再生混凝土资源化利用及力学性能浅析

祖 宁 （西安高科国际社区建设开发有限公司，陕西 西安 710117）

0 前言

再生骨料混凝土[1]（Recycled Aggregate Concrete,RAC）简称再生混凝土（Recycled Concrete）,是将废弃混凝土块经过破碎、清洗、分级后，按一定比例与级配混合形成再生混凝土骨料（Recycled Concrete Aggregate,RCA），部分或全部代替砂石等天然骨料（主要是粗骨料）配制而成的新的混凝土。RAC技术不仅可以实现对废弃混凝土的有效再利用，而且能够极大的节约土地资源、改善生态环境、解决环保问题。所以，RAC的制备技术是解决废弃混凝土资源化利用问题的行之有效的方法，其研究成果对于实现建筑资源环境可持续发展有重要的社会意义。

我国建筑垃圾每年以数亿吨的数量增长，已经占到城市垃圾总量的30%～40%，其中50%～60%为废弃混凝土。然而，我国对建筑废料的利用率极低，绝大多数未经任何处理便被填埋或露天堆放，这种方式不仅占用大量耕地、耗费大量清运经费，而且造成严重的资源浪费和环境污染。

1 资源化利用现状

1.1 国外发展现状

20世纪中期，欧、美、日等发达国家和地区便开始了RAC的研究和开发利用工作。欧洲各国对利用再生骨料制备混凝土较早就制定了相关规范，并对建筑废料的回收利用率做出了要求。美国《混凝土骨料标准》明文鼓励使用再生骨料。日本政府早在1977年就制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》，随后相继建立了处理建筑垃圾的再生利用工厂，生产再生水泥和再生骨料。目前，日本对建筑垃圾的再生利用率已达到70%左右，废弃混凝土利用率更高。

1.2 国内现状

近年来，我国政府对建筑垃圾的循环再利用高度重视。政府中长期发展战略鼓励废弃物的开发利用。住建部将“建筑废渣综合利用”列入科技成果重点推广项目，同时，利用城市垃圾生产建材等资源优化处理技术与成套设备也被放到优先发展的项目中。在科研方面，诸多研究机构已经开展了再生混凝土的研究，并在骨料的结构特性、水分迁移特性及界面过渡区的微观结构的研究方面，取得了一定成果。

根据对砌体及钢筋混凝土结构建筑施工过程中材料损耗的粗略统计，在每万平方米建筑的施工中,会产生500t～600 t的建筑废渣。大量的建筑垃圾随之带来一系列自然资源、能源、环境保护及可持续发展的问题。为符合发展循环经济的战略要求,实现混凝土产业的可持续发展，在建筑工程中使用再生混凝土势在必行。

2 RAC力学性能研究现状

2.1 RAC强度国内外研究现状

在再生骨料性能的研究方面，试验研究表明：再生骨料与天然骨料相比，具有压碎值指标高、孔隙率大、密度小、吸水性增强、粘结能力弱、骨料强度较低等特点。在力学性能的研究方面，试验研究表明：RAC抗压强度平均低于普通混凝土15%左右，经过分析总结出强度较低的最主要原因，就是基体混凝土中的天然骨料与原砂浆之间以及新砂浆交界处都存在薄弱过渡区[3-6]。

国内学者在RAC力学性能方面也做了大量的研究，研究结果表明：RAC抗压强度比普通混凝土低9%～12%，抗拉强度低7%左右。在弹性模量方面，试验研究表明：RAC弹性模量随着取代率的增加而降低，水灰比是影响RAC弹性模量的重要因素，当水灰比从0.8降至0.4时，RAC抗压弹性模量增加了33.7%。RAC强度等级越高，相应的抗压强度与普通混凝土相比下降越快；随着再生粗骨料取代率的提高与粉煤灰掺量的增加，高强度RAC的早期强度和后期强度都大幅下降，其强度的大小与水灰比、高效减水剂等外加剂掺量都应根据基体骨料强度试配决定，而合理的选择基体材料和外加剂等掺量以及对骨料进行预处理则可以配制出超过50MPa的RAC。

2.2 RAC耐久性的国内外研究现状

对RAC耐久性的研究，主要是对其抗冻性、抗渗性、抗裂性、抗硫酸盐侵蚀性和抗碳化能力以及混凝土徐变等方面的试验研究[7-9]。在抗冻性研究方面，一些学者研究了再生骨料完全替代天然骨料时，RAC抗冻融性明显低于普通混凝土。研究表明：替代率为100%时RAC耐久性系数超过95%。在抗渗性研究方面，试验研究表明：RAC抗渗性能低于普通混凝土，且随着取代率增加抗渗性降低。在抗裂性研究方面，屈志中等研究结果表明：RAC最大延长率要比普通混凝土增加约27.7%。另外，对于徐变的研究，一些学者认为RAC徐变要比普通混凝土高30%～60%，且取代率越大，徐变越大，而通过增加再生骨料弹性模量和减小水灰比的方法，可减少其徐变。RAC抗硫酸盐侵蚀性和抗碳化能力的研究结果表明：其抗硫酸盐侵蚀低于相同水灰比的普通混凝土，而RAC抗碳化能力目前仍没有可信的研究成果。

