浅析国内外再生骨料混凝土现状及发展趋势.pdf
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1、2 0 1 3 年 第7期 (总 第 2 8 5 期 ) Nu mb e r 7 i n 2 01 3( To t a l No2 8 5) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATEI UAL AND ADM I NI CLE 浅析国内外再生骨料混凝土现状及发展趋势 张晓华 1 ,2 ,3 ,孟云芳 1 ,2 ,3 9任杰 1 ,2 ,3 ( 1 宁夏大学 土木与水利工程学院,宁夏 银川 7 5 0 0 2 1 ;2 宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心,宁夏 银川 7 5 0 0 2 1 ; 3 旱区现代农业水资源高效利用工程研究 中心 ,宁夏 银川 7 5
2、 0 0 2 1 ) 摘要 : 建筑垃圾由于组成复杂 , 地区差异较大, 有效利用这一资源将受很多因素的影响。 尽管如此 , 在可持续发展前提下, 把 建筑垃圾作为资源有效利用依然是环境保护、 材料科学领域研究重点 内容之一。 通过大量阅读调查整理得到国内外关于再生骨料 混凝土研究现状 , 进一步找出再生混凝土发展趋势 , 为后续研究提供理论保障。 关键词 : 建筑垃圾;资源化 ;再生骨料 ;再生混凝土 中图分类号 : T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 7 0 0 8 0 0 4 P r e l i m
3、i n a r y s t u d y o f t h e p r e s e n t s i t u a t i o n a n d de v e l o p m e n t f o r t h e r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e i n d o m e s t i c a n d f or e i g n ZHANG Xi a o hu a1 , 2 , 3 7 MEN Yu n f a n g1 ,2 ,3 REN J i e ( 1 S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i
4、n g a n d Wa t e r C o n s e r v a n c y , Ni n g x i a Un i v e r s i t y , Yi n c h u a n 7 5 0 0 2 1 , C h i n a ; 2 Eng i n e e r i n g Te c h ni q u e Re s e a r c h Ce nt e r f o r W a t e r S a v i n g I r r i g a t i o n a nd W a t e r Re s o u r c e s i n Ni n g x i a, Yi nc h ua n 7 5 0 0
5、2 1, Ch i na; 3 C e n t e r o f E n g i n e e r i n g R e s e a r c h o nE f fi c i e n t Ut i l i z a t i o n o f Wa t e r Re s o u r c e s i nMo d e mAg r i c u l tu r a l i nA r i dR e g i o n s , Yi n c h u a n7 5 0 0 2 1 , Ch i n a ) Ab s t r a c t : Du e t o t h e c o mp l e x o f c o mp o s i
