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创新实验成果

成果题目： 混凝土再生利用方法总结

20 13年 10月20 日
混凝土再生利用方法总结
一：引言：
随着商品混凝土在我国的蓬勃发展,混凝土行业己然成为建筑材料领域的支柱行业。然而混凝土作为最大宗的人造工程材料,一旦建筑物或构筑物解体,它也会相应地成为建筑垃圾的“主力军”。目前在我国,每年混凝土废弃物的排放量就超过一亿吨,这些废弃混凝土在过去大多得不到较好的回收利用,同时还需要大量的场地来处理这些建筑垃圾(堆放或填埋)。与此同时,水泥工业作为建材行业的支柱产业,在资源、能源消耗方面也是当之无愧的“大户”。这与21世纪资源短缺、能源匾乏的现状是相悖而行的。我国在《水泥工业发展专项规划》中明确指出水泥工业发展的指导思想:大力发展循环经济,保护生态环境,依靠技术进步实现水泥工业的可持续发展。
1 国内外混凝土再利用的现状世界发达国家无一例外地都很重视混凝土建筑垃圾的再生利用。比如丹麦、荷兰等一些地势低洼的国家，砂石资源特别稀缺，因而也最重视包括废弃混凝土在内的建筑废料的再生利用。1976 年，荷兰、比利时就与联邦德国政府联合成立了“混凝土解体与再利用委员会”，开始以废弃混凝土作为混凝土的粗、细骨料。我国已经开始了建筑垃圾资源化利用的研究。虽然我国对再生混凝土的研究起步比较晚，还处在试验室阶段，但也取得了相应的成果。目前，国内数十家大学和研究机构开展了再生混凝土的研究且作已逐渐深入。长安大学、武汉科技大学、同济大学则开展了将水泥混凝土废弃物用于道路工程基层、面层、土基及防护工程的研究，并在河南、湖北等地的旧路改造中进行了现场实验研究，同济大学则在校内用水泥混凝土废弃物加工料建设了一条道路。
二：混凝土再利用的前景
2. 1 混凝土回收利用
废弃混凝土的回收一般经过拆除、运输、破碎、筛分、冲洗、送至混凝土拌和厂等程序，因此再生骨料价格一般比普通骨料要偏高，且各项指标达不到新料物的指标，不易被建筑商所接受。
2. 2 混凝土直接利用
我们暂且把混凝土废料分为粒料和块状两种。前不久中央电视台“新闻联播”报道了一则新闻:
北京昌平一家建筑施工单位把建筑混凝土垃圾用于基础打桩。在处理基础打桩时，把经简单处理的建筑垃圾不断填入桩内然后打实，其基础桩的密实度比传统做法提高了 3 ～ 5 倍。该项技术在数省 100 多个城市推广实施后，节约建设投资 1 亿多元，并且减少了大量
的建筑垃圾，提高了工程质量。报道中谈到的指的是粒料的混凝土废料。块状混凝土废料目前国内外均没有利用的报道和研究结果，结合我国的国情及水域情况，以及水利工程施工的特点综合分析: 块状混凝土废料完全有可能直接利用到水利工程施工中去，特别是在河道整治工程基础中的应用要更为广泛和实用。
三：废弃混凝土再生利用的主要途径
3.1 基础和道路垫层
目前，我国最常见的再利用方法是将废弃混凝土破碎后作为建筑物基础垫层或者道路基层。 再生利用时，废弃混凝土再生骨料自身已经具备了基本性能，只要使用普通鳄式粉碎机进行轧制，超限的粒径筛出后重新加工，这样就可以得到符合要求的再生骨料，操作简单，备料方便，经济效果显著。
在实践中，以合格水泥为结合料，参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》， 采用击实实验和静压成型实验会使再生骨料发生不同程度的破碎，导致再生骨料内部存在缺陷，造成所制做的试件离散性非常大，同样材料、级配、水泥用量和养护条件下，试件的抗压强度却有着很大的区别。 试验发现，如果采用振动压实成型的方法，并且选用合理的工艺参数，则可以避免缺陷的产生，试件的强度和变异性都满足公路基层规范的指标要求，是废弃混凝土再利用的一个有
效途径。
3.2 新型墙体材料
为了促进新型墙体材料的发展和应用，保护土地资源和生态环境，节能利废，建设节约型社会，国家大力提倡非黏土砖的墙体材料的研发、推广和应用。 目前的砌体块材中有混凝土砌块、加气混凝土、矿渣混凝土砌块等。 可以将废弃混凝土破碎后生产混凝土砌块砖、铺道砖、花格砖等建材制品，也可以制作混凝土空心砌块。 进行相应的力学性能和物理性能的研究，通过试验研究再生骨料的含量、外加剂掺入量和空心砌块形状的设计对混凝土空心砌块物理力学性能的影响，并与天然混凝土进行对比，寻找能作为墙体材料的合理配合
比和空心砌块的体型。 进而进行再生混凝土空心砌块砌筑的砌体柱的抗压试验，对比分析《砌体结构设计规范》的抗压计算公式，对再生混凝土空心砌块砌体柱的抗压适用性，为进行实际生产再生混凝土空心砌块提供试验依据。由于再生骨料与天然骨料的性质不同，故再生骨料混凝土与天然骨料混凝土的性能亦不相同。 再生混凝土与天然骨料混凝土相比，其抗拉强度、抗压强度和坍落度都比较低，但
