再生骨料混凝土特性及研究现状

王 辉

（河南建筑职业技术学院，河南 郑州 450007）

0 前言

由于城市化建设进程的加快， 废弃混凝土日益增多，今后废弃混凝土仍有增多的趋势。 传统的建筑垃圾处理方法多是运往郊外堆放或填埋。这样做占用了大量土地，还污染了环境。 废弃混凝土的巨大处理费用和由此引发的环境问题已十分突出，成为城市的一大公害。城市建筑垃圾资源化处理是许多国家环境保护和可持续发展战略追求的目标之一，生产应用再生骨料混凝土是实践这一目标的有效办法。

1 再生骨料混凝土及其特性

1.1 再生骨料混凝土

“再生骨料混凝土”与基体混凝而言，它是利用旧建筑物上拆下来的废弃混凝土块， 经过分选、清洗、破碎、筛分，并按一定比例相互配合后，作为部分或全部骨料重新拌制的混凝土。 用天然骨料生产的原始混凝土称为基体混凝土，也有人称之为原生混凝土。

再生骨料混凝土的开发和应用，一方面解决了大量废弃混凝土处理困难以及由此造成的生态环境日益恶化等问题；另一方面，用建筑垃圾循环再生骨料替代天然骨料，可以减少建筑业对天然骨料的消耗。 从而减少对天然砂石的开采，从根本上解决天然骨料的日益匮乏和大量砂石开采对生态环境的破坏问题，保护了人类的生存环境，符合可持续发展的要求。

1.2 再生骨料混凝土的特性

1.2.1 物理特性

再生骨料混凝土由于空隙较多，热导率比相同配比普通混凝土低，可明显增强建筑物的保温隔热效果。 另外，再生混凝土的表观密度比普通混凝土低，使得自重降低，对减轻建筑物自重、提高构件跨度有利。

1.2.2 和易性差

在同样水灰比条件下，再生骨料混凝土的坍落度比普通混凝土低，原因是再生骨料表面粗糙，且孔隙较多，吸水率大，和易性差。 因此，要想提高再生混凝土的流动性，需要增加水泥浆的用量，或加入外加剂。

1.2.3 强度不稳定

关于再生骨料对再生混凝土强度的影响，国内外很多机构做了这方面的研究。 由于再生骨料在使用过程中被破坏或老化，以及在解体、破碎过程中的损伤累积，使再生骨料混凝土的抗压强度与普通混凝土相比有所降低，但降低程度却大不相同。 这主要是由于再生骨料的种类、配合比、试验方法和养护条件等存在差异，导致再生骨料混凝土抗压强度没有明显的规律性。

1.2.4 耐久性差

影响再生混凝土耐久性最明显的因素就是污染物的存在。 许多污染物会使混凝土产生有害的反应，从而缩短了混凝土的使用寿命。 另一个因素是旧混凝土经受有害反应的程度，因为它可能在新混凝土中继续产生危害。 此外，由于再生混凝土上黏附着砂浆，所以再生混凝土的吸水率和渗透性都增大了，从而对混凝土的耐久性也产生了负面影响。

但是，另一方面，也正是由于再生骨料的表面包裹着水泥砂浆，使再生骨料与新的水泥砂浆之间的弹性模量相差较小，界面的结合有可能得到加强。 另外，再生骨料的表面有很多微裂缝，会吸入新的水泥颗粒，使接触区的水化更加完全，形成致密的界面结构。

2 再生混凝土研究现状

2.1 工作性能

混凝土的工作性能包括流动性、黏聚性、保水性3 个指标。 在整个施工过程中，要保持新拌混凝土不发生分层、离析、泌水等现象，并获得质量均匀、成型密实的混凝土，就必须考虑混凝土的工作性能，所以工作性能是影响再生混凝土推广应用的主要因素之一。

南京工业大学徐恩祥等[1]利用废弃混凝土破碎再生骨料配置再生混凝土，结果表明，再生混凝土的坍落度随再生骨料取代率的增加而下降。 李丽生等[2]试验也表明，随着再生骨料取代率的增加混凝土流动性有所降低，而其黏聚性与保水性得到增强。

