论道路上废弃砼的回收利用研究

摘要：通过大量国内外文献分析与研究，本文对废弃砼回收利用现状及发展趋势进行综述。研究表明，再生砼的力学性能与普通砼相似。废弃砼回收利用技术能够从根本上解决废弃砼的出路问题。

关键词：废弃砼回收利用力学性能

引言

随着我国城市化和水利建设及高速公路、高速铁路等基础设施建设进程加快发展，工程建筑行业进入高速发展时期，旧路改造、城市建设、加大水利设施的建设，对大量旧建筑物达到使用年限，由于工程改造或其他因素需要拆除这些旧建筑物。一般的砼工程使用年限约为50-100年，我国建国初期所建成的砼工程已经逐步进入拆除期，因此，21世纪将是我国砼结构拆除的高峰期，伴随拆除而来的是产生了大量的建筑垃圾，在建筑垃圾中废弃砼所占比重最大，这些垃圾不仅占地，增加废弃费用，更主要的是污染环境。

因此，我们必须改变传统的砼生产方式，将砼的生产方式转变到一个可持续发展的轨道上来。再生骨料砼技术可实现对废弃砼的再加工，使其恢复原有性能，形成新的建材产品，从而既能使有限资源得以利用，又解决了部分环保问题。这是发展绿色砼，实现建筑资源环境可持续发展的主要措施之一。

1 再生砼的概念与分类

1.1 再生砼的概念

再生骨料砼(Recycled Aggregate Concrete，RAC)简称再生砼，它是指将废弃砼块经过破碎、清洗、分级后，按一定比例与级配混合，部分或全部代替砂石等天然骨料(主要是粗骨料)配制而成的新的砼。相对于再生砼而言，把用来生产再生骨料的原始砼称为基体砼

1.2 再生砼的分类

再生砼按骨料的组合形式可以有以下几种：

(1)骨料全部为再生骨料；

(2)粗骨料为再生骨料、细骨料为天然砂；

(3)粗骨料为天然碎石或卵石、细骨料为再生骨料；

(4)再生骨料替代部分粗骨料或细骨料。

2 废弃砼的回收利用方法

2.1 回收利用的综合分析

对废弃砼的处理方法，一是开发能够消解、消化砼的技术，减少固体垃圾量，但此法不能将废砼作为一种资源加以利用，是对资源的浪费；二是可将解体砼作为原料通过破碎、粉磨、锻烧来生产水泥；三是可将解体砼破碎并筛分成粗细骨料，用以代替部分天然骨料来配制成砼即再生骨料砼，可节省天然的矿物资源，同时减轻固体废弃物对环境的污染。

由于再生骨料各方面性质的不同于天然骨料，因此必须根据再生骨料的特点，对再生砼的配合比设计进行专门的研究。试验研究表明，当再生砼设计强度为C20时，以普通砼配合比设计方法配制的再生砼的强度高于基准砼，但工作性能降低。

在配合比设计中，可以采用再生骨料和天然骨料相混和以及掺加外掺料与外加剂等来改善再生砼的性能。Saroj等人的试验中掺加了10%的粉煤灰，使再生砼的性能有了很大的改善，具体表现为不但使得再生砼的干缩应变、渗透性和吸水性接近普通砼，而且再生砼的抗酸性大大提高。因此，再生砼配合比设计要比普通砼复杂，但只要措施得当，仍可以获得比较满意的力学性能。

2.2 再生砼的试验探研

2.2.1 废弃砼的选取

从工地上和实验室分别选取一定量的废砼。为简化此课题的研究，本试验所用砼均不含砖头、木料、玻璃、钢材等杂物。

2.2.2 废弃砼的破碎

为达到配制砼对粗骨料的粒径要求，对废砼必须进行破碎处理。由于实验室领式破碎机破碎比较小，因此应先用人工破碎使废砼碎块达到破碎机入口粒径要求，再用破碎机破碎，最后用套筛将废砼碎块粒径控制在5-20mm范围内。

