廢混凝土在GRC中的再生利用探究

程海麗，楊飛華，王寶根

（1.北方工業大學建筑學院，北京100144；2.固廢資源化利用與節能建材國家重點實驗室，北京100041）

廢混凝土在GRC中的再生利用探究

程海麗1，楊飛華2，王寶根1

（1.北方工業大學建筑學院，北京100144；2.固廢資源化利用與節能建材國家重點實驗室，北京100041）

研究了再生磚骨料的取代率對再生骨料GRC的影響及變化規律，并進一步采用正交設計方法，研究了粉煤灰、硅灰及再生混凝土骨料對GRC的影響。結果表明：再生骨料GRC的強度隨廢混凝土取代率的提高先增長后下降，當廢混凝土取代天然砂30%，可達到或超過天然砂GRC的力學性能；當粉煤灰取代水泥10%，同時硅灰取代水泥10%，廢混凝土取代天然砂30%時，其抗折、抗壓強度值最大。

GRC；廢混凝土；再生利用

GRC制品具有輕質、高強、隔熱保溫、防水、防火、可加工性良好、價格適中等優點，獲得了各國材料界的公認。在建筑、市政、農業、水利和園林工程等許多領域的應用中取得了明顯的技術經濟效果，顯示了廣闊的發展前景。

目前，全世界有40多個國家和地區以不同規模生產和使用GRC制品，全球GRC制品的年產量約為40萬t。我國GRC行業的規模也正在日益擴大，年產量已達到4萬t。我國GRC行業始終堅持“雙保險”的技術路線，故GRC制品行業在我國一直是蓬勃發展的[1]。

在GRC制品中，灰砂比一般為1∶1～1∶2，即天然砂的用量不低于50%，由此可以推算，GRC制品的生產和使用將會消耗大量的不可再生的天然砂資源。

另一方面，隨著建筑業的高速發展，混凝土作為最大宗的人造材料，對自然資源的占用及對環境造成的負面影響已引起了人們的高度重視，對廢舊混凝土進行再生循環利用已成為可持續發展和環境保護的有效措施，國外在這方面已做了大量工作，也已有相關的文獻報導，國內這方面的研究工作也方興未艾。再利用的主要途徑是將廢舊混凝土進行破碎、篩分后作為粗骨料應用于混凝土中，但在廢舊混凝土破碎過程中會產生大量較細的顆粒，這些細顆粒適合作細骨料使用，因此，文中將舊建筑拆除的廢混凝土經破碎篩分后取代GRC中的天然砂，研究廢混凝土代替部分天然砂時GRC性能的變化，這不僅能降低GRC的生產成本、節約天然砂資源，而且可減少廢混凝土排放中對環境的污染、土地的占用等負面影響，一舉數得。

1 原材料

強度等級為32.5 R的復合硅酸鹽水泥，其3 d抗折強度為7.1 MPa,抗壓強度為24.4 MPa；28 d抗折強度為8.5MPa，抗壓強度為35.1 MPa。

粉煤灰：II級灰

天然砂：細度模數3.5，含水率0.35%，堆積密度1 750 kg/m3。

硅灰：SiO2≥90%

廢混凝土：來自拆除的舊建筑物，經過破碎、篩分，粒徑為0.15～4.75mm。堆積密度1 450 kg/m3。

表1 廢混凝土化學組成%

2 試驗方法

抗壓、抗折強度試件采用40 mm×40 mm×160 mm的水泥膠砂試模制作，試件養護1 d后拆模，于養護間自然養護（溫度15～20℃，相對濕度60%～70%）相應齡期后，按GB/T17671-1999水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）進行膠砂強度的檢驗。

3 試驗數據分析

3.1 廢混凝土對砂取代率的初步確定

將廢混凝土顆粒分別以0%，15%，30%，45%，60%的取代率取代天然砂，配制混凝土再生骨料GRC，測其7 d抗壓、抗折強度，初步選擇廢混凝土對天然砂取代率的大致范圍，為下一步研究打下基礎。其配合比見表2，性能見表2、圖1和圖2。

