混凝土固体废弃物的再利用与资源化研究

　　摘要：随着我国经济的飞速发展，建筑业产生的建筑垃圾也空前增加。若能将废弃混凝土块就地回收，作为骨料再利用，生产再生混凝土用到新建建筑物上，不仅能降低成本，节省天然骨料资源，缓解骨料供求矛盾，还能减轻对城市环境的污染，具有显著的经济效益、社会效益和环境效益。本论文综述再生粗骨料各种物理性能，包括压碎指标、坚固性、相对表面粗糙度等。比较它们与天然骨料相应的物理性能的差别，结果表明，再生骨料与天然骨料性能具有相似性，大部分物理指标能够满足行业标准对骨料的性能要求。

　　关键词：混凝土固体废弃物;再生骨料;再生混凝土;资源化

　　1引言

　　1.1简介

　　1999年以来我国的混凝土用量居全球之冠，由于混凝土中砂石骨料占总重量的70%以上，其用量十分巨大。长期以来，由于砂石骨料来源广泛易得，价格低廉而不受重视，被认为是取之不尽的原材料而随意浪费。随着社会经济的发展、混凝土用量的增大，因开采砂石骨料而造成的资源枯竭和环境破坏已成为人们关注的焦点，混凝土的可持续发展与骨料危机的矛盾日益突出。

　　1.2再生骨料资源化途径分析

　　再生骨料是指废弃混凝土块经破碎、分级、清洗并按一定的比例混合后形成的骨料。其主要资源是建筑垃圾。建筑垃圾是在建(构)筑物的建设、维修、拆除过程中产生的，包括新建工程施工时产生的废弃料和旧建筑物拆除的残骸料，大多为固体废弃物。

　　妥善处理方法就是把它当作可再生资源重新利用生产建筑材料。这样既可以减少垃圾排放量，节约垃圾处理费用，减少垃圾对环境的污染，又可以充分利用可再生资源，节省建筑原材料的消耗，保护了自然资源和人类的生存环境。

　　2再生骨料的基本特性

　　2.1相关概念

　　废弃混凝土(wasteconcrete)块经破碎、分级、清洗并按一定的比例混合后形成的骨料成为再生骨料或再生混凝土骨料(recycledaggregateorrecycledconcreteaggregate)。再生骨料按粒径大小可分为再生细骨料(recycledcoarseaggregate，粒径0.15mm～5mm)和再生粗骨料(recycledfineaggregate，粒径5mm～50mm)。利用再生骨料作为部分或全部骨料配制的混凝土，称为再生骨料混凝土(recycledaggregateconcrete),简称再生混凝土(recycledconcrete)。相对于再生混凝土而言，将用来生产再生骨料的原始混凝土称为基体混凝土(originalconcrete)，有人也称之为原生混凝土。

　　2.2再生骨料的基本性能

　　本次试验主要对再生骨料的粒形、级配、物理力学特性等进行系统研究，其中再生骨料粒形根据Zingg提出的骨料形状特征系数的观点进行测定，再生骨料颗粒级配、表观密度、吸水性和压碎指标等试验，均按照GB/T14685—2001《建筑用碎石、卵石》中的有关规定进行。

　　2.2.1再生骨料粒形

　　通过对图2.3和图2.4中所示的再生骨料和天然花岗岩骨料的粒形对比可知，再生骨料和天然骨料形状相差不大，由于存在第二次破碎加工，部分指标再生骨料甚至优于天然骨料。

　　图2.3再生骨料粒形图2.4天然骨料粒形

　　2.2.2再生骨料的坚固性

　　用硫酸钠溶液法进行检验,经5次循环后,计算其质量损失。

　　表2.3各级质量损失百分率

　　NO. 质量损失百分率

　　5～10 12.8%

　　10～20 6%

　　20～40 5.3%

　　试验数据处理：根据(2-1)

　　式中：P—试样的总质量损失率，%

　　、、—分别为5mm～10mm、10mm～20mm、20mm～40mm各级试样的分计筛余百分率，%

　　、、—分别为各级试样质量损失百分率，%。

　　经上式计算可得：总质量损失率为6%

　　再生骨料坚固性低于天然粗骨料。

　　2.2.3再生骨料的压碎指标

　　压碎指标表示再生粗骨料的强度时，是将一定重量气干状态下10～20mm的再生粗骨料装入一定规程的圆筒内，在压力机上加载到试样重量(G)，用孔径为2.5mm的筛子筛除被压碎的细粒，称取试样余重(G1)

　　压碎指标=(2-2)

