再生骨料透水性混凝土研究综述

李子成 党晓海 张爱菊

（石家庄铁路职业技术学院1） 河北石家庄 050041 中国石油天然气管道局2） 河北廊坊 065000）

再生骨料透水性混凝土研究综述

李子成1）党晓海2）张爱菊1）

（石家庄铁路职业技术学院1）河北石家庄 050041 中国石油天然气管道局2）河北廊坊 065000）

再生骨料透水性混凝土是新兴的减轻环境负荷型混凝土，简要介绍了再生骨料透水性混凝土的研究进展与应用。总结了再生骨料的生产及改性工艺的研究现状，并对再生骨料透水性混凝土研究尚需解决的关键问题进行了分析，并对其应用前景进行了展望。

再生骨料 改性 透水性混凝土

1 前言

随着人们环境意识的增强，传统混凝土硬化路面的负面影响越来越受到人们重视。传统路面大多采用沥青、混凝土、石板材或预制砖铺设，故被称为硬质路面。优点是整齐耐用，但是最大的缺点是不透水，降雨时地面积水要靠地下污水管道，雨水直接作为污水被处理，使得城市雨天积水内涝，弱化城市环境的呼吸功能，造成“热岛效应”，同时也加剧了城市地面扬尘等空气质量问题[1]。而透水性路面则很好地解决了这些问题。同时随着新型工业化和城镇化进程的加快，每年拆除废旧混凝土的数量巨大。将废弃混凝土制成再生骨料的开发和应用，解决了大量废弃混凝土的处理困难；同时用废弃混凝土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[2-4]。再生骨料透水性混凝土的研发及应用符合可持续发展的要求，同时将其应用于道路铺装，也是发展海绵城市的重要基础材料。国务院办公厅《关于推进海绵城市建设的指导意见》（国办发[2015]75号）指出：通过海绵城市建设，综合采取“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施，将70%的降雨就地消纳和利用。到2020年，城市建成区20%以上的面积达到目标要求；到2030年，城市建成区80%以上的面积达到目标要求。铺装透水性路面则是达到目标要求的重要基础材料。在可持续发展等思想的指导下，美国、日本及欧洲各国等一些发达国家在上世纪80年代就开始了透水混凝土的研究与开发工作。已将其应用于道路铺装工程、园林工程和环境工程等多个领域，取得了良好的效果。国内对透水性混凝土的研究取得一定的成果，尤其是再生骨料透水性混凝土领域尚处于起步阶段，因此，本文对再生骨料的性能研究、透水性混凝土应用存在的问题及发展趋势等方面的进行总结，为再生骨料透水性混凝土的深入研究与应用提供参考。

2 再生骨料研究现状

再生混凝土骨料（Recycled Concrete Aggregate，RCA）简称再生骨料（Recycled Aggregate），是指将建（构）筑物废弃中的混凝土、砂浆、石、砖瓦等经过破碎、清洗与分级后，接一定比例与级配配合而成。颗径不大于4.75mm的颗粒称为再生细骨料，颗径大于4.75mm的颗粒称为再生粗骨料。作为部分或全部骨料重新拌制的混凝土称其为再生混凝土。近年来，随着世界范围建筑业的大规模发展，混凝土用量不断增大，开采天然砂石骨料造成的环境破坏和资源枯竭己日趋严重。同时随着上世纪中后期建筑物的日渐淘汰更新，以废弃混凝土为主体的建筑垃圾的产生和排出数量也在快速增长，据统计，我国每年因拆除旧建筑产生的固体废弃物有2亿吨以上，仅废弃混凝土大约有1亿吨左右，其巨大处理费用和由此引发的环境问题十分突出[5]，而且废弃混凝土骨料颗粒形态、工作性能及力学性能差别很大，为此，2010年出台了相应的国标GBT25176-2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》和GBT25177-2010《混凝土用再生粗骨料》，用以规范再生骨料的性能及应用。

