再生混凝土在農田水利建設中的應用研究

黃瑤

南寧理工學院 廣西 桂林 541006

現階段，惡劣天氣頻發，我國水利設施存有規范低、配套設施差、衰老失修、作用衰退等致命性缺點。水利設施基本建設顯著落后于社會經濟的發展。更主要的是，為進一步執行西部發展戰略，積極主動拉動內需，推動中西部地區又好又快的發展趨勢，“一號文件”(《中共中央國務院有關加速水利改革發展的決策》)初次對水利工作中進行了全面部署。“把水利做為我國設備建設規劃的先行行業，把農田水利做為鄉村設備建設規劃的重點項目”，一號文件明確指出，推動田地水利基本建設，推動鄉村飲水安全、農業節水灌溉等產業發展規劃。現階段在我國許多地域，輸水到田里的最后一個階段是土渠輸水，但是漏水比較嚴重，輸水能力低，土渠澆灌效率減低，導致水源的巨大消耗。然而，我國農田自來水要通過干、支、桶、農、毛五種方式運輸，溝渠建造過程中必定要耗費較多的混凝土。

1 再生混凝土農田水利的概述

我國經歷了新農村規劃階段，村貌煥然一新。可是，也形成了大批量的建筑垃圾。傳統式的建筑垃圾處理方法主要是運往近郊區室外堆積或垃圾填埋，這不但會占有大量的土地資源，并且會明顯地造成空氣污染。建筑垃圾的有效解決和循環利用是綠色發展策略的關鍵構成部分。

再生混凝土是將廢舊水泥混凝土通過生產加工、粉碎、等級分類，按一定比例混合產生再造石料，一部分或整體取代純天然石料而制作的混凝土。現階段的研究大多數聚集在如何使再生混凝土具備更高的抗壓強度，對廢舊水泥混凝土中的粗骨料也有更高的規定。這類再生混凝土主要利用廢舊水泥混凝土中顆粒粒徑為5mm～31.5mm的粗骨料，但材料還帶有舊混合砂漿、砂礫石和煙塵，成份繁雜，因此抗壓強度較天然骨料強度低。

材料表明，我國每一年形成的建筑垃圾數不勝數。這種建筑垃圾的主要成分是混凝土墊塊和瀝青混合料塊。這種建筑垃圾是城市生活垃圾的主要構成部分，占生活垃圾量的近一半。廢舊混泥土每一年約占3000萬噸級，呈逐漸增多的發展趨勢[1]。傳統式建筑垃圾的主要處理方法是通過貨車拉運進行丟棄，丟掉建筑垃圾也是存在很大的消耗，還破壞了生態環境。目前，我國十分重視廢棄物的回收利用，制訂相應的相關法律法規，相繼頒布了國際性的文檔，對限定廢棄物的回收利用起到了一定的功效。

2 我國再生混凝土應用于農田水利工程的研究設計

2.1 明確地提出問題

現階段,世界水泥的年均生產約為28萬億m3,而中國水泥的年均生產約為13萬億～14億m3,大約占世界總產值的45%。據估算,目前中國每年的廢舊混凝土粉碎總量大約為4000萬噸級,其生產過程與處理方法對自然環境產生了很大的危害。在混凝土制造過程中,骨料一般占水泥生產量的75%，因而廢棄混凝土的回收利用已變成管理科學的主要課題研究。在水利建設中，混凝土的劑量特別大，假如廢棄混凝土可以獲得合理的加工處理和運用，生產加工成再生骨料，再做成再生混凝土，就變成可以循環利用的再生能源。既能降低廢棄混凝土對自然環境的環境污染，又能降低很多純天然骨料采掘對自然生態環境造成的危害，合乎綠色生態可持續發展觀的規定，具備顯著的社會發展、經濟發展的生態效益。文中主要從抗壓強度和使用性能剖析的視角科學研究再生混凝土在水利建設中的必要性和適應能力[2]。

2.2 科學研究試驗的設計方案

2.2.1 試驗原材料

試驗材料為桂林海螺牌普通硅酸鹽水泥 P.O 42. 5；漓江河沙，中砂；天然粗骨料為碎石，粒徑為5mm～31.5mm；再生粗骨料由廢棄混凝土試塊原始設計強度等級為C30，齡期1 年左右， 經過人工破碎、清洗、晾干、篩分后使用，粒徑范圍為2mm～31.5mm；水為桂林市居民生活用水。比照再生粗骨料和天然粗骨料的基礎特性，可以發覺再生粗骨料相對密度低、吸水性高、壓碎指標值大，表明再生骨料孔隙率高、抗壓強度低，這主要是因為其表層依附了大批量的混合砂漿。