青岛理工大学曹剑等[3]通过添加矿物掺和料对再生混凝土进行改性试验，结果表明，在再生混凝土中添加粉煤灰、普通矿粉、超细矿粉、硅灰等活性矿物掺和料，能明显改善混凝土的工作性能。

洛阳理工学院孙犁[4]等利用研制开发的磨破机对再生骨料进行二次研磨破碎。 通过研磨，使得再生骨料的形态得以改善，骨料吸水率和压碎指标都显著降低，同时，通过试验还发现，二次研磨和破碎后的再生骨料配制的混凝土流动性高于普通混凝土，其保水性、黏聚性均表现良好。

根据相关研究结果可看出，再生骨料不利于混凝土的工作性能，尤其是对流动性影响较大，这主要是因为再生骨料自身有微裂缝，且表面携带砂浆，增大了混凝土的孔隙率，使得吸水率增大。 采用掺加外加剂和矿物活性外掺料的方法，可有效改善再生混凝土的工作性能。

2.2 力学性能

再生混凝土的力学性能与再生骨料的类型、粒径以及掺量等因素有关，再生混凝土的力学性能随这些指标的不同而变化较大。 大量试验结果表明，再生混凝土的抗折、抗压强度及弹性模量都随再生骨料中原始混凝土强度的降低而下降，并且随再生骨料掺量的增加而降低。 但是可通过掺加活性外掺料、对骨料表面进行改性处理、利用辅助外加剂等措施对再生混凝土的性能进行改良。

相关试验表明，以聚合物乳液浸渍再生细骨料，以改性后的再生细骨料制作砂浆试块，试块的抗弯强度能得到明显提高。 孙家瑛等[5]利用活性掺和料对再生骨料混凝土进行改性的实验研究表明，用矿渣微粉、 钢渣微粉、 粉煤灰和再生骨料可配制出28d强度大于50MPa、坍落度达到200mm 的活性掺和料再生混凝土。

近年来，关于再生混凝土的研究，尤其是对其力学性能的研究，关注的多是混凝土材料本身的各项性能对强度的影响。 不过，目前关于再生混凝土的研究层面也在逐渐向结构层次扩展，如清华大学、同济大学等高校就已开展关于再生混凝土结构性能的研究。 结构层面的研究是再生混凝土研究体系中的最高层次，包括拟建再生混凝土结构的设计和在役再生混凝土结构的动态评估和寿命预测等。

肖建庄等[6]对4 个再生混凝土框架的抗震性能进行了测试。 试验结果表明，通过合理的结构设计和构造处理，随着再生骨料掺量的增加，再生混凝土框架的抗震性能并未出现明显降低。 这具有重要的工程意义。

季天剑等[7]对粉煤灰再生混凝土小梁进行了弯曲疲劳试验，采用威布尔模型，得到粉煤灰再生混凝土的疲劳方程。 通过与普通混凝土的比较，表明粉煤灰再生混凝土的疲劳性能与普通混凝土相似，在低应力水平基本保持一致，粉煤灰再生混凝土能够承受行车荷载的重复作用。

2.3 耐久性能

由于再生骨料本身缺陷的限制，导致再生混凝土耐久性能普遍低于普通混凝土，这也是限制再生混凝土工程应用的主要因素之一。 不过，目前许多研究机构也提出了许多有效的改良措施，对再生混凝土耐久性的改善效果较好。

彭松枭等[8]研究了粉煤灰与矿渣双掺配合比和掺量对再生混凝土不同龄期耐磨性能的影响。 掺入粉煤灰与矿渣，会降低再生混凝土早期耐磨性能；粉煤灰颗粒的高耐磨性和在后期粉煤灰与矿渣复合活性效应的发挥，是提高再生混凝土后期耐磨性能的主要原因。

杜婷等[9]对掺加有矿物外掺料的再生混凝土进行了氯离子渗透性测试。 实验表明：随着强度的提高及养护龄期增长，再生混凝土的抗氯离子渗透性增强，说明矿物外掺料有利于改善再生混凝土氯离子渗透性。

利用纤维材料是提高再生混凝土抗裂能力的有效措施之一。 宁夏大学孟云芳等利用复合生态纤维对再生混凝土的改性实验表明，复合生态纤维对再生混凝土的抗裂性能有很大的提高作用，同时对其抗渗性能也有很大改善。