表2 7 d不同取代率下的抗壓、抗折強度

圖1 抗壓強度隨再生骨料取代率變化

從表2、圖1和圖2可以看出，隨著廢混凝土對天然砂取代率的提高，試件的強度呈現增長趨勢，當取代率為30%時，抗折、抗壓強度達到最大值，齡期僅有7 d時，就分別比純天然砂GRC提高了39.2%和54.3%。但當取代率繼續提高時，強度出現下降趨勢。原因是廢混凝土的表面粗糙且多孔，而且廢混凝土密度比天然砂要小，采取等質量取代的方法，同質量的廢混凝土的體積要比砂的體積大，增加了骨料的比表面積，而且廢混凝土粗糙的表面構造使其更容易與水泥漿黏結，所以結合界面強度比較大，同時，廢混凝土粗糙多孔，吸水性強，可有效降低體系的水灰比，也是使其強度提高的原因。所以，隨著廢混凝土取代率的增加，GRC的強度也會增大，但同時，其流動性也下降，編號3，4，5摻入一定量的減水劑以彌補流動性的下降。但當廢混凝土摻入量過多時，由于廢混凝土顆粒本身的強度較天然砂低，因此使得GRC出現強度下降的現象。

圖2 抗折強度隨再生骨料取代率變化

3.2 通過正交試驗進行配比優化

由于本試驗采用的是普通硅酸鹽水泥，而非低堿水泥，而普通水泥的高堿度會對玻璃纖維產生腐蝕作用，因此，本試驗考慮加入粉煤灰、硅灰以改善這一方面的性能[2]，原因是當一部分普通水泥由粉煤灰和（或）硅灰取代后，由于水泥用量的減少，可減少水泥水化產物中Ca（OH）2的產出量，同時由于粉煤灰和硅灰可以與水泥水化產物中Ca（OH）2發生二次水化反應，也能消耗體系中Ca（OH）2的量，從而減少Ca（OH）2對玻璃纖維的腐蝕作用。但粉煤灰用量過高，會降低體系的早期強度，硅灰用量過大，不但會影響GRC的和易性，也會對強度產生影響，因而對不同的配合比體系，二者應有一適合的用量；與此同時，GRC中天然砂與文中所用的廢混凝土的性能也有很大的差異，因此，廢混凝土不同的取代率也會對其性能產生不同程度的影響，亦即，粉煤灰對水泥的取代、粉煤灰與硅灰聯合對水泥的取代、再生骨料對天然砂的取代都會對GRC的性能產生影響，并且有相互影響作用。因此，以粉煤灰對水泥的不同取代率、粉煤灰與硅灰聯合對水泥的不同取代率以及再生骨料對天然砂的不同取代率為因素，分別取3個水平進行正交試驗，其中粉煤灰取代水泥3個水平為10%，20%，30%，硅灰取代水泥3個水平為0%，10%，20%，再生骨料取代天然砂3個水平分別為20%，30%，40%。3因素3水平表如表3所示。按表3進行設計的配合比及其相應性能如表4所示。

表3 正交設計因素與水平表

表4 正交試驗配合比及其性能

比較表4中Y2與Y6可以看出，當廢混凝土取代率30%時，10%粉煤灰+10%硅灰的效果優于粉煤灰單獨摻加20%的配比；比較Y3與Y8也可以看出，當廢混凝土取代率40%時，10%粉煤灰+20%硅灰的效果也優于單摻粉煤灰30%的配比，同時也優于硅灰10%+粉煤灰20%的配比（Y4）。可見，粉煤灰與硅灰復摻的效果優于單摻粉煤灰的效果，即粉煤灰與硅灰之間存在協同作用，即，當粉煤灰對水泥取代率為10%，硅灰對水泥的取代率也為10%，廢混凝土對砂的取代率30%時（編號Y6），GRC 3個齡期的抗折、抗壓強度值最高，為較優化的配比。比較表4中編號Y1與表2中編號2，可以看出，粉煤灰以10%的取代率取代水泥時，7 d的抗折、抗壓強度值均減小，這是因為粉煤灰取代一部分水泥后，由于水泥用量絕對值的減少，而導致早期強度降低。比較表4中編號Y6與表2中編號2，可以看出，粉煤灰10%+硅灰10%復摻時，7 d的抗折、抗壓強度值均有提高，其中抗壓強度提高幅度較大。這是由于硅灰和粉煤灰的火山灰效應,填充效應和微集料效應,在雙摻水泥漿中得以充分發揮,并且兩種外摻料在等比例雙摻情況下，能在上述3種效應方面互相補充,從而得到比單摻漿體更優的細觀結構（如硬化水泥漿有害孔比例減少等），同時改善了水泥基材-骨料和水泥基材-玻璃纖維的界面粘結[3]。

