废混凝土在GRC中的再生利用探究

程海丽，杨飞华，王宝根

（1.北方工业大学建筑学院，北京100144；2.固废资源化利用与节能建材国家重点实验室，北京100041）

废混凝土在GRC中的再生利用探究

程海丽1，杨飞华2，王宝根1

（1.北方工业大学建筑学院，北京100144；2.固废资源化利用与节能建材国家重点实验室，北京100041）

研究了再生砖骨料的取代率对再生骨料GRC的影响及变化规律，并进一步采用正交设计方法，研究了粉煤灰、硅灰及再生混凝土骨料对GRC的影响。结果表明：再生骨料GRC的强度随废混凝土取代率的提高先增长后下降，当废混凝土取代天然砂30%，可达到或超过天然砂GRC的力学性能；当粉煤灰取代水泥10%，同时硅灰取代水泥10%，废混凝土取代天然砂30%时，其抗折、抗压强度值最大。

GRC；废混凝土；再生利用

GRC制品具有轻质、高强、隔热保温、防水、防火、可加工性良好、价格适中等优点，获得了各国材料界的公认。在建筑、市政、农业、水利和园林工程等许多领域的应用中取得了明显的技术经济效果，显示了广阔的发展前景。

目前，全世界有40多个国家和地区以不同规模生产和使用GRC制品，全球GRC制品的年产量约为40万t。我国GRC行业的规模也正在日益扩大，年产量已达到4万t。我国GRC行业始终坚持“双保险”的技术路线，故GRC制品行业在我国一直是蓬勃发展的[1]。

在GRC制品中，灰砂比一般为1∶1～1∶2，即天然砂的用量不低于50%，由此可以推算，GRC制品的生产和使用将会消耗大量的不可再生的天然砂资源。

另一方面，随着建筑业的高速发展，混凝土作为最大宗的人造材料，对自然资源的占用及对环境造成的负面影响已引起了人们的高度重视，对废旧混凝土进行再生循环利用已成为可持续发展和环境保护的有效措施，国外在这方面已做了大量工作，也已有相关的文献报导，国内这方面的研究工作也方兴未艾。再利用的主要途径是将废旧混凝土进行破碎、筛分后作为粗骨料应用于混凝土中，但在废旧混凝土破碎过程中会产生大量较细的颗粒，这些细颗粒适合作细骨料使用，因此，文中将旧建筑拆除的废混凝土经破碎筛分后取代GRC中的天然砂，研究废混凝土代替部分天然砂时GRC性能的变化，这不仅能降低GRC的生产成本、节约天然砂资源，而且可减少废混凝土排放中对环境的污染、土地的占用等负面影响，一举数得。

1 原材料

强度等级为32.5 R的复合硅酸盐水泥，其3 d抗折强度为7.1 MPa,抗压强度为24.4 MPa；28 d抗折强度为8.5MPa，抗压强度为35.1 MPa。

粉煤灰：II级灰

天然砂：细度模数3.5，含水率0.35%，堆积密度1 750 kg/m3。

硅灰：SiO2≥90%

废混凝土：来自拆除的旧建筑物，经过破碎、筛分，粒径为0.15～4.75mm。堆积密度1 450 kg/m3。

表1 废混凝土化学组成%

2 试验方法

抗压、抗折强度试件采用40 mm×40 mm×160 mm的水泥胶砂试模制作，试件养护1 d后拆模，于养护间自然养护（温度15～20℃，相对湿度60%～70%）相应龄期后，按GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法（ISO法）进行胶砂强度的检验。

3 试验数据分析

3.1 废混凝土对砂取代率的初步确定

将废混凝土颗粒分别以0%，15%，30%，45%，60%的取代率取代天然砂，配制混凝土再生骨料GRC，测其7 d抗压、抗折强度，初步选择废混凝土对天然砂取代率的大致范围，为下一步研究打下基础。其配合比见表2，性能见表2、图1和图2。

表2 7 d不同取代率下的抗压、抗折强度

图1 抗压强度随再生骨料取代率变化

从表2、图1和图2可以看出，随着废混凝土对天然砂取代率的提高，试件的强度呈现增长趋势，当取代率为30%时，抗折、抗压强度达到最大值，龄期仅有7 d时，就分别比纯天然砂GRC提高了39.2%和54.3%。但当取代率继续提高时，强度出现下降趋势。原因是废混凝土的表面粗糙且多孔，而且废混凝土密度比天然砂要小，采取等质量取代的方法，同质量的废混凝土的体积要比砂的体积大，增加了骨料的比表面积，而且废混凝土粗糙的表面构造使其更容易与水泥浆黏结，所以结合界面强度比较大，同时，废混凝土粗糙多孔，吸水性强，可有效降低体系的水灰比，也是使其强度提高的原因。所以，随着废混凝土取代率的增加，GRC的强度也会增大，但同时，其流动性也下降，编号3，4，5掺入一定量的减水剂以弥补流动性的下降。但当废混凝土掺入量过多时，由于废混凝土颗粒本身的强度较天然砂低，因此使得GRC出现强度下降的现象。