是如果采用合适的配合比和加入适当的外加剂，则与天然混凝土的性能相近，甚至超出。 所以，利用废弃混凝土作为再生骨料制作混凝土空心砌块，可以替代黏土砖、水泥砖、混凝土砌块等墙体材料，起到建筑资源循环利用的作用，具有很好节能与环保的经济、社会效益，并具有广泛的应用前景。
3.3 再生混凝土
再生混凝土又叫再生骨料混凝土，是指将废弃混凝土经过清洗、破碎、筛分和按一定比例与级配混合，形成“循环再生骨料”， 部分或者全部代替砂石等天然骨料配制成的再生骨料混凝土，用在钢筋混凝土结构工程中，这是废弃混凝土最有价值的再利用方法，是应该要提倡的未来混凝土的发展方向。
3.3.1 再生骨料的制备工艺
传统的再生骨料制备的生产工艺简单，成本低廉，应用
较为广泛。 生产流程如图 1 所示。
料仓 → 一级破碎 → 二级破碎 → 筛分机 ↗ 再生粗骨料
（鳄式破碎机）（鳄式细破机） ↘ 再生细骨料
图 1 传统再生骨料制备流程
但是，由传统的制备技术所得到的再生骨料具有吸水率高、坚固性差、再生利用率低的缺点，这导致再生混凝土的物理力学性质（抗压强度、弹性模量等）、耐久性能（抗冻性、抗渗性等）、工作性能（流动性等）经常低于普通混凝土，因此有必要对其制备技术进行改进。 实验研究发现，对废弃混凝土采用加热处理、机械摩擦、粉磨破碎和筛分的方法可实现粗骨料、细骨料和水泥石之间较为完全彻底的分离，改善再生骨料和再生混凝土的品质，提高再生资源利用率。 因为骨料和水泥石的热膨胀系数不同，加热时，可促进骨料和水泥石界面形成并发展微细裂缝，再利用机械摩擦或粉磨破碎产生的荷载使微细裂纹进一步失稳发展，从而使废弃混凝土和水泥石实现较为彻底的脱离，进而通过筛分实现各自的完全分离。 首先，需要注意的是在一定温度范围内，随着温度的升高，分离效率也提高，特别是粗骨料的吸水率和干表观密度明显改善，但是加工温度并不是越高越好，超出一定温度时，变化趋势平缓，经济效果不显著。 因此，要综合考虑经济成本和技术要求等因素，确定其最佳热处理温度。 其次 ，需要控制好水泥石的粉磨破碎的时间，时间太长，大部分石英砂被磨成细粉，要使石英砂和水泥石的粒径分布处于适宜范围。
3.3.2 再生骨料技术性能
混凝土再生骨料根据粒径大小可以分为再生粗骨料（粒径 5~40mm）和再生细骨料（粒径 0.15~2.5mm）。 由于再生骨料和普通骨料具有相近的性能 ，所以，以再生骨料为主要组成材料所制成的再生混凝土和普通混凝土也有着相近的各项性能。
3.3.3 高性能再生混凝土
与天然骨料相比，再生骨料中存在大量水泥砂浆及其他杂质， 其耐久性不高， 因此有学者提出再生混凝土不宜用于一般工业厂房与民用建筑中， 再生骨料只能用于地基加固、低等级道路和城市人行横道的级配垫层、 混凝土空心砌块等，极 大地限制了再生混凝土的应用。 然而，通过实验研究结果表明：高品质再生细骨料混凝土的强度高于天然骨料混凝土，且随着再生细骨料取代量的增加而增大；高品质再生粗骨料混凝土的强度接近天然骨料混凝土强度，且随着再生
细骨料取代量的增加而无明显变化； 在高效减水剂的作用下，粉煤灰、矿粉和硅灰大掺量复掺，可制备工作性能良好、早期强度满足要求和后期强度有极好发展的高性能混凝土；再生骨料和各种掺和料的适应性比较好，超细矿粉和普通矿粉复掺能够明显提高再生混凝土强度。也就是说，粉煤灰、矿渣和硅灰等矿物掺合料大量取代水泥，使用高效减水剂降低混凝土水胶比，可以制作出工作性良好、强度较高、耐久性较好的高性能混凝土。 高性能再生混凝土很好地扩大了再生混凝土的应用范围和使用效果。
4.4 再生水泥
目前，韩国已经成功开发了从废弃的混凝土中分离出水泥，并使这种水泥能再生利用的技术。 主要流程是：首先把废弃混凝土中的水泥、骨料和钢筋等分离开来；然后在 700℃的高温下对水泥进行加热处理；最后，添加秘密配方的特殊的物质，就能生产出再生水泥。 这种再生水泥的强度与普通水泥几乎一样，有些甚至更好，能够符合普通建筑工程的施工标准。 这种再生水泥的生产成本仅为普通水泥的一半，而且在生产过程中不产生二氧化碳，有利于环保。 经估计，每 100t废弃混凝土能够获得 30t 左右的再生水泥。因此，这项技术不仅有利于解决建设中的大量废弃物问题（废弃混凝土），还能解决缺乏水泥的原料（石灰石）的资源枯竭问题。 目前，该技术已经申请了专利，并开始批量生产，试点推广，现场反应良好。
四：结论与展望
废弃混凝土需要占用大量空地存放，污染环境，浪费耕地，成为城市一大公害。 随着实践和研究的不断深入，废弃混凝土资源再生利用途径和方法众多， 生产技术日益成熟，废弃混凝土再利用将面临巨大发展机遇，成为未来中国建筑材料的发展方向，广泛的应用于工程结构中。 再利用不仅解决了建筑垃圾对环境的污染， 节约大量的清运费用和处理费用，而且再生利用还节省了大量天然骨料，保护了生态环境，符合可持续发展的要求。 废弃混凝土资源再利用，将一定程度上解决废弃混凝土的处理问题，符合节能型社会发展的潮流，将为我国的发展提供巨大的社会、经济和环境效益。

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