2.2.2 再生混凝土配合比

在達到混凝土粘結性的基本條件下，根據多次實驗明確再生混凝土和一般混凝土的配合比。再生混凝土為一般硅酸鹽水泥、中砂、水、天然碎石和再生粗骨料按一定比率配制攪拌而成。其中再生粗骨料通過繁雜的處理過程，包括挑選和清理晾干、篩分后使用。配制水灰比為0.47五組分別編號為A-1、A-2、A-3、A-4和A-0組（見表1）。此次實驗中A-1、A-2、A-3、A-4和A-0組的再生粗骨料粒徑范圍區間不同，是由于再生粗骨料的吸水性稍高于純天然骨料，在實際涉水環境需考慮含水率對再生混凝土力學性能影響。

表1 再生混凝土配合比設計

2.2.3 試樣的澆筑和保養

再生混凝土攪拌設備都是50升的攪拌器。加料次序是先添加水泥和砂，再添加粗骨料，最終放水，拌和3～5 min，隨后測塌落度。檢測坍落度后，將混凝土拌和物引入鋼模板中，24小時后拆板，并將其馬上放進標養室，在規范條件下保養28天，隨后取下并開展檢驗。全部的試樣都是同時鑄造的[3]。

2.2.4 測試標準

依據《水利混凝土實驗技術規范》檢測混凝土的抗壓強度。

2.2.5 試驗數據統計分析

從表2可以看出，粗骨料中帶有廢棄混凝土塊，不同的替代率會使混凝土的抗壓強度變化存在跳躍性。但倘若將廢棄混凝土塊粒徑控制在5mm～31.5mm，抗壓強度不易顯著降低。含水狀態下的再生粗骨料對應的混凝土抗壓強度均低于干燥狀態下的再生粗骨料對應的抗壓強度。表明再生混凝土含水狀態下抗壓強度受到一定影響，這是由于廢棄混凝土塊表層不光滑，再生粗骨料表層遮蓋有砂漿，同時在廢棄混凝土在破碎制作過程中，外力造成內部很多微縫隙，從而影響再生混凝土的抗滲性。同一組不同替代率的再生粗骨料的干燥狀態立方體試件抗壓強度受粗骨料粒徑范圍影響較大，A-1-1組的含水率小于A-1-2組，說明粗骨料顆粒粒徑較小在很大程度上危害再生混凝土的防滲漏性。粗骨料粒徑范圍較大時，粗骨料顆粒之間空隙由小顆粒的骨料填充，空隙率減少，對提高再生混凝土構造密實度有一定影響。更為科學，增強了再生混凝土的防滲性。

表2 干濕狀態再生粗骨料對再生混凝土抗壓強度測試結果

3 在農田水利工程混凝土中采用再生混凝土的可行性

3.1 試驗結果表明

（1）廢棄混凝土塊制備粗骨料時的骨料替代率不高時，廢棄混凝土通過篩選和清理后，再生混凝土的強度和抗滲等級性略低于一般混凝土，但降低范圍并不大。

（2）再生混凝土中的廢舊混凝土塊如果處理后，若粗骨料采用粒徑范圍較小，其強度和抗滲性會大幅度降低，但仍能達到農田水利工程的要求。

總體來說，再生混凝土可以處理新農村規劃留有的大量城市垃圾，只需對廢舊混凝土開展簡易篩除，骨料顆粒集配良好，有益于提升抗滲性，控制成本[4]。

3.2 再生混凝土的抗壓強度影響

再生粗骨料與新舊水泥砂漿的粘結性弱，因為再生粗骨料孔隙率高，承擔徑向內應力時非常容易產生應力；再生骨料抗壓強度低表明壓碎值大；再加上原始損害和二次損傷，再生粗骨料中出現很多的微縫隙。廢舊混凝土經清除粉碎后，依照一定占比配制的再生粗骨料。大部分純天然骨料通過一定的配備后變成新的混凝土。

再生混凝土的抗壓強度受其含水率和再生骨料的粉碎的過程的影響。在環境變化時，基于干濕環境下，只替代一部分的粗骨料的再生混凝土抗壓性能影響較小。因為再生骨料表層遮蓋有混合砂漿，可以減少再生骨料與現階段新式混合砂漿中間的延展性，進而合理加強強度。與此同時，再生骨料表層可使表面粘接更為堅固，再生骨料抗壓強度可大幅度減少，混凝土劣變可獲得合理補償。

4 農田水利工程采用再生混凝土的意義

4.1 再生混凝土的經濟效益和綠色利用

通常情況下，農田水利工程中所需要使用到的混凝土量極大。一些較為大型的工程項目，如青海的盤島水利樞紐工程項目，主要是利用混凝土漿砌石來修建重力壩。如果選用再生混凝土，可以回收利用很多廢舊混凝土，進而達到對環境進行保護的目的。廢棄混凝土的回收利用不但可以處理許多傳統混凝土廢棄物處置方法無法解決的對自然環境的不良影響，還能夠節約許多垃圾清理費和處理費。另一方面，在混凝土工程項目中運用再生骨料替代純天然骨料，可以減少對純天然砂的采掘，避免過多采掘毀壞河道綠色生態。據有關分析材料表明，廢棄混凝土作為再生骨料，可節約62%的碎石資源。廢棄混凝土作為混凝土原料，不僅可以節約62%的碎石資源，還能夠節約60%的高品質石灰石、40%的黏土和35%的粉資源，從而用以混凝土生產制造，能夠降低20%的CO2排出。因而，再生混凝土的使用有益于維護生態資源和自然環境。充分考慮環境要素，做好政府部門的產業布局和我國法律規定的維護。