图2 抗折强度随再生骨料取代率变化

3.2 通过正交试验进行配比优化

由于本试验采用的是普通硅酸盐水泥，而非低碱水泥，而普通水泥的高碱度会对玻璃纤维产生腐蚀作用，因此，本试验考虑加入粉煤灰、硅灰以改善这一方面的性能[2]，原因是当一部分普通水泥由粉煤灰和（或）硅灰取代后，由于水泥用量的减少，可减少水泥水化产物中Ca（OH）2的产出量，同时由于粉煤灰和硅灰可以与水泥水化产物中Ca（OH）2发生二次水化反应，也能消耗体系中Ca（OH）2的量，从而减少Ca（OH）2对玻璃纤维的腐蚀作用。但粉煤灰用量过高，会降低体系的早期强度，硅灰用量过大，不但会影响GRC的和易性，也会对强度产生影响，因而对不同的配合比体系，二者应有一适合的用量；与此同时，GRC中天然砂与文中所用的废混凝土的性能也有很大的差异，因此，废混凝土不同的取代率也会对其性能产生不同程度的影响，亦即，粉煤灰对水泥的取代、粉煤灰与硅灰联合对水泥的取代、再生骨料对天然砂的取代都会对GRC的性能产生影响，并且有相互影响作用。因此，以粉煤灰对水泥的不同取代率、粉煤灰与硅灰联合对水泥的不同取代率以及再生骨料对天然砂的不同取代率为因素，分别取3个水平进行正交试验，其中粉煤灰取代水泥3个水平为10%，20%，30%，硅灰取代水泥3个水平为0%，10%，20%，再生骨料取代天然砂3个水平分别为20%，30%，40%。3因素3水平表如表3所示。按表3进行设计的配合比及其相应性能如表4所示。

表3 正交设计因素与水平表

表4 正交试验配合比及其性能

比较表4中Y2与Y6可以看出，当废混凝土取代率30%时，10%粉煤灰+10%硅灰的效果优于粉煤灰单独掺加20%的配比；比较Y3与Y8也可以看出，当废混凝土取代率40%时，10%粉煤灰+20%硅灰的效果也优于单掺粉煤灰30%的配比，同时也优于硅灰10%+粉煤灰20%的配比（Y4）。可见，粉煤灰与硅灰复掺的效果优于单掺粉煤灰的效果，即粉煤灰与硅灰之间存在协同作用，即，当粉煤灰对水泥取代率为10%，硅灰对水泥的取代率也为10%，废混凝土对砂的取代率30%时（编号Y6），GRC 3个龄期的抗折、抗压强度值最高，为较优化的配比。比较表4中编号Y1与表2中编号2，可以看出，粉煤灰以10%的取代率取代水泥时，7 d的抗折、抗压强度值均减小，这是因为粉煤灰取代一部分水泥后，由于水泥用量绝对值的减少，而导致早期强度降低。比较表4中编号Y6与表2中编号2，可以看出，粉煤灰10%+硅灰10%复掺时，7 d的抗折、抗压强度值均有提高，其中抗压强度提高幅度较大。这是由于硅灰和粉煤灰的火山灰效应,填充效应和微集料效应,在双掺水泥浆中得以充分发挥,并且两种外掺料在等比例双掺情况下，能在上述3种效应方面互相补充,从而得到比单掺浆体更优的细观结构（如硬化水泥浆有害孔比例减少等），同时改善了水泥基材-骨料和水泥基材-玻璃纤维的界面粘结[3]。

4 结果与讨论

4.1 结果

（1）在文中试验条件下，废混凝土取代天然砂30%时，可达到或超过天然砂GRC的力学性能。

（2）正交试验表明，在文中试验条件下，粉煤灰取代普通水泥10%+硅灰取代水泥10%，废混凝土取代天然砂30%时，GRC 7 d，28 d，56 d抗折、抗压强度均可达到最大值。因此，从力学性能角度看，废混凝土再生骨料完全可替代天然砂应用于GRC及其制品的生产和制作中。

4.2 讨论

（1）由于目前将废混凝土当作骨料用于GRC中的研究尚不多见，因此，这方面的研究还需要详细具体进行，本研究在这方面做了初步的试验工作。

（2）废混凝土相对于天然砂强度低、吸水性强，因此，加入GRC中后会对其和易性产生不同程度的影响，从而影响其他性能，因此其最佳加入量与所选的减水剂的品种及性能有关，文中结论仅限于所用减水剂品种。