2.2.3 测定废弃砼、碎石、砂、水泥的性能参数

主要测试堆积密度、视密度、含水率、粒径分布及粗骨料饱和面干吸水率等。

2.2.4 新拌砼等级选定

确定砼设计强度等级为C40，要求强度保证率为95%，塌落度范围55-70mm，粘聚性、保水性良好。

2.2.5 计算新拌砼配合比

为了确保试验结果的可比性，要求配制同一强度等级的砼试验应采用同一水灰比、砂率及外加剂掺量。

2.2.6 新拌砼配制

按砼配合比计算结果称量原材料，倒入搅拌机内搅拌。

2.2.7 新拌砼性能测定

将搅拌好的砼从搅拌机内取出，测定其塌落度值及经时损失性，测定其湿表观密度。

2.2.8 新拌砼成型

将搅拌好的砼装入150mm×150mm×150mm的标准模具，放在砼振动台上振实并将其表面刮平。

2.2.9 新拌砼养护

将振实后的砼放入养护箱中养护24小时后脱模、编号再放入养护箱。养护条件：温度20°C士1℃；相对湿度>90%。

2.2.10 硬化后新拌砼性能

养护28天后，测定其抗压强度等力学性能指标，并对废弃砼回收利用状况进行合理评价。

2.3 试验后期评价

2.3.1 不同类型废砼作骨料对其性能的影响

随着废砼标号的增加，用其作集料配制的砼的强度也随之增加。当配制C40砼，由于试验所用不同类型废弃砼集料强度均高于水泥石强度，因此废弃砼的强度对砼强度没有太大影响，均能达到设计要求。但当废砼标号若低于水泥石强度时，用它作集料所配制的砼强度将会降低。

2.3.2 不同掺量废砼对其流动性及强度的影响

随着废砼掺量的增加，砼塌落度呈下降趋势。这主要是由于废砼水泥浆含量较大，因而吸水率较高，导致需水量的增加，在相同用水量时就表现为流动性变差。当废砼掺量小于50%时，随着废砼掺量的增加，砼强度也增加；大于50%时，随着废砼掺量的增加，砼强度呈下降趋势；当废砼掺量在50%时，砼强度达到最高。造成这种结果的主要原因是废弃砼集料强度较碎石强度低，但其颗粒表面更为粗糙，多棱角，因而与水泥石的粘结力就比碎石要更好，加之废弃砼与碎石颗粒级配上也存在差异。

3 废弃砼再生后的性能分析

3. 1 废砼再生后的物理性质

3.1.1 表观密度

由于再生骨料比天然骨料的表观密度小，因此再生砼的密度低于普通砼。随着再生骨料掺量的增加，再生砼的密度有规律的降低，全部采用再生骨料的再生砼密度较普通砼降低7. 5%。再生骨料表面粗糙，摩擦阻力大，其砼难以振捣密实。再生骨料内部缺陷多，空隙率大。

3. 1 .2 导热性

再生砼的导热系数小、热工性能好，若用于围护结构，可明显增强建筑物的保温隔热效果。

3. 2 再生砼的力学性质

3. 2. 1 抗压强度

基于对早期研究成果的综述分析，Nixon发现与普通砼相比，再生砼的抗压强度降低，降低幅度最高可达20%。后来，B. C. S. J的试验也得出了类似的结论，其试验结果表明，再生砼的抗压强度比普通砼低14%-32%。

与上述结果结论相反，Yoda的试验则发现再生砼的抗压强度较普通砼高出8.5%。Ridzuan的试验表明，再生砼的抗压强度比普通砼高2%-20%。上述这两个结果表明，再生砼的强度可以高于普通砼。

不同研究者结论的差异主要是由于采用的再生骨料、再生砼的配合比、试验条件以及试验方法存在较大的差异。因此，关于再生砼抗压强度的研究仍有待于进一步研究。

3. 2. 2 抗弯拉强度

Gerardu则发现再生砼的劈裂抗拉强度较普通砼降低10%。Ravindrarajah和Tam的试验表明，再生砼的抗拉强度与抗折强度均较普通砼降低10%。Malhotra的试验得出了再生砼的抗折强度较普通砼降低的结论。Mandal和Gup ta的试验结果发现再生砼各龄期的抗折强度均低于普通砼，平均降低幅度为12%。