4.2 再生混凝土再利用

由于農田水利工程構造經常是涉水環境進行施工時間相比較長，中小型農田水利工程構造施工時間在3年左右，而一些大型的農田水利工程構造施工時間通常在10年以上。涉水環境施工時間相對較長，施工現場附近占地較大有益于廢棄混凝土的堆積以及再生粗骨料的生產制造應用。相比于一般混凝土，干濕環境下再生骨料混凝土的物理性能稍遜一籌，但毋庸置疑的是，通過含水率分析再生混凝土性能變化，推斷再生骨料具備廣泛的應用前景。在實際工程涉水環境中，可以依據結構的部位有選擇更換，針對關鍵的承重結構，可適度減少再生粗骨料替代率，并設置限制值或容許范疇；針對一般結構工程項目，如路控制面板、橋梁欄桿、安全防護塊等附設結構，可以進行拆換。水環境中再生混凝土的合理有效運用是走可持續發展道路的重要途徑。可持續發展的核心內容是遵從發展趨勢，規定人們不斷創新生產過程和生活習慣，更改人們對大自然的態度。在綜合利用生態資源的同時，需要留意保護生態環境資源。據調查，在我國每一年建筑工程澆筑混凝土約15-20億m3，混凝土中沙石骨料占總品質的70%以上，使用量極大。據我國沙石研究會統計分析，近些年，我國建筑用砂量增長幅度超出10%，因為工程建筑骨料需要量增大，開采、挖砂、挖地、采土等行為不僅會導致土壤侵蝕、植物群落毀壞，還會嚴重危害公路、橋梁、江河安全，甚至還會繼續加速資源的耗費。完善農田水利工程不僅僅是我國實現現代化的主要任務，也是合理消除阻攔我國進步“短板”的有效措施，是保證我國社會經濟快速發展的主要發展戰略措施[5]。

4.3 有益于生態環境保護

一般來說，農田水利工程施工通常在房屋建筑周邊的水環境中開展施工，但為了更好地能夠滿足現階段農田水利工程的主要規定，開采許多的純天然骨料，這與現階段綠色建筑的發展前景不相符。與此同時，施工現場務必會對當地的自然環境造成嚴重的污染，占據較多空間。如果利用廢舊混凝土做為農田水利工程建筑再生混凝土的再生骨料，可以有效地減輕空氣污染的程度，減少農田水利工程設計施工的原料耗費。伴隨著建筑行業的發展趨勢，勢必會造成很多的建筑垃圾，開發設計高性能混凝土合乎綠色經濟的發展模式。據有關數據信息粗略地統計分析，僅在水環境農田水利工程修建流程中，每萬平方工程建筑就會造成500 ～ 600噸建筑垃圾。2005年第一屆智能化與綠色節能建筑技術性周的討論會上強調，預估到2020年，中國將新增加建筑面積約為300億平方米。按此測算，我國目前建筑面積將造成最少20億多噸建筑垃圾。在過去的的20～30年里，建筑行業進入了迅速發展的環節，伴隨著城市化過程的加速，很多舊工程建筑被拆卸，這將出現更多的建筑垃圾。權威專家認為，可能造成的建筑垃圾將達到5-7億多噸，這是一個令人吃驚的數據。而中國的建筑垃圾處理技術性還相對落后，建筑垃圾的整體處置和利用還處在啟動環節，因此絕大多數建筑垃圾僅僅通過簡易垃圾填埋處理，如此多的建筑垃圾，利用如此簡潔的處置方式，勢必會給城市和住戶產生顯著的傷害。因此，更應該科學使用再生混凝土，對環境進行保護。

5 結語

綜上所述，在一般情況下水環境再生混凝土的綜合性能小于一般混凝土。但只要采用有效對策，能夠達到一般水工級別對混凝土性能的規定，進而展現出不錯的社會價值和經濟收益。為了更好地對干濕環境下再生混凝土力學性能在農田水利工程項目有效利用，還要進一步地研究和探討。再生混凝土廢料利用可以有效地緩解部分環境污染的狀況，與此同時，還可以減少對許多純天然石料的采掘，降低對現階段生態環境保護的危害，減少電力能源和網絡資源的耗費，合乎現階段可持續發展觀的規定，是現階段發展趨勢中綠色再生混凝土的具體使用方式。