論利用廢棄混凝土生產再生制品的技術運用

董自修

（山西農業大學，山西 太原 030000）

1 研究背景與意義

2000年后國家逐步禁止使用實心粘土磚，探究實心粘土磚的替代材料迫在眉睫；另一方面隨著我國城市化進程的不斷深入和20世紀60、70年建筑物的報廢拆遷，廢棄混凝土的安全處置問題也越發的急切。

大連理工大學的王立久教授提出了建筑材料的全生命周期的概念。產品全生命周期概念啟發我們：把廢棄混凝土用來做生產再生制品的原料，這對保護環境和實現廢棄資源再生利用具有重要的意義，同是也為實現環保效益和經濟效益的雙豐收提供了一個良好的切入點。

2 研究現狀

中外很多學者就廢棄混凝土的再生利用的試驗研究表明，廢棄混凝土可以用來生產再生骨料、再生水泥和再生微分，由于我國的生產技術和生產工藝的落后，廢棄混凝土的再生制品性能不盡如人意。利用廢棄混凝土作為再生磚的生產原料，生產工藝相對簡單，并且在我國也有較廣闊的市場前景。

根據廢棄混凝生產再生磚側重點的不同，大致可以分為砂漿砌塊型和硅酸鹽制品型。

為了獲得更好的再生制品，提高廢棄混凝土再生產品性能，有一部分人專注研究廢棄混凝土再生微粉的活性激發，以期解決廢棄混凝土再生制品性能不佳、成本較高的難題。

2.1 砂漿砌塊

膠凝性材料（水泥）、細骨料、水和外加劑是砂漿的主要成分。用廢棄混凝土生產砂漿砌塊，具體的做法如下：再生骨料（部分或全部等量取代標準砂）+再生微粉（部分或全部等量取代水泥），充分混合后，加水使漿體固化，養護生產各種建材制品，在這我們以生產再生磚為例。

廢棄混凝土中含有大量的硅酸鹽、氯酸鹽、碳酸鹽系的混合物，在理論上存在被利用的潛在價值。陳勝利、李炳言[1]將廢混凝土和廢燒結磚等建筑垃圾研磨成粉，然后再添加一定量的固化劑，加水混合攪拌均勻后，在一定的壓力下成型，自然養護就可得到免燒免蒸磚。

張義利[2]則將廢棄混凝土再生成不同級配的細集料，采用水玻璃、石膏和礦渣混合材料作為膠凝性材料，然后加水攪拌，試壓成型，最后自然養護。結果表明28d的再生磚平均強度約為25MPa，強度來源主要為膠凝材料的水化產物。

徐麗娜、張豐慶等[3]將廢棄混凝土先進行預處理，待混凝土高溫裂解后，再破碎、粉末成廢棄混凝土粉，然后添加適量的激發劑、活性混合材混合均勻，和水攪拌，試壓成型，制得再生磚。再生磚的抗壓性能、耐久性等相關指標符合MU20標號磚的要求；在25~90℃范圍內低溫水熱固化時，抗壓性能隨養護溫度的升高逐漸增強，達到最佳抗壓性能時所需時長也越相應縮短。

將廢棄混凝土再生為砂漿砌塊，有一定的合理性，但是這些再生產品性能深受成型壓力、養護制度（溫度、時間）、再生骨料性能等因素的影響，質量不穩定，經濟性不高，有待進一步探索。

2.2 硅酸鹽制品

混凝土組成成分可以分為粗骨料、細骨料、膠凝材料、水和外加劑。混凝土硬化過程中，膠凝材料在水化作用下，大部分水化生成硅酸鹽類、氯酸鹽類等凝膠，起到膠結作用，但通常會遺留下一部分未水化的膠凝材料；另外就是已經水化生成的凝膠也會在研磨、加熱等條件下，脫水后重新獲得再水化能力。外加上原混凝土中未反應的骨料，經研磨后具有硅質原料和鈣質原料，這兩部分原料的活性很低，通常需要經過一系列的復合激發措施，才能使其具備活性。在這基礎上，可通過增加適當的活性校正原料調節鈣硅比，用來制備硅酸制品。

通過研磨處理后的廢棄混凝土，可以通過篩分，分離生產我們所需要的骨料、再生微粉，或者直接研磨到一顆粒級配作為再生原料使用。大批學者研究了采用部分再生廢棄混凝土產品、或全組分再生混凝土作為原料，根據實際需要增添普通膠凝材料，輔以不用的堿激發方案，蒸壓養護措施，成功制備了符合相關技術性能的塊狀產品。例如，馬保國等[4]利用部分篩分的再生混凝土制品成功制備了強度MU15的承重墻體磚，其廢棄物總用量高達95%；佟鈺、田鑫等[5]利用全組分廢棄混凝土作為原料成功制備了具有高性能力學強度的塊料產品。

