再生混凝土技術在裝配式建筑中的研究與應用

郭鯤鵬, 李 群, 劉劍鋒

(金鵬裝配式建筑有限公司，安徽 滁州 239000)

0 引 言

混凝土是全球范圍內用量最大的建筑材料，也是裝配式建筑使用最多的一種建筑材料。混凝土的制備需要消耗大量的砂、石、水泥、水等自然資源及能源，長期以來對這些資源的使用以及對廢棄混凝土的不合理清理，對生態環境造成了嚴重的破壞。

二十多年前國內便提出了再生混凝土概念，將廢棄混凝士經清洗破碎、分級并按一定比例相互配合后可得到“再生骨料”，部分或者全部利用“再生骨料”制備的混凝土稱為“再生混凝土”。充分合理的利用再生混凝土能有效節約天然骨料資源，對保護環境和自然資源具有十分重要的作用和意義[1]。

1 再生混凝土技術的主要研究內容

1.1 再生混凝土骨料的制作方法

再生混凝土是指將廢棄的混凝土塊經過破碎、清洗、分級后，按一定比例與級配混合，部分或全部代替砂石等天然集料(主要是粗集料)，再加入水泥、水等配而成的新混凝土[2]。

1.2 再生混凝土試驗配合比研究

再生混凝土配合比可以采用裝配式工廠混凝土攪拌站長期使用的成熟配合比為基礎而進行改進，所用原材料除骨料以外與攪拌站長期使用的完全一致。

再生骨料的材性、砂率、水膠比、膠凝材料用量、礦物摻合料的種類和摻量等都對混凝土的性能有明顯影響。但由于我們的試配是建立在攪拌站原有配合比和原材料的基礎上的,因此,主要針對建筑垃圾再生骨料的特性進行了需水量和砂率影響的試驗研究。

1.3 再生混凝土性能研究

1.3.1 再生混凝土的力學性能

力學性能是混凝土的重要性能，由于再生骨料棱角多、表面粗糙以及孔隙率大等原因，再生混凝土的力學性能較普通混凝土發生了許多變化。采用相同配合比制備的再生混凝士強度較天然骨料混凝士降低約10%，但其差距會隨齡期的增長而縮小[3]。所以，在裝配式構件產品生產中，再生混凝土一般用于填充墻、保溫墻板等非承重預制構件中。

1.3.2 再生混凝土的工作性能

對于現場混凝土的施工來說,最重要的是流動性及良好的黏聚性、保坍性。由于部分裝配式異型構件作業面狹窄、鋼筋密度大，現場混凝土澆筑只能用小泵進行，這樣不僅對混凝土的流動性有很高的要求，同時對混凝土的保坍性也有很高的要求。再生混凝土可根據實際需要調整骨料大小和合適的配合比，在摻加相應的外加劑，不僅能滿足混凝土的和易性要求，也能使構件成型后外觀質量更加標準。一般認為與普通混凝土相比,再生混凝土的坍落度減小，流動性變差。但由于集料表面粗糙，增大了再生混凝土拌合物的摩擦阻力，使得再生混凝土保水性與黏性增強。要獲得與普通混凝土相當的工作性能，再生混凝土需要多加水5%～15%，基于此一些研究人員建議采用預飽和水法讓再生集料在使用前先吸水飽和[4]。

1.3.3 再生混凝土的耐久性能

抗碳化性能和抗凍融性能是混凝土耐久性能的重要指標，通過實驗可以得出：①隨著時間的推移，混凝土試塊的碳化深度在逐漸變大，再生混凝土的抗碳化性比普通混凝土稍微差一點，主要原因可能是再生混凝土的骨料存有一定的裂縫，使得在碳化過程中更容易讓二氧化碳通過，其抗碳化的能力略差;②在相同的凍融循環次數下，再生混凝土凍融前后的質量損失大于普通混凝土，這是因為再生混凝土中骨料的吸水率遠遠大于普通混凝土中骨料的吸水率。伴隨著溫度降低，混凝土孔隙中的水分將會開始結冰，在此過程中水的膨脹會受限制于較大孔隙中凍結水分產生制約。而再生混凝土因骨料自身存在著較多的裂縫空隙，所以其會發生凍脹而正好缺少緩解膨脹壓力的自由孔隙，當靜水的壓力作用在孔隙壁上時就會產生相對大的抗拉強度，達到混凝土的極限抗拉強度的機會就會更加的大，所以這樣再生混凝土的表面脫落就越多，即混凝土試塊的破壞就更加的嚴重[5]。

1.3.4 再生混凝土構件外觀質量

再生混凝土構件外觀質量主要是指表面平整度，裂紋、蜂窩、麻面現象。而外觀質量主要受水泥、粗細集料等因素影響，再生骨料通過清洗、分級后已接近于天然骨料，對外觀質量影響不大。所以，提升外觀質量更好的的辦法是從生產工藝和養護方式上入手。

