再生混凝土研究综述

王 鹤 亭

(陕西省土地工程建设集团 国土资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室,陕西 西安 710075)

0 引言

十三五期间，国家围绕科学发展的主线，提出了以绿色、生态、低碳理念指导城乡建设，积极探索最大效率利用资源和最低限度影响环境的建设发展模式[1]，为再生混凝土材料的相关研究及工程应用提供了良好的机遇。再生混凝土能够从根本上解决废弃混凝土的出路问题，既能减轻废弃混凝土对环境的污染，又能节省天然骨料资源，减少对自然资源和能源的消耗，是发展循环经济、绿色建筑的主要途径之一[2]。从节能环保方面讲，再生混凝土原料来源于建筑垃圾，对建筑垃圾进行了再利用、节约资源、保护环境，同时降低建筑成本。因此，开展再生混凝土的相关研究，推广再生混凝土在工程上的应用，对发展绿色、生态、低碳的建设模式起到十分重要的作用。

国家统计局的统计数据显示，2014年我国商品混凝土的消费量为15.54亿m3，并仍呈上升趋势。混凝土中砂骨料占总质量的80%以上，因此需要进行大量的开山采石来满足日益增长的混凝土供应量，对环境造成了严重的污染。另一方面，由于市政拆迁改造、无序、重复建造等因素的存在，建筑垃圾也在不断增加，其中废弃混凝土占了很大的比例。一些发达国家如美国、日本和欧洲等国家对废弃混凝土的再利用研究进行的较早，第二次世界大战以后，德国、日本、新加坡等国对废弃混凝土进行了开发研究和再生利用，已经召开过多次有关废弃混凝土再利用的专题国际会议，提出混凝土必须绿色化。混凝土的利用已经成为发达国家所共同研究的课题，有些国家还采用立法形式来保证有关再生混凝土的专项研究和应用，并已将研究成果大量运用到实际工程中，如图1所示即为新加坡三和建筑公司利用100%再生骨料建造的三和环保大厦。我国对于再生混凝土的研究起步较晚，目前尚处于研究阶段。因此，对废弃混凝土进行研究和再利用已经成为混凝土走可持续发展的必由之路。

综上所述，对再生混凝土材料进行系统的理论分析与试验研究，建立该结构的理论分析模型和设计方法，对于完善我国的建筑材料体系，顺应我国建设行业发展趋势，具有重大的实际工程价值和理论意义。

1 再生混凝土研究进展

1.1 材料性能

早期，再生混凝土的应用主要集中在路基、路面及非承重构件方面[3]。在材料力学性能方面，肖建庄等[4]系统研究了再生混凝土抗压强度与再生粗骨料取代率、水灰比、龄期及表观密度之间的关系。Bairagi等[5,6]给出了不同骨料取代率下再生混凝土的应力—应变曲线，指出不同再生粗骨料取代率的本构关系相似，但下降段有所不同。A.G.Razaqpur等[7]研究了再生混凝土在养护过程中的蠕变、收缩以及其耐久性，总结出再生混凝土的性能主要取决于再生骨料的配合比以及其强度。M.C.Limbachiya等[8,9]对再生混凝土骨料的强度以及粗骨料对混凝土强度、耐久性、抗碳化、硫酸盐侵蚀的影响进行了研究。王博等[10]提出了三段式的粘结滑移本构模型。崔正龙等[11]通过对比强度试验和碳化试验评价了再生混凝土内部存在的界面过渡区与混凝土性能的关系。

1.2 基本构件

在基本构件方面，吴瑾等[12]对再生混凝土梁进行了正截面弯曲性能试验，分析了再生混凝土梁短期刚度及其计算方法。刘超等[13]对再生混凝土梁在长期荷载作用下裂缝宽度的变化进行了试验，给出了再生混凝土梁裂缝随时间变化的发展规律。肖建庄等[14]进行了钢管约束再生混凝土圆柱轴压试验，分析了试件的破坏特性及约束再生混凝土的横向变形系数变化规律。吴波等[15,16]针对大尺度废弃混凝土块循环利用技术，提出再生混合构件概念，对薄壁钢管再生混合柱、U型外包钢再生混合梁及外包薄钢板再生混合墙等构件进行了系统研究。陈宗平等[17]对方钢管再生混凝土柱进行了系列试验，对其主要影响因素进行了深入研究。薛建阳等[18]对型钢再生混凝土柱的破坏形态和抗震性能进行了试验研究。

1.3 结构体系

在结构体系方面，孙跃东等[19]对再生混凝土框架进行了拟静力试验，对比评价了再生混凝土框架结构的抗震性能。柳炳康、白国良等[20,21]对再生混凝土框架梁柱节点的抗震性能进行了试验。姚谦峰等[22]对再生混凝土密肋复合墙体的破坏机制和抗震性能进行了试验研究。张建伟等[23]分析了各种形式再生混凝土剪力墙体的抗震性能及耗能机理，明确了再生混凝土剪力墙的适用范围和受力特点。

2 再生混凝土材性试验研究

再生混凝土材性试验由再生混凝土试件及普通混凝土试件两部分组成，普通混凝土骨料取自天然骨料，再生粗骨料取自实验室废弃的混凝土试件，人工破碎成尺寸10 mm～30 mm的混凝土块体，如图2所示。混凝土设计强度等级为C30，配制比例详见表1。在试件浇筑时同时制作100 mm×100 mm×100 mm立方体试块，与试件同条件养护，达到28 d养护龄期后，根据GB 50081—2002混凝土力学性能试验方法标准[24]实测混凝土立方体抗压强度及弹性模量，试验后的再生混凝土试件如图3所示。

表1 混凝土配制比例

混凝土类型水灰比砂率1 m3混凝土用量/kg水泥水砂石配合比(水泥∶水∶砂∶石)再生混凝土0.360.315001555601 1851∶0.31∶1.12∶2.37普通混凝土0.360.344721416271 1601∶0.30∶1.33∶2.46注:砂子含水率按5%计算

再生混凝土的抗压强度及弹性模量如表2所示。由表2可以看出，再生混凝土标准抗压强度较普通混凝土低约10%，弹性模量较普通混凝土低约25%。由此可以看出，相对于普通混凝土而言，再生混凝土具有足够的强度，可应用于混凝土路面等基本的建筑构件。

表2 混凝土力学性能

3 结语

由以上阐述的国内外研究现状可以看出，国内外学者分别从基本材料力学性能、基本构件、结构体系三个方面对再生混凝土进行了系统的研究。基本材料力学性能方面，对再生混凝土的抗压强度、配合比、再生粗骨料取代率与强度的关系，得到了有益的结论；基本构件方面，对再生混凝土梁、柱、钢管再生混凝土柱等构件的力学性能进行了研究，得出其较普通混凝土的力学性能略有下降，但在一定范围内；结构体系方面，对再生混凝土框架的整体性能进行了研究，可以看出，再生混凝土框架结构可满足一定的抗震要求，可应用于一些次要建筑结构中。