2.1 再生骨料种类及生产工艺

再生骨料主要来源于建（构）筑物废弃中的混凝土、砂浆、石、砖瓦等块状材料经加工分级而成。因此，根据主要来源的不同，目前使用的再生骨料主要有如下几种：

（1）废弃混凝土再生骨料。这是使用量最大及应用最为广泛的再生骨料。目前对废弃混凝土的再生利用方面，重点是在对再生骨料和再生混凝土基本性能的研究。包括对新拌混凝土的和易性及硬化混凝土的物理性能、力学性能和耐久性等。研究资料表明再生混凝土基本能满足普通混凝土性能的要求，将其应用于工程结构是可行的。

（2）废弃砖瓦再生骨料。随着城镇化进程的加快，针对上世纪中后期主要是砖混结构的建筑物垃圾来说，大量废弃砖瓦的再次利用问题不可忽视，张䶮[6]采用大粒径废砖再生粗骨料、废混凝土再生细骨料制作再生混凝土预制墙板，表明建筑垃圾废砖再生粗骨料强度较低，不适用于配制对强度要求较高的普通混凝土，但可用于配制对强度要求不高的墙板类构件或其他墙体材料的混凝土；废混凝土再生细骨料除吸水率较大外其他性能与天然砂相近，采取一定措施后可替代天然砂配制混凝土。谢玲君等研究了砖瓦再生骨料混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度与砖瓦再生粗骨料的级配、强化处理方法等，认为废弃砖瓦再生骨料经过处理可以用于混凝土的生产。

（3）废弃沥青混凝土再生骨料。目前我国已进入各等级公路建设与翻修的并存期，尤其是高等级公路大多为沥青混凝土路面。如果重新铺筑这些老化路段的沥青混凝土，将需要大量的沥青和石料。沥青混合料再生技术能最大限度的利用废旧沥青，节省大量的砂石料，并能有效节约开采砂石料和废弃旧料占用的大量土地资源。目前主要是采用厂拌热再生的方式对废弃沥青混凝土进行在加工处理[7-8]。

（4）废弃陶瓷再生骨料。废弃陶瓷再生骨料与水泥石界面粘结问题是限制废建筑陶瓷广泛应用于再生混凝土的关键[9]。毋雪梅[10]利用经破碎筛分的废弃陶瓷再生砂代替天然砂配制砌筑砂浆与混凝土，证明废弃陶瓷再生砂性能良好，完全可以替代天然砂配制建筑砂浆和混凝土，具有良好的环境与经济效益。

（5）废弃玻璃再生骨料。废弃玻璃特有的色泽及透光性使得废弃玻璃再生骨料具有良好的装饰及特殊环保性能，可以制成透明及半透明混凝土，2010年上海世博会意大利馆采用透明混凝土可以形成不同透明度的渐变，还能折射室外的自然光，减少室内灯光的使用，从而节约能源。谷倩等人采用废弃多孔玻璃制备出具有良好保温性能的轻质混凝土[11]。

2.2 再生骨料的改性

再生骨料由于来源的特殊性，使其具有与天然骨料诸多不同的性能。用量最大的再生混凝土骨料表面由于包裹着部分硬化水泥砂浆（又称附着砂浆），许多性能与天然骨料存在着差异，由于机械加工而成导致再生骨料颗粒棱角多且表面粗糙，同时组分中还含有硬化水泥砂浆，再加上混凝土破碎损伤累积在内部造成大量微裂纹，其差异主要表现在视密度、堆积密度、空隙率、吸水率、吸水速度和压碎指标等参数的不同。为了提高再生混凝土的性能，有必要对再生骨料进行性能改善处理。而再生骨料的压碎指标和吸水率较高对再生混凝土性能影响较大，再生骨料——水泥石界面层是再生混凝土最薄弱区域，对再生骨料的改性主要集中在从颗粒形态、表面状态及降低吸水率等方面。