6、 t i o n the b i g g e r d i ff e r e n c e i n t h e a r e a t h e e ff e c t i v e u s e o f t h i s r e s o urc e wi l l b e a ff e c t e d b y ma n y f a c t o r s Ne v e r t h e l e s s, i n t he gu i d a n c e of s us t a i n a b l e d e v e l o p me nt , we t a k e the c o n s t r uc t i o n
7、wa s t e a s r e s o u r c e s a n d i t i s s t i l l o n e o ft h e k e y c o n t e n t s i n e n vi r o n me n t a l p r o t e c t i o n a nd ma t e r i a l s s c i e n c e Th r o ug h a l o t of r e a di n g, ga t he r i n g i n f o r ma t i o n a t d o me s t i c a n d f o r e i g n o n r e c y
8、 c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e I d e n t i f yi n g the tr e nd of t h e fi a r t h e r d e v e l o p me n t o f t h e r e c y c l e d c o n c r e t e a n d p r o v i d i n g t h e o r e t i c a l s u p po f o r fi a r t h e r s t u d y Ke y w or ds: c o n s t r u c t i o n wa s t e; r e
9、 s c u r c e; r e c y c l e d a ggre g a t e; r e c y c l e d c on c r e t e 伴随经济快速发展我们国家城市面貌发生 了翻天覆 地的变化 , 由于城市不断地扩建大量 旧建筑被拆 毁 , 大量 的建筑垃圾被迅速排出。 城市空间不断扩展的同时, 建筑垃 圾所带来 的烦恼也不短增加 , 以宁夏地区为例 , 建筑垃圾 约占城市 固体垃圾总量的 3 0 - 4 0 , 根据现有统计 资料显 示在建筑施工过程中, 仅建筑垃圾就会产生 5 0 0 6 0 0 t 万 1 T I 而拆除 旧建筑将产生 7 0 0 0 1 2 0 0 0
10、 t 万 n l z 建筑垃圾 。 以我 国现有的建筑 4 0 0 亿 m : 来计算, 按照年均建筑拆除4 亿 m 左右 , 年均产生建筑垃圾 4亿 5 亿 t , 加上建筑施工 、 建筑 装修过程产生的建筑垃圾合计每年 5 亿 6 亿 t 左右。 一 般建筑物在设计 阶段考虑使用周期 1 0 0 年来计算 , 但实际 上由于城市扩建、 建筑物性能改变、 建筑本身所属变更等 各种原因, 建筑往往达不到使用周期 1 0 0 年 即被拆除。 另外 。 目前我国基本建设速度不断加快 , 建筑面积不断扩大 , 今后 我国建筑垃圾产生量年均将突破 6 亿 t 的量。 因此, 如何有 效处理建筑垃圾 、
11、 如何有效利用及建筑垃圾 资源化就成 了 收稿 日期 :2 0 1 3 一 O 1 _ o 7 8 0 各级建设 主管部 门的重要议题 , 同时各 高校 、 各科研单位 也将研究课题集 中于此 。 对于再生混凝土力学性能来说 , 影响因素有很多 , 原材 料的性能特征、 水灰 比、 骨料性 能、 砂率 、 强度等级 、 养护条 件和龄期等均会影响混凝土的力学性 能。 大量研究结果表 明, 由于再生骨料不 同于天然骨料 , 在普通混凝土 中掺入 再生骨料会对其物理力学性能产生不利影响 , 其损伤过程 也有别于天然骨料 , 辅助性胶凝材料的适 当加入会对再生 混凝土内部结构 、 损伤机理产生 良性