（3）仅从强度角度研究了废混凝土在GRC中的应用，但作为GRC制品，其耐久性（主要是玻璃纤维在高碱性环境中的耐老化性）也是影响其应用的主要因素，篇幅所限，笔者将在后续工作中另行撰文。

（4）研究结论基于胶凝材料为高碱性的普通水泥，对于“双保险”体系的GRC可能有一定的借鉴作用，对以低碱度水泥为基础的“双保险”再生骨料GRC进行专门研究也是笔者后续拟研究的内容。

[1]沈荣熹.国际GRC制品行业的现况与动向[A]//纤维水泥制品行业纤维增强水泥及其制品论文选集(1)[C].北京：中国建材工业出版社，2009，25-262.

[2]曹巨辉.粉煤灰硅灰改善GRC加速老化条件下力学性能的研究[J].粉煤灰综合利用，2003(5)：27-25.

[3]潘钢华，甘元玉，秦鸿根，等.超细粉煤灰与硅灰复合对高性能混凝土强度的影响[J].混凝土，1996(3)：21-27.

环保部公布第三批通过环保核查铅蓄电池和再生铅企业名单

为贯彻落实《国务院关于加强环境保护重点工作的意见》（国发［2011］35号）和《重金属污染综合防治“十二五”规划》要求，确保公众身体健康，环保部开展了铅蓄电池和再生铅企业环保核查工作，对有关铅蓄电池和再生铅企业环境保护现状进行审查。经企业自查、省级环保部门初审、专家资料审查、社会公示和各环保督查中心现场检查，形成了第三批26家符合环保法律法规要求的铅蓄电池和再生铅企业名单，并予以公告。

为进一步提升企业污染防治水平，环保部将持续开展铅蓄电池和再生铅企业环保核查工作，发布符合环保法律法规要求的铅蓄电池和再生铅企业名单，并对已公告的铅蓄电池和再生铅企业进行复核和抽查，发现不符合环保法律法规要求的，将撤销并予以公告。

新书推介：《中国废钢铁产业研究》

由我国再生资源、废钢铁产业资深专家，原中国废钢铁协会秘书长闫启平撰写的《中国废钢铁产业研究》一书，已由冶金工业出版社出版，新华书店发行。

该书是第一部研究我国废钢铁产业的运行机制、政策法规、国家标准、资源调查、技术设备、二次污染防治、管理模式、基地建设指南及低碳经济时期发展战略的专著；倾注了作者20多年从事废钢铁生产经营管理、产业研究的经验积淀及毕生的学识和才智；全书涉及面广、数据丰富、结构清晰、深入浅出、通俗易懂，是废钢铁从业人员、管理人员、研究人员、设计人员及相关政府部门人员进行经营决策、教育培训、科学研究、制定政策的理想参考书。

你想了解中国废钢铁产业的发展现状及潜力吗，你想了解中国废钢铁产业的投资环境吗，你想了解废钢铁加工技术、环保及管理经验吗，你想了解我国拆车、拆船、冶金渣、尾矿粉等衍生产业发展的概况吗，你想了解废钢铁产业高端发展新的价值观及哲学理念吗？认真阅读此书，将受益匪浅。

该书已在各新华书店及京东、淘宝、天猫等购物网上架销售。

Research on recycling use of waste concrete in GRC

CHENG Haili1，YANG feihua2，WANG Baogen1
（1.North China University of Technology,Beijing 100144,China; 2.State Key Laboratory of Solid Waste Reuse for Building,Beijing 100041，China）

This paper studies the effects of replacem ent ratio of w aste concrete aggregate on the recycled aggregate GRC,and then,by using the orthogonal design m ethod，the effects of fly ash，silica fum e and w aste concrete aggregate on GRC is further researched.The results show that w hen the replacem ent ratio of w aste concrete to natural sand is 30%,the m echanical properties of w hich reach or can exceed to the GRC w ith natural sand.w hen the replacem ent ratio of fly ash to P·O cem ent is 10%,silica fum e to P·O cem ent is 10%,and w aste concrete to natural sand is 30%,the perform ance of GRC is optim al.

GRC,w aste concrete,recycling use

X799.1；TU528.581

：A

：1674-0912（2014）08-0023-04

2014-03-04）

北京市教委科技发展计划项目（KM201210009010）；固废资源化利用与节能建材国家重点实验室开放基金项目（SWR-2012-003）；北京市自然科学基金项目（2142013）

程海丽（1965-），女，河北人，硕士，副教授，研究方向：建筑材料、新型建筑材料，发表论文20余篇。