（1）颗粒形态改性。再生骨料的颗粒形态直接影响到新拌混凝土的和易性及硬化混凝土的强度及耐久性。对颗粒形态的改性主要是机械强化法，目的在于破坏弱的再生松散碎石颗粒，打碎针片状颗粒，除去粘附于颗粒表面的水泥砂浆等。国内外采用的再生骨料机械强化方法主要有立式偏心轮高速研磨法、卧式强制研磨法、加热研磨法以及磨内研磨法等几种方法[12]。

（2）表面状态改性。目的是提高再生骨料——水泥石界面层连接性能。一种是物理方式改性。郝先成等人从骨料表面状态入手，配制了一种再生骨料改性外加剂，外加剂中引入部分超细粉料，堵塞骨料表面的空隙，减少孔隙较大带来的工作性难以控制的问题[13]。另一种普遍采用的是化学处理方法，利用化学浆液对再生骨料进行浸渍、淋洗、干燥等处理，或直接填充再生骨料的孔隙；或与骨料中某些成分反应的生成物能填充再生骨料的孔隙；或浆液能将再生骨料本身微细裂纹粘合等[14]。用机械强化与化学强化相结合的方法处理再生粗骨料，也可明显提高再生粗骨料的品质。

（3）降低吸水率。主要有预浸渍水分、聚合物浸渍、加入膨胀剂改性等工艺。池漪[15]先用3 %HCl处理，再用1 %PVA处理得到的再生粗骨料。其吸水率为2.7 %，压碎指标为7 %，与处理前相比分别降低了50 %和56 %。再生骨料混凝土中掺入膨胀剂，与仅使用硅酸盐水泥的再生骨料混凝土相比，抗压强度有明显提高[16]。

3 再生骨料透水性混凝土研究

再生骨料透水性混凝土就是由间断粒级的再生粗骨料、水泥、水、少量的砂及混合材进行适当调配，进行搅拌、浇注、养护而形成的一种生态混凝土。其粗骨料表面包覆着一薄层胶凝材料，使粗骨料彼此相互粘结，内部含有大量的连通孔隙。作为透水路面材料主要应用于广场、步行街、道路两侧和中央隔离带、公园内道路以及停车场等。在下雨或路面积水时，水能沿着这些贯通的孔隙通道顺利地渗入地下或存于路基。与传统硬化混凝土路面相比，再生骨料透水性混凝土作为路面材料在增加城市的透水、透气空间，对调节城市微气候、保持生态平衡等方面有着广阔的应用前景，对于促进国民经济建设和低碳经济发展也有着非常重要的经济效益和社会效益。利用废弃的混凝土加工代替天然骨料的再生骨料混凝土属于减轻环境负荷型混凝土[17]，能节省天然矿物质资源，同时减轻固体废渣对环境的污染，在资源和环境保护方面具有不可估量的社会效益。再生骨料透水性混凝土具有普通混凝土不具备的特殊功能，这些功能无一不与环境保护和生态环境建设有关。但是存在一些亟需解决的关键问题：

（1）再生骨料性能稳定性差。从材料角度来看，透水性混凝土与普通混凝土很大的不同是对骨料的要求，尤其是采用再生骨料生产透水性混凝土。再生骨料强度也是影响透水性混凝土的关键因素，根据《钻芯法检测混凝土强度技术规程》(CECS03:88)第六章6.06条规定，单个构件或单个构件的局部区域可取芯样试件混疑土强度换算值中的最小值作为其代表值。采用钻芯方法可以有效确定预选废弃混凝土强度。

（2）复合胶凝材料活性差。多数文献中都指出了加入粉煤灰，硅灰，钢渣等作为掺合料替代部分胶凝材料，而且掺合料的引入对于提高透水性混凝土综合性能也有一定的贡献。但应用大多数局限于达到利用工业废弃物、降低成本的目的， 还是以大量水泥为主要成分。有关工业废弃物潜在水活性激发机理，多种潜在活性掺合料复合为主导的胶凝材料的引入对于提高透水性混凝土的协同增强效应规律还需深入研究。