12、影响 , 如粉煤灰单掺 、 粉煤灰与矿渣双掺等。 但 目前总体对建筑垃圾的研究处在 初步阶段 , 对再生骨料混凝土物理力学性能影响规律 的研 究文献还较少。 大量研究期望通过辅助性材料对再生骨料 混凝土进行改性, 改善其界面过渡区性能, 提高其力学性 能及耐久性 , 以满足其工艺 、 环境要求并降低成本造价 , 使 之向高强高性能化方向发展 。 同时 , 在人类跨入 2 1 世纪以后 , 人 口膨胀 、 自然资源 短缺 、 环境恶化等问题接踵而至 。 混凝土作为土木工程建设 最重要 和用量最广泛 的材料 , 而且在混凝土的原材料中骨 料用量 占总量 的 3 4 左右 , 这就使我们不得不想到能
13、否以 其 他资源来代 替部分 骨料 。 随着 基本建设 速度 的不断加 快 , 混凝 土用量则不断增加 , 天然砂 、 石 、 骨料 等资源 消耗 也越来越大, 原生混凝土对 自然资源的占用及对环境造成 的负面影 响已经 是非 常严重的 。 全世界每年大量解体 、 拆 除 旧的建筑 物和道路翻新改造产生 的废弃混凝土 以及在 新建过程中产生的建筑垃圾数量巨大, 但这些垃圾从组成 成分上看完全具备被利用 , 被资源化条件。 混凝土材料用量 巨大 , 造成 资源和能源的大量消耗 , 同时还会造成环境污 染 , 还直接影响着人类 的可持续发展 , 因此 , 再生骨料混凝 土 的研究开发不仅可 以从
14、源头解决废弃混凝土 的处理 问 题 , 同时还节约 了天然骨料资源 , 大量缓解 了供需矛盾 , 并 且具有显著 的社会效益 、 经济效 益和环保效益 , 这极大满 足了社会可持续发展要求 。 同时还节省 了大量废弃混凝土 的清运费用和处理费用 , 并 能综合利 用粉煤 灰 、 矿渣等工 业废渣 , 保护了耕地 , 保护 了人类 的生存环境 ; 减少 了混凝 土制造过程 中对天然砂石料的开采 , 保护了生态环境 , 保证 了人类社会的可持续发展 ; 具有 良好 的环保效益和社会效 益。 再生骨料 昆 凝土除了具有很好的环保效益外 , 它还将具 有很好的经济价值; 目前我国对再生混凝土的研究尚处
15、于 起步阶段 , 相关 研究甚少 。 建筑垃圾绿 色化 、 可持续 化 , 再 生资源有效利用将成为未来的主要发展趋势 , 如何改善再 生骨料混凝 土性能也 已成为学术界 当前研究 的热点 ; 研究 将辅助性胶凝材料应用于再生骨料混凝土 中,通过改性 , 改善其界面过渡 区性能 , 提高其力学 性能及 耐久性 , 以满 足其工艺、 环境要求并降低成本造价 , 使之向高强高性能 化方向发展。 分析表明: 利用废弃混凝土做再生骨料生产再 生混凝 土时 , 可达到有效节省石灰石资源 6 1 , 同时可减 少 1 5 2 0 左右的 C O 2 排放量 。 1 国内研 究现状 我 国对再生混凝土的研究
16、 目前 尚处于初开始 阶段 , 废 弃混凝土的回收利用、 资源化还未被人们足够重视 , 但一 些关注这一领域 的科研机构已经开始了研究 , 并对再生骨 料混凝土的物理化学性质和实际应用做了初步理论研究。 重点研究内容集中在对再生骨料混凝土的强度大小、 和易 性好坏 、 表观密度大小 、 弹性模量大小 、 极限拉伸 以及高强 高性能化等方面。 孙跃东 、 肖建庄等研究集 中在再生混凝土 骨料 的定义 、 分 类 、 加工方法 、 筛分工艺 、 来源及再生混凝 土骨料的性能 , 经过研究得 出再生混凝土属于有潜在发展 能力的材料 , 经过合理适宜的加工处理完全能够得到符合 规范要求的再生骨料 以用
17、来配制再生混凝土 。 清华大学的 冯乃谦 , 邢锋等在总结 日 本再生骨料研究成果的基础上 , 总 结提 出了用 3 0 以下再生骨料等量取代普通混凝土 骨料 时 , 再生混凝 土的性能与普通混凝土基本上相 同的观点 。 华中科技大学杜婷从改善再生骨料表面孑 L 隙多 , 吸水率大 角度出发 , 提 出通过高活性超细矿物掺合料 的浆液对再生 骨料进行骨料表面强化试验 , 通过表面裹含高效抗渗防水 剂的K i m粉改善了再生混凝土的空隙多、 吸水率大等问题。 华 中科技大学吴贤 国则从经济角度对再生骨料混凝土 的 可行性进行 了经济分析 , 并在此基础上进一步提出建筑废 料的组成及对废弃混凝土综
