再生骨料的研究

曹鑫鋮 孫呈凱 苑成博

（1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 銀川 750021 2.中建八局第四建設(shè)有限公司 青島 266000）

前言

近年來，我國的城市化建設(shè)進(jìn)展不斷加快，建筑垃圾也隨之增多。據(jù)中國科學(xué)院研究報告顯示，每年我國會產(chǎn)生約24億t的建筑垃圾，占城市垃圾總量的40%[1]，然而其利用率特別低。我國對建筑垃圾的處理方法主要以填埋和堆放為主，這種方法首先會造成土地資源的大量浪費(fèi)，其次長時間的建筑垃圾堆放會導(dǎo)致土地污染、大氣污染等環(huán)境問題。將廢棄混凝土經(jīng)過破碎，篩選，得到不同粒徑的骨料，其中大于4.75mm的粗骨料用于混凝土，小于4.75mm的細(xì)骨料用于砂漿，既解決了建筑垃圾處理和環(huán)境污染的難處，又節(jié)約了石子等骨料資源，對人類社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。本文就再生骨料的來源及性能和改性處理兩個方面進(jìn)行了闡述。

1 再生骨料的來源及性能

據(jù)資料顯示，再生骨料主要來自城市建設(shè)的建筑垃圾，而建筑垃圾的主要成分為廢棄混凝土和廢棄石塊，約占建筑垃圾的80%[2]，可以將再生骨料的來源主要分為三類：

（1）廢棄混凝土骨料。這類骨料是再生骨料最常見的一種來源，也是主要的來源，是將廢棄的混凝土經(jīng)過破碎、篩分、強(qiáng)化等步驟，按照不同比例混合得到的再生骨料，大部分用于再生混凝土的使用，是國內(nèi)外專家研究再生骨料的重點(diǎn)對象，同時也是在再生領(lǐng)域取得眾多成果的骨料來源。

（2）碎磚骨料。此類骨料主要是燒結(jié)磚在燒制過程中的壞磚，樓房拆除過程中的碎磚等，經(jīng)過破碎得到的再生骨料，在混凝土拌制時摻入使用，一般用于地基等方面。據(jù)試驗表明，碎磚混凝土較普通混凝土，其抗拉強(qiáng)度約高11%，容重約低17%，彈性模量約低30%[3]。

（3）陶瓷骨料。各種陶瓷制品在生產(chǎn)、運(yùn)輸、買賣、使用等過程中，由于操作不當(dāng)產(chǎn)生的大量廢棄陶瓷，經(jīng)過破碎制成再生骨料。據(jù)統(tǒng)計，世界陶瓷產(chǎn)業(yè)的30%陶瓷產(chǎn)物會成為工業(yè)廢棄物，故廢陶瓷的再生利用是具有很高的價值的。陶瓷破碎后粒徑相對較小，一般做再生細(xì)骨料方面的研究，但是當(dāng)前情況來說，廢陶瓷再生骨料的研究太少，不能有效的利用廢棄陶瓷這一資源。

（4）其他的再生骨料。相關(guān)文獻(xiàn)介紹了可以采用廢棄的玻璃、塑料等顆粒材料部分替代天然砂制作混凝土構(gòu)件[4]，也可采用橡膠、木材等其他材料破碎后部分取代細(xì)骨料進(jìn)行使用。

再生骨料的基本性能：再生骨料主要是廢棄混凝土破碎后產(chǎn)生，故表面都有水泥包裹，較普通混凝土，強(qiáng)度低，孔隙率高，骨料破碎后，會產(chǎn)生大量的微裂縫，堆積密度和表觀密度相對較低。其次再生骨料的最大的一個特性就是高吸水率，因此在混凝土配合比的設(shè)計過程中一定要考慮此問題，再生骨料的高吸水性會降低混凝土的流動性，但是黏聚性和保水性是相對較好的。經(jīng)過試驗研究發(fā)現(xiàn)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗壓彈性模量、抗拉彈性模量都隨著再生骨料的增加而降低，這說明再生混凝土的脆性降低，韌性提高[5]。

2 再生骨料的改性處理

根據(jù)以上再生骨料的一系列缺點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)，再生骨料不適宜直接用于混凝土的拌制使用，為了提高再生混凝土的各種性能指標(biāo)，對破碎后得到低品質(zhì)骨料進(jìn)行強(qiáng)化處理。國內(nèi)外專家學(xué)者對此做了大量的研究，總結(jié)可以概括為物理、化學(xué)、CO2碳化三種方式[6]。

2.1 物理強(qiáng)化

物理強(qiáng)化的實質(zhì)為是采用外力作用（如機(jī)械），使得骨料之間相互摩擦，進(jìn)而打磨掉骨料顆粒表面的棱角及水泥漿，達(dá)到強(qiáng)化的目的。這種方法還存在著一定的缺點(diǎn)，在機(jī)械作用下，大顆粒會破碎，導(dǎo)致骨料的總體粒徑下降，細(xì)骨料增多，產(chǎn)生很多不必要的麻煩，因而國內(nèi)還沒有廣泛應(yīng)用。

2.2 化學(xué)強(qiáng)化

化學(xué)強(qiáng)化的實質(zhì)是用化學(xué)溶液對再生骨料進(jìn)行浸泡，沖洗等。有的化學(xué)溶液會對骨料的微細(xì)裂縫進(jìn)行填補(bǔ)，或者與骨料發(fā)生反應(yīng)，生成物對骨料的裂縫進(jìn)行填補(bǔ)；有的化學(xué)溶液對骨料的裂縫具有粘合作用。這種方法與物理方法相比較，不會改變骨料的粒徑，但是對骨料的表觀密度，堆積密度等基本性能改善效果較差。目前用于骨料改性的化學(xué)溶液主要有聚合物水溶液、水泥漿液、有機(jī)硅防水劑、水玻璃溶液、酸溶液、PVA溶液等。

2.3 CO2碳化強(qiáng)化

CO2碳化強(qiáng)化的實質(zhì)是CO2與骨料中可碳化的物質(zhì)發(fā)成反應(yīng)，使得混凝土堿性下降，成分發(fā)生變化，從而達(dá)到骨料強(qiáng)化的作用。這種方法既能吸收大氣中的二氧化碳，又能使得再生骨料性能得到改善，是一種一舉兩得的方法，為實際工程提供了一種理論依據(jù)。

2.4 微生物強(qiáng)化

微生物強(qiáng)化的實質(zhì)與化學(xué)方法有類似的情況，自然界中的某些微生物會產(chǎn)生一些化合物，這些化合物對骨料的裂縫具有填補(bǔ)和修繕作用，從而能達(dá)到強(qiáng)化再生骨料的效果。微生物產(chǎn)生的這些化合物后來得到證實，是一些多糖、碳酸鈣、硅石等有機(jī)或無機(jī)物。

3 結(jié)論

再生骨料的研究及利用，一方面可以保護(hù)自然環(huán)境，解決建筑垃圾的處理問題，另一方面還可以減少天然骨料的開采利用，為施工所需的建筑骨料開辟一條新路，為國家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供了可靠的理論支持。當(dāng)然，鑒于再生骨料本身的缺陷，再生混凝土較普通混凝土，在力學(xué)性能，工作性能等方面還是相對較差的，因此，需加大對再生骨料改善方面的力度，為再生骨料全面運(yùn)用到實際工程中打下堅實的基礎(chǔ)。