、50%、60%、80%、100%。试验结果表明，再生混凝土力学性能的试验数据离散性较大，而且试验结果也有差异。对再生混凝土强度，可以归纳为三种不同的试验结果：第一种结果是随再生骨料掺量的增加，混凝土强度降低，降低幅度为 0%30%。肖建庄等的研究表明9，当再生骨料掺量为 30%、70%和 100%时，再生混凝土的 28d 抗压强度分别较普通混凝土平均降低 24%、28%和30%左右，但是当再生粗骨料的掺量为 50%时，再生混凝土的强度反而高于普通混凝土。王武祥的研
15、究表明10，随着再生粗骨料取代天然骨料比例的提高，再生混凝土的强度略有降低，但降低幅度不大，而随着再生细骨料取代天然细骨料比例的提高，再生混凝土的强度明显下降；第二种结果是随再生骨料掺量的增加，混凝土强度也增加，增加幅度无明显规律。柯国军11和张亚梅12的研究表明，再生混凝土的强度高于同配合比采用天然骨料的基准混凝土；第三种结果是再生骨料在一定的掺量下，再生混凝土与基准混凝土强度相当。M.C.Limbachiya 等的研究表明13，若仅使用再生粗骨料且其掺量在 30%以内，则再生混凝土的强度可与基准混凝土一致。另外，目前已有研究者对利用再生骨料配制高强高性能混凝土进行了试验研究，赵伟的研究表明
16、14，采用武汉市某公路桥路面翻修拆下来的废弃混凝土块经机械破碎、人工筛分所获得最大粒径为 20mm 再生粗骨料，借助矿物超细掺合料和高效减水剂的“双掺技术”以及再生骨料预湿技术，再生混凝土 28d 抗压强度和劈裂抗拉强度分别达到了 71.0MPa 和 4.93MPa；而采用常规混凝土的自密实技术，在配合比参数为胶凝材料用量 537kg/m3、净水较比 0.298、砂率 43.9%、浆骨比1.47、FDN 高效减水剂掺量为 1.2%情况下，再生混凝土拌合物坍落度达到 22cm，坍落扩展度达到50cm，28d 抗压强度达到 60MPa，很好地实现了高强再生混凝土自流平的目的。影响再生混凝土强度的因素很多，如再生骨料的物理力学特性（堆积密度和表观密度、压碎指标和吸水率、杂质含量等） 、再生骨料破碎和加工方法、再生骨料的内部损伤积累和微裂纹以及再生混凝土中新旧界面的粘结力等。此外，再生混凝土的级配也会影响再生混凝土的强度。目前对再生混凝土强度机理有两种不同解释：（1）再生粗骨料的强度较天然骨料强度