孙浩[10]的试验得出，通过掺加矿物掺和料，再生混凝土的抗气渗性能和抗碳化性能均可得到改善。另外，肖开涛等进行的再生混凝土抗氯离子渗透性能试验结果表明，通过减小水胶比、添加矿物掺和料以及外加剂、对再生骨料进行改性处理及采用蒸汽养护等，均可以提高再生混凝土的抗渗性能，使之达到普通混凝土的抗渗水平。

从各个科研机构提出的改良措施的试验结果来看，改性后的再生混凝土的各项性能都得到了很大程度的提高，目前相对成熟的改良方法像再生骨料表面物理化学改良、外掺活性矿物掺和料与外加剂、添加纤维质材料等，都可以使再生混凝土性能达到甚至超过天然混凝土。 尤其是外掺活性矿物掺和料的方法，更值得提倡，这是因为像粉煤灰、矿渣、煤矸石等外掺料同时还是一些高耗能产业的生产废料。 所以对这些材料的有效利用，也符合国家提倡的耗能产业绿色化、零垃圾排放模式的理念。

3 再生骨料混凝土的发展研究方向

目前，我国建筑垃圾循环、再生骨料的应用大多还处于试验阶段，还没有实现大范围推广。 鉴于目前的研究和使用现状，建议今后着重加强以下几个方面的研究。

（1）系统深入研究再生骨料混凝土，完善再生骨料混凝土理论。

（2）再生骨料的制备工艺研发。 工艺设备宜具有成套化、体积小、可移动等特点，便于在各建筑工地就地处理建筑垃圾。

（3）建立有效的再生骨料质量评价体系，并进一步制定再生骨料品质技术规程。 加强再生混凝土作为建筑材料的经济性分析，研究提高经济性的途径。

（4）开展关于再生骨料混凝土改性处理的研究，例如再生骨料表面改性处理工艺、活性外掺料和外加剂对再生混凝土的改性研究，拓宽再生混凝土的应用领域。

随着人类对自然资源的珍惜和对环境保护的重视，再生混凝土作为一种有发展潜力的环境友好材料必将成为混凝土材料科学的一个发展方向，并推动整个混凝土材料从低技术向高技术发展。 另外，在能源、资源短缺，生态恶化的今天，再生骨料混凝土所能带来的经济、社会和生态效益无疑是巨大的。 总之，再生骨料作为混凝土中天然骨料的可替代材料具有十分广阔的发展前景。

[1] 徐恩祥，张大长. 再生混凝土基本性能的表征[J]. 南京工业大学学报，2010，32（2）：58-61.

[2] 李丽生，彭玉林，龚爱民. 再生粗骨料不同取代率对混凝土和易性及强度的影响规律分析[J]. 混凝土，2007（8）：41-43.

[3] 曹剑，张健，李秋义. 矿物掺和料和再生骨料对混凝土工作性的影响[J]. 青岛理工大学学报，2009，30（4）：140-144.

[4] 孙犁，钱大行，张日华. 再生粗骨料性能改善试验研究[J].混凝土，2008（3）：58-60.

[5] 孙家瑛，孙浩，戴亚英，王志新.活性掺和料再生集料混凝土研究[J]. 粉煤灰，2006（3）：6-12.

[6] 朱平华，王欣，周军，何霞.再生骨料混凝土研究主要进展与发展趋势[J]. 混凝土，2009（5）：90-94.

[7] 季天剑，肖鹏，高玉峰.掺粉煤灰再生混凝土疲劳性能试验研究[J]. 河海大学学报，2010（3）：274-277.

[8] 彭松枭，尹健，王德辉.矿物掺和料对再生混凝土耐磨性能的影响研究[J]. 混凝土，2009(3):56-59.

[9] 杜婷，李惠强，郭太平. 再生骨料混凝土的抗氯离子渗透性试验研究[J]. 武汉理工大学学报，2006（5）：33-36.

[10] 孙浩，王培铭，孙家瑛等.再生混凝土抗气渗性及抗碳化性能研究[J]. 建筑材料学报，2006（1）：86-91.