4 結果與討論

4.1 結果

（1）在文中試驗條件下，廢混凝土取代天然砂30%時，可達到或超過天然砂GRC的力學性能。

（2）正交試驗表明，在文中試驗條件下，粉煤灰取代普通水泥10%+硅灰取代水泥10%，廢混凝土取代天然砂30%時，GRC 7 d，28 d，56 d抗折、抗壓強度均可達到最大值。因此，從力學性能角度看，廢混凝土再生骨料完全可替代天然砂應用于GRC及其制品的生產和制作中。

4.2 討論

（1）由于目前將廢混凝土當作骨料用于GRC中的研究尚不多見，因此，這方面的研究還需要詳細具體進行，本研究在這方面做了初步的試驗工作。

（2）廢混凝土相對于天然砂強度低、吸水性強，因此，加入GRC中后會對其和易性產生不同程度的影響，從而影響其他性能，因此其最佳加入量與所選的減水劑的品種及性能有關，文中結論僅限于所用減水劑品種。

（3）僅從強度角度研究了廢混凝土在GRC中的應用，但作為GRC制品，其耐久性（主要是玻璃纖維在高堿性環境中的耐老化性）也是影響其應用的主要因素，篇幅所限，筆者將在后續工作中另行撰文。

（4）研究結論基于膠凝材料為高堿性的普通水泥，對于“雙保險”體系的GRC可能有一定的借鑒作用，對以低堿度水泥為基礎的“雙保險”再生骨料GRC進行專門研究也是筆者后續擬研究的內容。

[1]沈榮熹.國際GRC制品行業的現況與動向[A]//纖維水泥制品行業纖維增強水泥及其制品論文選集(1)[C].北京：中國建材工業出版社，2009，25-262.

[2]曹巨輝.粉煤灰硅灰改善GRC加速老化條件下力學性能的研究[J].粉煤灰綜合利用，2003(5)：27-25.

[3]潘鋼華，甘元玉，秦鴻根，等.超細粉煤灰與硅灰復合對高性能混凝土強度的影響[J].混凝土，1996(3)：21-27.

環保部公布第三批通過環保核查鉛蓄電池和再生鉛企業名單

為貫徹落實《國務院關于加強環境保護重點工作的意見》（國發［2011］35號）和《重金屬污染綜合防治“十二五”規劃》要求，確保公眾身體健康，環保部開展了鉛蓄電池和再生鉛企業環保核查工作，對有關鉛蓄電池和再生鉛企業環境保護現狀進行審查。經企業自查、省級環保部門初審、專家資料審查、社會公示和各環保督查中心現場檢查，形成了第三批26家符合環保法律法規要求的鉛蓄電池和再生鉛企業名單，并予以公告。

為進一步提升企業污染防治水平，環保部將持續開展鉛蓄電池和再生鉛企業環保核查工作，發布符合環保法律法規要求的鉛蓄電池和再生鉛企業名單，并對已公告的鉛蓄電池和再生鉛企業進行復核和抽查，發現不符合環保法律法規要求的，將撤銷并予以公告。

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Research on recycling use of waste concrete in GRC

CHENG Haili1，YANG feihua2，WANG Baogen1
（1.North China University of Technology,Beijing 100144,China; 2.State Key Laboratory of Solid Waste Reuse for Building,Beijing 100041，China）

This paper studies the effects of replacem ent ratio of w aste concrete aggregate on the recycled aggregate GRC,and then,by using the orthogonal design m ethod，the effects of fly ash，silica fum e and w aste concrete aggregate on GRC is further researched.The results show that w hen the replacem ent ratio of w aste concrete to natural sand is 30%,the m echanical properties of w hich reach or can exceed to the GRC w ith natural sand.w hen the replacem ent ratio of fly ash to P·O cem ent is 10%,silica fum e to P·O cem ent is 10%,and w aste concrete to natural sand is 30%,the perform ance of GRC is optim al.

GRC,w aste concrete,recycling use

X799.1；TU528.581

：A

：1674-0912（2014）08-0023-04

2014-03-04）

北京市教委科技發展計劃項目（KM201210009010）；固廢資源化利用與節能建材國家重點實驗室開放基金項目（SWR-2012-003）；北京市自然科學基金項目（2142013）

程海麗（1965-），女，河北人，碩士，副教授，研究方向：建筑材料、新型建筑材料，發表論文20余篇。