再生混凝土技术在装配式建筑中的研究与应用

鲁文斌

(湖南省第五工程有限公司，湖南 株洲 412000)

1 引言

混凝土是世界上使用最广泛的建筑材料，也是预制建筑物中使用最广泛的建筑材料之一[1]。混凝土的制备消耗了许多自然资源和能源，例如沙子、水泥和水。这些资源的长期使用和混凝土废物的不合理清理严重破坏了生态环境。 1998年，中国提出了再生混凝土的概念[2]。可以对混凝土废料进行清洗、破碎、分类和计量，以产生“回收骨料”[3]。合理使用再生混凝土可以有效地节省额外的自然资源，并且在保护环境和自然资源方面具有非常重要的作用和重要性[4]。

2 装配式建筑的概述

2.1 装配式建筑的概念

通过在预制工厂生产预制混凝土构件，实际建设时通过连接件进行有效连接并现场浇筑混凝土形成整体的建筑结构，以这种方式进行施工建设的建筑称为装配式建筑[5]。

2.2 装配式建筑的优势

这类建筑的构件是在专门的工厂，开展标准化的生产，通过集成化生产的方式加快了建筑产业的生产和建造效率[6]。在对装配式的混凝土构件进行吊装和安装时，因其大大减少了现场施工中进行的混凝土浇筑等工序，可有效地将建筑施工噪声与粉尘降低[7]。通过集成化的安装构件，可减少混凝土在浇筑中可能产生的问题，有效地避免了不合格构件的出现，从而大大节约了施工资源。在建设阶段也减少了碳排放的产生，节约了能源[8，9]。

2.3 装配式建筑效益的分类

随着我国装配式建筑在民用建材上的广泛运用，使得我国民用建材生产方式有很大的改变，实现了节能、环保和绿色低碳的整体综合效益，因此，从市场经济效益、环境效益与社会效益三方面进行分析，着重开展效益分析[10]。

3 再生混凝土技术

3.1 再生混凝土骨料的制作方法

再生混凝土是指将废混凝土块按一定比例进行破碎，清洗(图1)，分类，部分或完全替代天然集料(主要是粗集料)，如砂石，碎石，然后加入水泥和水制成的新型混凝土[11]。

图1 再生骨料清洗

3.2 再生混凝土配合比试验研究

根据再生混凝土的配合比，可以提高混凝土搅拌站的成熟配合比。它已经在预制工厂中使用了很长时间，并且与原料混合站中使用的原料是相同的，只是用于聚合的原料已经很长时间了[12]。再生骨料的性能，沙子的比例，水和粘结剂的比例，胶凝材料的量以及矿物掺合料的类型和含量对混凝土的性能有重要影响[13]。但是，由于测试混合比是基于原始混合比和混合站的原料，因此，主要根据再生建筑废料骨料的特性进行了对需水量和砂比的影响的实验研究[14]。

3.3 再生混凝土性能研究

3.3.1 再生混凝土的机械性能是混凝土的重要性能

由于再生骨料有许多棱角，粗糙的表面和高孔隙率，与普通混凝土相比，再生混凝土的机械性能发生了较大变化[15]。具有相同混合比的再生混凝土的强度比天然骨料混凝土的强度低约10%，但随着年龄的增长，这种差异会减小。因此，在预制构件的生产中，再生混凝土通常用于填充非承重预制构件，例如隔热墙和墙板[16]。

3.3.2 再生混凝土的工作性能

例如流动性，良好的内聚性和坍落度保持能力，是现场施工中混凝土最重要的性能[17]。由于某些特殊形状的预制部件的工作表面狭窄，并且钢筋密度高，因此只能使用小型泵进行现场混凝土浇筑。再生混凝土可以根据实际需要调整添加颗粒的大小和适当的混合比。添加相应的外加剂不仅可以满足混凝土的可加工性要求，而且可以使成型后的零部件外观质量更加规范[18]。通常认为，与普通混凝土相比，再生混凝土具有较低的坍落度和较差的流动性。然而，由于骨料的粗糙表面，再生混凝土混合物的摩擦阻力增加，并且再生混凝土的保水率和黏度增加[19]。为了获得与普通混凝土相同的性能，再生混凝土需要添加5%～15%的水。基于此，一些研究人员建议使用预饱和水，在使用前用水使回收的骨料饱和。