2 再生混凝土技術的應用

2.1 再生混凝土骨料破碎加工

目前再生骨料的加工方法大同小異,即將不同的切制破碎設備、傳送機械、篩分設備和清除雜質的設備有機地組合在一起共同完成破碎、篩分和除去雜質等工序最后得到符合質量要求的再生細骨料和再生粗骨料。

生產過程包括三個階段:

(1) 預處理階段：除去廢棄混凝土中的其他雜質,用破碎機將混凝土塊破碎顆粒狀；在裝配式構件生產過程中，會因為各種原因造成構件的損壞而報廢或每天的混凝土殘渣損耗等，而這些廢棄混凝土非常占用存放空間，那么首要任務就是將這些廢棄物破碎處理，分類存放，并且破碎拆除出來的鋼筋也可以回收再利用。

(2) 碾磨階段：混凝土塊在偏心轉筒內旋轉使其相互碰撞、摩擦、碾磨除去附看于管料表面的水泥漿和砂漿。碾磨后的混凝土塊大小不一，形成一種多級的連續級配。將這些多級骨料拌和水泥、外加劑形成再生混凝土。但因性能影響，僅可用于透水磚，路牙石等非承重、安全因素較小的構件中。

(3) 篩分階段：最終的材料經過過篩除去水泥和砂漿等細小顆粒最后得到的即為高性能再生骨料。進過篩分清理后的再生骨料，性能較好，與天然骨料性能接近，采用合適的配合比，即可形成性能較好的再生混凝土，可用于裝配式房屋建筑的非承重構件生產中。比如填充墻、室外裝飾掛板等。

2.2 再生混凝土構件性能試驗

結合我公司的生產情況，可以將廢棄混凝土破碎后生產混凝土填充墻、混凝土保溫墻板等裝配式構件,也可以制作混凝土路牙石、排水溝等非承重構件。對再生混凝土構件進行相應的力學性能和物理性能的研究，通過試驗研究再生骨料的含量、外加劑摻入量和構件類型設計對混凝土構件物理力學性能的影響，并與天然混凝土進行對比，尋找能作為墻體材料的合理配合比，進而進行再生混凝土構件的抗壓試驗，對比分析設計規范中的抗壓計算公式，對再生混凝土構件的抗壓適用性，為進行實際生產再生混凝土構件提供試驗依據。

3 再生混凝土技術主要技術難點和解決方法

3.1 技術難點

再生混凝土主要技術難點在于如何提高再生混凝土強度，由于再生骨料的來源是原本廢棄的混凝土，因此，其本身會出現一定的裂縫現象，骨料的強度也會受到嚴重的影響。由于混凝土碎塊的成分比較復雜，所以混凝土的強度也就不同。往往混凝土表面會出現嚴重的碳化現象。混凝土骨料在經過腐蝕侵蝕之后，內部會變得酥軟，強度明顯下降。一般情況下，混凝土骨料的強度相對較低，應用情況相對比較復雜?，F階段，我國的再生骨料混凝土主要是用來對中檔或者是低擋的混凝土來進行配制。

3.2 解決方法

一是提高混凝土強度。要想提升混凝土的強度，就應該不斷增強骨料的強化作用。在此過程中，不可避免地要進行機械和溶液的處理。在機械處理的過程中，其主要的目的就是要去除混凝土骨料表面的水泥砂漿等成分。如果再生混凝土骨料經過球磨機活化之后，必然會提升自身的質量。而且，再生骨料的壓碎指標明顯降低，可以在鋼筋混凝土構件中得以高效的應用。溶液處理的復雜程度相對較高，需要經過酸液和其他的化學漿液的清理之后，再對骨料進行浸泡，待其完全干燥之后就可以進行高效地處理。另外，還應該對可再生骨料的結構進行優化，提升其密集程度,提升骨料的穩定性和堅實程度[6]。

二是合理地利用再生混凝土。裝配式建筑構件對混凝土強度要求較高，安全性能要求較嚴，這極大的限制了再生混凝土的發展。但合理的利用再生混凝土同樣能夠發揮再生混凝土的用途。裝配式建筑構件中，部分構件采用非承重結構，比如填充墻、裝飾掛板、彩色混凝土等，也可用于市政項目，比如透水磚、路牙石、排水溝等，其再生骨料原本的缺點反而成為新型預制構件的優點，合理利用，貼近天然。

4 再生混凝土技術研究的意義和目標價值

由于再生骨料與天然骨料的性質不同,故再生骨料混凝土與天然骨料混凝土的性能亦不相同。再生混凝土與天然骨料混凝土相比,其抗拉強度、抗壓強度和坍落度都比較低,但是如果采用合適的配合比和加入適當的外加劑,則與天然混凝土的性能相近,甚至超出。所以,利用廢棄混凝土作為再生骨料制作混凝土構件,甚至可以替代天然混凝土構件,起到建筑資源循環利用的作用,具有很好節能與環保的經濟、社會效益,并具有廣泛的應用前景在裝配式建筑構件生產過程中，混凝土每天都會產生一定的損耗，這些損耗的混凝土如果能充分再利用，制作成不同性能的混凝土，用于不同的構件生產，能夠形成非常顯著的經濟效益、社會效益和環境效益。