废弃混凝土再生利用技术的研究进展*王 程1,2,施惠生1(1 同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室,上海200092;2 石家庄经济学院材料科学与工程研究所,石家庄050031)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0。

关键词 再生骨料 再生混凝土 回收利用Advancement in the Recycling Technology of Waste ConcreteWANG Cheng 1,2,SHI H uisheng 1(1 K ey L aborato ry of A dvanced Civil Engineering M ater ials o f the M inistry of Educatio n,T ong ji U niv ersity ,Shanghai 200092;2 Institue of M at erial Science and Engineer ing ,Shijiazhuang U niv ersity of Economics,Shijiazhuang 050031)Abstract Recy cling utilizatio n of constructio n waste concrete is benefit to env iro nmental protection,r educing the w aste o f resource and ener gy ,car rying out sustainable develo pment,etc.T he advancement in the recycling of r e -cycled concrete,such as the effection of the r ecy cled agg reg ate o n the recycled ag gr egate co ncr et e,the application of r ecycled ag gr egate concrete and the met ho d of improv ing the pro per ty of recycled agg reg ate concrete,et c.is intr oduced and pr ospected.T he foundational theroy o f r ecy cling utilization of co nstr uctio n w aste concrete should be fur ther r e -searched.Cer tain po licy and fund sho uld be suppo rted by the go ver nment.T he standard and crit erio n of the recycling utilizatio n o f const ruct ion waste co ncr ete should also be founded.All these w ays can lead to the /zero -emissio n 0of the constr uctio n w aste concr ete.Key w ords recycled ag gr egate,recycled ag gr egate concrete,recycling*上海市科委应用技术开发专项资金项目(08-127)王程:男,1981年生,博士研究生,研究方向为生态环境材料 E -mail:wangcheng tj@ 施惠生:通讯作者,男,1953年生,教授,博士生导师 E -mail:shs@to ng 0 引言水泥工业对环境产生了很大影响[1],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 C O 2气体,这占到CO 2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 [2]。

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[3]。

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[4]。

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[5]。

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[4,6]。

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0)I. B.T op Ôu [7]研究了质量替代量分别为0%、30%、50%、100%(28天抗压强度为16M Pa)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 T opÔu等[8]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16M Pa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.Dom ingo-Cabo等[9]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[10]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T G-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[11]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,添加谷壳和桉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A CI318低4%。

L.Evangelista等[12]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。

1.3混凝土再生骨料龄期对再生混凝土的影响Am non Kat z[13]将28天抗压强度为28M Pa的混凝土分别在其龄期为1天、3天和28天时粉碎用作混凝土再生骨料。

研究表明,再生混凝土性质低于传统混凝土,不同龄期混凝土再生骨料对混凝土性质影响不大,其中添加龄期为3天的白水泥基混凝土骨料的再生混凝土性质较其它龄期的高,但添加普通水泥基混凝土骨料的再生混凝土却相反。

1.4混凝土再生骨料的化学和矿物学特征M.C.L imbachiya等[14]研究了混凝土再生粗骨料的化学和矿物学特征以及对再生混凝土性能的影响。

X射线荧光分析表明混凝土再生骨料对再生混凝土中主要成分以及化学组成具有负面影响,X射线分析表明再生混凝土中存在氧化钙、氢氧化钙以及少量白云母/伊利石等。

添加少于30%混凝土再生粗骨料对混凝土中SiO2、Al2O3和CaO含量没有影响,而超过30%后,混凝土中SiO2量减少,A l2O3和CaO量增加,从而影响了混凝土的组成。

2混凝土再生骨料的应用研究2.1混凝土再生骨料用于沥青混凝土Sumeda Paranavithana等[6]利用混凝土再生骨料制备沥青混凝土,研究表明,相对于传统沥青混凝土,混凝土再生骨料沥青混凝土的堆积密度、骨料空隙率、粘合剂的空隙填充率以及膜厚度等均低于传统沥青混凝土。

随着胶结料的增加,由于低强度的水泥浆和相对低质量的骨料,混凝土再生骨料沥青混凝土的弹性模量降低,但其值符合澳大利亚路面研究机构制定的要求。

沥青混凝土弹性模量随着密实度的增加而增加。