18、合 回收利用 的途径 , 同时还对 再生骨料 的破碎 、 分离生产工艺流程提出 了建设性意见 。 瞿尔仁 的研究是通过研究废弃混凝土性质和来源 , 提 出掺 入适当外加剂来改善其耐久性及其他力学性能, 来解决再 生骨料混凝土用水量较大 、 干缩率较 高使达到一般结构使 用要求 。 柯 国军等人研究是通过把公路路面维修所得废弃 混凝土做为再生骨料来 源 , 对再生骨料和再生混凝土的基 本性能进行了基础研究 。 屈志 中通过研究提出利用浓度较 小的盐酸来改善再生混凝土性能效果 明显 , 通过添加膨胀 剂可配制达到 C 5 0的补偿收缩再生混凝土 。 通过建筑废渣 作 为再 生骨料 , 研 究该再
19、生混凝 土的基 本性能 , 张晏清在 这一研究 中提出原材料的强度越高 , 再生骨料的强度越高 , 所制备的再生混凝土强度就越高 ; 如使用的建筑废渣为砖 块 时 , 还需 考虑 吸水率 问题 ; 通过添加磨 细矿渣来节约水 泥用量并增加再生混凝土强度; 在同配合比下再生混凝土 流动性 、 保水性 、 黏聚性研究 由国内学者王健等做出 , 他们 试验研究 了再生骨料混凝土的施工性能和力学性能 , 得 出 在相 同配合 比下 , 再生骨料混凝土流动性略为降低 , 保水 性 、 黏 聚性较好 , 立方体抗压强度 略高于 同配合 比天然骨 料混凝土 , 这一研究结果也验证 了用废弃混凝土做骨料代 替
20、粗骨料配制再 生混凝土是 可行 的结论 。 国内学者戈雪 良 的研究是通过利用普通高强混凝土 的生产工艺结合 当地 原材料开发高强再生骨料混凝土的研制 , 研制结果是配制 成功了强度达 6 0 MP a 的再生骨料混凝 土, 这一研究为再生 混凝土的实际应用打下 了基础。 采用正交试验方案 , 分析 了 通过选取水胶 比、 砂率 、 硅灰及减水剂掺量 四个因素影 响, 学者师金锋等人通过正交试验研究 了这 四个因素对再生 骨料的影 响, 通过人工破碎工艺 , 配制出了强度 5 0 MP a的 再生骨料混凝土。 粗骨料强度及水灰 比是否能影响混凝土 强度 , 再生骨料影响是否更大? 这一研究 由
21、国内学者孔德玉 提出 , 研究结果 提出 : 水灰 比、 粗骨料压碎指标在一般情况 下与混凝土强度紧密相关 , 并提 出了鲍罗米统一公式 , 这 一 公式指出了天然粗骨料混凝土 、 再生粗骨料混凝土 2 8 d 抗压强度与水灰 比 、 粗骨料压碎指标之间 的关系 , 试验验 证 出实测值与计算值相差不大这说 明当水泥和用水量条 件不变时, 鲍罗米统一公式可用来估计不同粗骨料混凝土 的 2 8 d 抗压强度 。 从以上研究成果可得 出再生骨料混凝土 的物化性能会随着再生骨料物化性能改变而改变 , 而再生 骨料 的性能又会随不 同地域 、 不 同生产条件 、 不 同 自然气 候条件 、 不 同来源
22、等各种 因素 的影响而有所不 同, 这增加 了研究 和实际应用难度。 2 国外研 究现状 关于废弃混凝土的合理有效利用国外其他国家研究 远早于我 国, 二次世界大战之后前苏联 、 欧洲 国家如德 国、 法 国、 意大利 、 美国 、 澳大利亚和由于资源 匮乏重视资源有 效利用的日本都陆续开展了相关研究, 废弃混凝土资源化 - 81 成为各个国家重要课题之一 , 并在研究基础上不同程度投 入实践应用。 对再生骨料混凝土的研究主要是基于对再生 混凝土骨料的研究。 到 目前 为止 , 国际材料 与结构研究试 验联合会( R I L E M) 已在不同国家 5 次召开过关于废弃混 凝 土再利用 的国际
23、专题会议 , 会议 主 旨就在 “ 混凝 土必须 绿色化” 。 1 9 7 6 年 R I L E M 设立 了“ 混凝土的拆 除与再利用 技术委员会” 着手研究废弃混凝土的合理处理 与再生利用 技术 。 1 9 8 8 年 1 1 月由 E t 本建设省建筑研究所主办 , 在东京 召开了“ 混凝土 的拆除与再利用第二届 R I L E M 国际会议” 会上发表混凝土再生利用论文 2 9 篇 。 1 9 9 8 年在英 国召开 “ 可持续建筑一再生混凝土集料 的应用 ” 。 2 0 0 4 年在西班牙 召开“ 再生集料在建筑和结构中的应用 ” 会议 。 前苏联学者 G l u z h g e
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