　　式中：G-试样的重量(g)

　　G1-压碎试验后筛余的试样重量(g)

　　压碎指标表示再生粗骨料抵抗压碎的能力，以间接地推测其相应地强度。目前再生骨料的压碎指标可参照规范对天然骨料压碎指标的要求。本试验中的再生粗骨料的压碎指标为18%,GB/T14658—2001规定：I类骨料的压碎指标应小于10%,Ⅱ类应小于20%，Ⅲ类应小于30%,可见，再生骨料由于含有部分强度远低于天然岩石的砂浆，以及破碎加工过程中对岩石造成的损伤.使得再生骨料整体强度降低，只能勉强达到Ⅱ类骨料对压碎指标的要求。

　　2.2.4再生骨料相对表面粗糙度

　　采用下列方法测试相对表面粗糙度：取再生粗骨料的两个粒级(10mm～16mm和16mm～20mm)试样各500g，在饱和面干状态下浸泡于水灰比为0.6的基准水泥净浆中，浸泡30min让其充分裹浆后，在标准状况下养护至14d称重。相对表面粗糙度，其中M2为裹浆后质量M1为裹浆前质量。根据此公式在本试验的再生骨料表面粗糙度为23.5%,然而天然碎石的表面粗糙度15.7%。

　　2.3再生骨料与天然骨料的物理特性比较

　　天然骨料坚硬致密、孔隙率低，所以其吸水率和吸水速率都很小再生骨科表面粗糙、棱角较多，且骨料表面还包裹着相当数量的水泥砂浆(水泥砂浆孔隙率太、吸水率高)，再加上混凝土块在解体、破碎过程中由于损伤累积内部存在大量微裂纹，这些因素都使其吸水率和吸水速率增大，导热系数比相同配比的普通混凝土降低28%，若用于维护结构，可明显增强建筑物的保温隔热效果。

　　3.混凝土固体废弃物的资源化

　　3.1混凝土固体废弃物的资源化概念

　　混凝土固体废弃物的资源化是指：采取管理和技术从废弃混凝土中回收有用的资源，它包括物质回收，即从废弃混凝土中回收二次物质;物质转换，即利用废混凝土块作再生骨料再生混凝土的骨料。

　　3.2混凝土固体废弃物的资源化的途径

　　再生混凝土如果能推广应用，一方面解决了大量混凝土废弃物处理困难和由此引发的对环境的负面影响等问题，同时又节省了大量的垃圾清运费用和处理费用;另一方面可以减少对天然砂石的开采，保护了生态环境，保证了人类社会的可持续发展。

　　(1)普通废弃混凝土的资源化措施

　　1.废弃混凝土作为骨料

　　再生骨料的来源不一，材料的力学性能相差很大，在利用时应区别对待。①经试验分析，强度较高、杂质较少的再生骨料，充当钢筋混凝土原料。②而拆除建筑物的建成年代一般较早.在当时的技术水平下.混凝土的强度等级不会很高。由这样的混凝土块生产再生骨料、一般制成中低强度混凝土。适用于非承重结构混凝土如基础垫层、水沟、排水槽、重力护壁、海岸防护堤、砌块等，强度较高的再生混凝土可以用于钢筋混凝土结构仅采用再生粗骨料制成的再生混凝土，其性能同普通混凝土相比几乎不下降。

　　2.再生混凝土性质的改善

　　一、再生混凝土性质的高强高性能

　　①机械活化再生粗骨料

　　机械活化的目的在于破坏弱的再生碎石颗粒或除去黏附于再生碎石上的水泥石残渣。机械活化过的再生骨料，在使用前贮存的时间越短，这种活化骨料在混凝土总的效果越好。②膨胀剂对混合再生骨料的改性作用

　　再生骨料混凝土中掺入膨胀剂，抗压强度提高6%～22%，在内掺10%膨胀剂的条件下。晚期抗压强度有较大的增长。在再生骨料混凝土中掺入最佳数量(10%)的膨胀剂，可以提高弹性模量为8%～10%。

　　二、外加剂对再生混凝土性质的影响

　　混凝土外加剂是指在混凝土拌合时或拌合前掺入的掺量不大于水泥质量5%(特殊情况除外)，并能按要求改善混凝土正常性能的产品。按其改性功能可分为改善混凝土拌合物流变性能，调节混凝土凝结、硬化性能，改善混凝土耐久性能。混凝土外加剂对混凝土强度的提高以及节约水泥方面有着显著的作用。再生混凝土中掺入不同比例的混合外加剂，可以节约水泥，稳定再生混凝土强度。

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