2.3 RAC构件/结构受力性能的国内外研究现状

2.3.1 RAC梁国内外研究现状

对于RAC梁的研究，国内外研究者主要集中在梁的抗弯和抗剪性能的研究，并取得了一定的成果。在RAC梁抗弯性能的研究方面，研究结果表明，RAC梁与普通混凝土梁基本相同，但RAC梁有较大的挠度和裂缝宽度，开裂弯矩较低，且服从平截面假定。在抗剪强度的研究方面，对不同配筋率、剪跨比和配箍率的RAC梁进行了抗剪试验，结果表明：RAC梁抗剪设计不能沿用普通混凝土的设计方法。对取代率为50%的RAC梁抗剪性能进行了研究，对比分析表明：RAC梁抗剪承载力和斜裂缝分布同样受配箍间距的影响较大。通过对比再生混凝土梁和普通混凝土梁的挠度发现，在正常使用情况下，再生混凝土梁要比普通混凝土梁大10%～25%，在极限状态下要大30%～50%，对于RAC梁受剪切破坏的试验研究指出，取代率越大的梁抗剪承载力越低。

2.3.2 RAC柱国内外研究现状

对RAC柱的研究国外鲜见报道，部分学者对钢管RAC柱的受力性能进行了试验研究，研究了不同偏心距下的RAC柱的受压破坏特征，分析结果表明：随着加载偏心距的增大，RAC柱有明显的轴心受压破坏、大小偏压破坏、界限压弯破坏的破坏特征，而RAC取代率对破坏形态的影响不大。进行了RAC短柱轴心受压试验,结果表明：RAC柱与普通混凝土柱具有相似的破坏机理。对不同配筋率，剪跨比为1.75、取代率分别为50%和100%的4根短柱进行了抗震性能试验，结果表明：RAC柱的承载力随着再生粗骨料的增加而逐渐降低。研究了不同掺量下RAC大偏压长柱的变形和承载能力，RAC柱变形能力较普通混凝土柱大，而随着取代率增加，承载力却无规律下降。

2.3.3 RAC梁-柱节点国内外研究现状

国外学者对于全取代率下的节点进行了抗震性能试验，并研究了RAC中掺加粉煤灰对节点性能的影响，指出粉煤灰对于改善节点抗震性能有较好的作用。国内学者则完成了不同取代率的RAC框架边节点的抗震性能试验研究，研究结果表明：RAC节点的抗震性能仍满足抗震设防要求。对钢筋与RAC之间的粘结锚固以及梁柱节点受力性能进行了研究，相比普通混凝土节点，RAC节点在相同设计参数的情况下，在低周反复荷载作用下的耗能能力要比普通混凝土节点稍有降低。

3 结 论

国内外学者对RAC的研究，主要是针对不同取代率下RAC的基本力学性能、耐久性以及结构的性能进行研究，但是对于RAC的性能改善仅仅从基本力学角度进行了探索性的初步试验研究，研究仍套用普通混凝土的相关规范，较少考虑现行规范对RAC以及性能改善后RAC的适用性。此外，从节约资源、改变粗放型生产方式的角度考虑，变废为宝，利用建筑垃圾制备可应用于建筑、道路等设施的混凝土，是改善城市建设环境、发展低碳和循环经济的一个有效途径，有利于我国经济建设可持续发展，其研究成果具有重要的理论意义和社会效益。

[1]肖建庄.再生混凝土[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[2]李维红.浅析21世纪建筑材料的再生循环与利用和可持续发展[J].大连大学学报，2000（4）.

[3]李佳彬.再生混凝土基本力学性能研究[D].上海：同济大学，2005.

[4]兰阳.再生混凝土梁受力性能研究[D].上海:同济大学,2005.

[5]周静海，杨永生，等.再生混凝土柱轴心受压承载力研究[J].沈阳建筑大学学报（自然科学版），2008（4）.

[6]尹海鹏，曹万林，等.不同配筋率的再生混凝土柱抗震性能试验研究[J].震灾防御技术，2010（1）.

[7]吴波，刘伟，等.再生混合钢筋混凝土短柱的轴压性能试验[J].工程抗震与加固改造，2010（3）.

[8]杨有福.钢管再生混凝土构件受力机理研究[J].工业建筑，2007（12）.

[9]孙跃东.再生混凝土框架抗震性能试验研究[D].上海：同济大学，2006.