利用廢棄混凝土再生產品作為原料來制備硅酸制品在技術上是可行的，但是產品性能深受配料比、堿激劑種類、成型壓力、蒸養制度（蒸養溫度、蒸養時間）的影響。原材料配比是決定產品性能的決定因素，它決定著水熱固化后膠凝材料結構和產量的上限；蒸養溫度可以決定膠凝材料水化后種類的類別以及生成的速率；蒸養時間在一定程度上直接決定水化凝膠的產量；試壓成型的壓力對硅酸制品塊料強度有一定的影響，它決定了塊料初始強度的大小，對塊料后期強度的發展有一定的影響。

3 再生微粉活性激發

廢棄混凝土的主要成分為水泥石、石灰石顆粒，含有未水化的水泥顆粒，具有潛在的活性，在本質上有被利用的價值。因此，選擇高效、經濟的活性激發方式，成為廢棄混凝土再生利用的技術突破口。

目前為止，再生微粉的活性激發方式主要有三種，分別為物理激發、化學激發和復合激發。物理激發主要是通過改變研磨時間、研磨方式及養護制度（溫度、時間）來激發再生微粉的活性。

研磨時間、研磨方式的對再生微粉活性的影響主要體現在廢棄混凝土中再生活性材料在內化學力的作用下，活性材料的比表面逐漸增大，被包裹的活性材料得以釋放，發揮活性作用。同一研磨方式下，活性激發的效果有一個最經濟的時間點，超過這個時間點后，活性不再增加。例如，徐如林[6]與郅真真、蹇守衛等[7]研究了粉磨時間對建筑垃圾粉料激發效果。試驗表明：粉料砂漿的抗折、抗壓強度隨粉磨時間的增加呈現先增加后平緩的趨勢，當粉磨時間超過40min后，強度基本不再增加。物理研磨這種激活模式對再生微粉活性激發的效果有限，并且往往是不經濟的，效果有限。

養護制度對再生微粉活性激發的效果比較明顯，他能較大程度的激活火山灰反應的進程，打破活性材料間的物質隔離，破壞顆粒表面的堅硬外殼，加速硅、鋁的溶解以及鈣離子的滲透，生成更多的膠凝材料，使內部結構更加牢固。郅磊[8]采用50%的混凝土粉料、2%的Ca（OH）2和0.6的水灰比進行配料，然后研究了蒸養溫度對廢棄混凝土粉料活性的影響，結果表明：在一定的溫度范圍內，蒸養溫度的提高的確可以有效提高再生產品的力學性能。然而，采取煅燒的方式不能有效提高廢棄混凝土燒結建材制品的性能，因為廢棄混凝土等建筑垃圾中含有較多的石灰石質原料，其高溫下生成CaO等產物，在大氣中使燒結制品產生石灰爆裂，不能用來生產燒結磚[9]。

化學激發可以高效激活惰性材料的活性，迅速破解活性材料之間的物質隔離，并且能夠有效改變膠凝材料的結構形式，激活效果明顯，但是其堿激發劑種類對堿激發效果影響比較大。例如，郝先成等人研究了建筑垃圾粉料在堿激發條件下取代50%膠凝材料時的活性指數，并進行活性評定。結果表明：在取代50%膠凝材料時，當Ca（OH）2的摻量為3.5%、NaOH摻量為4%、Na2CO3摻量為3.5%或Na2SiO3·9H2O摻量為5%時，均對建筑垃圾粉料有明顯激發作用，28d活性指數最大可70MPa。其微觀機理是：在OH-的作用下，建筑垃圾粉料顆粒表面的SiO2和Al2O3鍵斷裂，SiO2、Al2O3網絡聚合體的聚合度降低，表面形成游離的不飽和活性鍵，容易與Ca（OH）2反應生成水化硅酸鈣和水化硅酸鋁等膠凝性產物[10]。

廢棄混凝土再生利用的關鍵技術在于潛在活性材料的激活，這涉及一個系統性處理的問題。單一的激活措施，要么效果不理想，要么成本較高。工業化產品化生產需要一個系統性的優選，涉及廢棄混凝土收集、粉碎研磨工藝優選、復合堿激發劑的優化、養護制度的優選，以期降低能耗，提高產品性能，簡化生產工藝流程，提高經濟賦值，只有這樣才能產業化生產，投放市場。

4 總結與展望

隨著黏土資源的匱乏和廢棄混凝土再生利用的迫切性，將廢棄混凝土作為再生磚的生產原料，在利廢的同時還可以取得相當好的環保效益和經濟效益。利用廢棄混凝土生產再生制品，工藝簡單并且見效比較快，但是面臨著一些關鍵性的難題，比如再生磚的性能不穩定、缺乏相關的行業技術標準以及市場推廣力度，這同時也對我們提出了更高的要求。

廢棄混凝土再生制品的產業化生產，需要大量的研發資金和政府獎勵政策以及行業標準，只有這樣廢棄混凝土再生制品才能推廣開，產生預期的環保效益和經濟效益。

隨著相關難題的逐漸解決，我們可以預見，在不遠的將來，利用廢棄混凝生產的再生制品也將迸發出蓬勃的生命力，取得良好的經濟效益。