另一方面，B. C. S. J.的试验发现，再生砼的抗折强度约为其抗压强度的1/5-1/8，这与普通砼基本类似。Sagoe -Crentsil等的试验表明再生砼的抗拉强度与抗压强度的比值略高于普通砼。

以上试验结果表明，再生砼的抗拉强度和抗折强度较普通砼降低0-10%。结合前述关于抗压强度的试验结果可以发现，总体而言，再生砼的拉压比和折压比要较普通砼高。

3. 2. 3 粘结强度

Mukai等人发现无论是在静力荷载还是在疲劳荷载作用下，再生砼与钢筋间的粘结强度均与普通砼差别不大。

Kakizaki指出再生砼与竖向钢筋的粘结强度为横向钢筋的2. 4-3. 7倍。王滨生的试验则发现再生砼与钢筋的粘结强度高于普通砼，但特征滑移长度增加。

结合以上研究结果，可以发现再生砼的粘结强度并不比普通砼显著。因此，从这个角度来讲，再生砼用于结构构件是可行的。

3. 2. 4 弹性模量

Frondistou-Yannas的试验发现再生砼的弹性模量较普通砼降低33%。 Kakizaki等人的试验结果表明再生砼的弹性模量比普通砼降低25%-40%，主要取决于基体砼和再生骨料的性能。Gerardu的试验结果表明再生砼的弹性模量较普通砼最多降低15%。Ravindarajah和Tam的试验也发现再生砼的弹性模量低于普通砼，而且强度越高，降低越多。

再生砼弹性模量降低的原因是由于大量的砂浆附着于再生骨料上，而这些砂浆的弹性模量相对较低。再生砼的弹性模量降低，导致其在荷载的作用下变形增加。由于再生砼的弹性模量降低，用于结构构件时，需要考虑其引起的结构构件变形增大问题。

3. 2. 5 应力-应变关系

砼的应力一应变全曲线既是砼基本受压特性的综合性宏观反应，又是研究砼结构承载力和变形的主要依据，对于分析构件极限状态时截面的应力分布、弹塑性全过程以及抗震和抗爆结构延性和恢复力特性具有重要意义。

Henrichshen和Jensen发现再生砼应力应变曲线的形状与普通砼类似。Topcu通过试验获得了不同再生骨料取代率再生砼的应力一应变全曲线，他发现随着再生骨料的增加，再生砼的抗压强度和弹性模量降低。

3.2.6 疲劳性能

疲劳特性是砼面板的主要力学性能。东南大学季天剑等通过对再生水泥砼的疲劳性能试验研究，结果表明再生水泥砼的疲劳规律与普通水泥砼相似，而且在高应力水平状态下，再生水泥砼的疲劳寿命较高。因此，使用再生水泥砼修建的水泥砼路面，完全能够满足砼面板的力学性能要求。

3.2.7 抗裂性和其他性质

再生砼的极限延伸率为(2. 5-3. 0)×10-4，同普通砼相比，再生砼极限延伸率增加27. 7%。由于再生砼弹性模量低，拉压比高，因此再生砼抗裂性优于基准砼。

4 结论与建议

(1)废弃砼回收利用能够从根本上解决废弃砼的出路问题，既能减轻废弃砼对环境的污染，又能节省天然骨料资源，缓解骨料供求矛盾，减少自然资源和能源的消耗，具有显著的社会、经济和环境效益，符合可持续发展的要求，是发展绿色砼的主要途径之一。

(2)废弃砼回收利用的实际应用研究中，不仅要对如何提高再生砼强度进行研究，而且对其耐久性如抗渗性、耐磨性及抗碳化等也要进行进一步研究，从而实现再生砼的高性能化。

周飞男（1979.09.29――）山西屯留县人助工 2002年7月毕业于黑龙江工程学院工程造价管路专业大专；2008年1月毕业于长安大学公路工程管理专业函授本科；