（3）再生骨料透水性混凝土高透水性与高强度的矛盾。李鑫等人提出用建筑垃圾再生混合骨料配制透水性混凝土的方案，并从强度和透水性两个方面对配制的透水性混凝土进行了试验研究。王琼，严捍东等学者通过对以建筑垃圾再生骨料为原材料的透水性混凝土试验，明确了以再生骨料为基础的透水混凝土的力学性能，并进行了配合比的探索，改进了透水试验装置，提出出科学的孔隙率计算模型。透水性混凝土的特殊性能（高孔隙率、高透水性等）决定了硬化后的结构主要由水泥石、界面过渡区和集料三部分组成，其中界面过渡区的性质对透水性混凝土的结构强度起着决定性的作用。因此，针对再生骨料的界面特性，并深入研究透水性混凝土界面过渡区的结构对于解决透水性混凝土高强与高透水性的矛盾起到关键性作用。目前急需进行有关透水性混凝土微观界面结构表征、界面结构设计的研究。

（4）耐久性差。目前为了解决高强度与高透水性的矛盾，研究者通常采用较高强度等级的普通硅酸盐水泥作为主要胶凝材料（部分文献以沥青或其他高分子树脂为胶结材料），不掺或掺入少量掺合料，采用单一粒级的粗骨料，不用或少用细骨料配制的多孔混凝土。为保证混凝土的强度，需添加一定量的高效减水剂以达到较低的水灰比，工程上也叫无砂大孔混凝土。这类混凝土强度较高，透水性好，贯通孔较多。但是成本较高，废弃物利用率低，经济效益及社会效益较差。而且含有较多的尺寸较大连通孔隙，由温湿变化造成的体积稳定性差。所以作为路用铺装材料， 降低混凝土收缩变形，提高耐磨性和抗冻性是要解决的关键问题。

4 结语

在 GB/T 50378-2006《绿色建筑评价标准》对室外场地的铺装要求中，明确地提出要推广透水材料：公共建筑方面“室外透水地面面积比大于等于40%”，在住宅区“室外透水地面面积比大于等于45%”。增强地面透水能力，对储留地下水、滋养草木、降尘、防噪、净化空气、调节气候等都起着十分积极的作用[18]。目前我国对再生骨料透水性混凝土的研究尚处于试验室阶段，至于形成产业规模化和可持续性发展，还需要在再生骨料研究及透水性混凝土研究领域做深入的创新试验和研究探讨，制定符合我国国情的行业统一规范和政策条例，为我国今后的环境和资源节约作出贡献。

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Review on the Research of Recycled Aggregate Water-Permeable Concrete

LI Zi-cheng1）DANG Xiao-hai2）ZHANG Ai-ju1）
(Shijiazhuang Institute of Railway Technology1）Shijiazhuang Hebei 050041 China Petroleum Pipeline Bureau2）Langfang Hebei 065000 China)

Recycled aggregate water-permeable concrete is a new type of concrete reducing the environmental burden, the thesis briefly introduces the research progress and application of recycled aggregate water-permeable concrete, summarizes the research status of the production and modification process of recycled aggregate, analyzes the main problems to be solved in the study of recycled aggregate water-permeable concrete, and forecasts its application prospects.

recycled aggregate modification water-permeable concrete

A

1673-1816(2016)04-0067-05

2016-03-28

李子成（1979-），男，河北秦皇岛人，博士，副教授，材料学硕士生导师，研究方向新型建筑材料及工业固体废弃物资源化的研究工作。

河北省高等学校科学技术研究青年项目（项目编号QN2015177及项目编号QN2016250），河北省科技计划项目（项目编号15211504）及石家庄市科学技术研究与发展计划项目（项目编号161160131A）。