3.3.3 再生混凝土耐久性的抗碳化性和抗冻融性是混凝土耐久性的重要指标

可以得出结论：①随着时间的流逝，混凝土砌块的碳化深度逐渐增加，再生混凝土的抗碳化性比普通混凝土略差。主要原因可能是再生混凝土集料中存在一些裂缝，这些裂缝促进了碳化过程中二氧化碳的通过，并且抗碳化性略低[20]。②在相同的冻融循环条件下，冻融前后再生混凝土的质量损失比普通混凝土大，这是因为再生混凝土骨料的吸水率远高于普通混凝土[21]。随着温度下降，混凝土孔中的水开始冻结，在此过程中，水的膨胀受到较大孔中冻结水的限制。但是，由于骨料本身中存在大量裂缝和空隙，再生混凝土受霜的解除的影响，但缺少自由孔来缓解膨胀压力[22]。当静水压力作用在井壁上时，它将产生更高的抗拉强度，达到最大混凝土抗拉强度的可能性也更大。因此，再生混凝土的表面剥落得越多，对混凝土试块的破坏就越严重。

3.3.4 再生混凝土构件外观质量

再生混凝土组件的外观质量主要是指表面平整度，裂缝，蜂窝表面和麻点。外观质量主要受水泥，细骨料和粗骨料等因素影响。经过清洗和分类后，再生骨料接近天然骨料，对外观质量影响很小。因此，改善外观质量的更好方法是从生产过程和维护方法入手。

4 再生混凝土技术的应用

4.1 再生混凝土骨料破碎加工

目前，再生骨料的处理方法相近，即将不同的破碎设备、输送机械、筛选设备和除杂设备有机地结合起来，完成杂质的破碎、筛选和处置过程，最终达到要求。回收的细骨料和粗骨料满足质量要求[23]。生产过程分为3个阶段：①预处理阶段：去除残留混凝土中的其他杂质，并使用破碎机将混凝土块破碎成颗粒；在组装组件的生产过程中，由于各种原因会取消组件，否则每天都会丢失混凝土废料，这种混凝土废料会占用大量的存储空间，因此首要任务是销毁这种废料，即钢铁仓库，破碎和拆除也可以单独回收[14]。②破碎台：混凝土块在偏心辊上旋转，彼此碰撞、摩擦和破碎，并去除粘附在管道表面的水泥浆和砂浆。地面混凝土块具有不同的大小，形成连续的多级渐变。这些骨料层与水泥和掺合料混合形成再生混凝土。但是，由于对性能的影响，它只能用于安全系数较小的非承重组件，例如可渗透砖，路边等[25]。③筛选阶段：进行材料的最终筛选，消除水泥砂浆等颗粒，最终获得高性能的再生骨料。经过筛分和清洁后，回收的骨料性能良好，接近天然骨料。选择适当的混合比，可以形成性能良好的再生混凝土，可用于生产预制建筑物的非承重构件。用作填充墙，室外装饰挂板等。

4.2 再生混凝土构件性能试验

结合生产情况，可以将混凝土废料粉碎用以生产预制构件，例如混凝土填充墙和混凝土保温墙板，以及非承重构件，例如混凝土石料，用于道路和排水沟。研究了再生混凝土构件的机械和物理性能。通过实验研究了再生骨料含量、添加剂含量和组分类型设计对混凝土组分的物理和机械性能的影响。通过与天然混凝土的比较，发现合理的墙体材料比例。然后，对再生混凝土构件进行了压缩试验。对设计规范中压缩计算公式的比较分析为实际生产再生混凝土组件提供了测试依据。

5 再生混凝土技术主要技术难点和解决方法

5.1 技术难点

再生混凝土的主要技术难点是如何提高再生混凝土的强度。由于再生的骨料来自原始的废弃混凝土，因此其中会出现一些裂缝，严重影响骨料的强度。由于混凝土碎片的复杂组成，混凝土的强度会发生变化。严重碳化经常发生在混凝土表面。混凝土骨料腐蚀和腐蚀后，内部会软化，强度会大大降低。一般来说，混凝土骨料的强度较低，其应用也较复杂。目前，我国主要使用再生骨料混凝土生产中低质量混凝土。

5.2 解决方法

(1)增加混凝土的强度。为了增加混凝土的强度，必须不断提高集料的增强效果。在此过程中，不可避免要进行机械和固溶处理。在机械处理过程中，其主要目的是从混凝土骨料表面去除水泥砂浆和其他成分。使用球磨机活化再生的混凝土骨料肯定会提高其质量。再生骨料的失效率大大降低，可以有效地用于钢筋混凝土构件。处理溶液的复杂性相对较高，并且仅在用化学悬浮液(如酸)清洗后才能将聚集体浸泡。完全干燥后，可以进行有效处理。此外，必须优化回收骨料的结构以提高其密度、稳定性和坚固性。

(2)合理使用再生混凝土。预制建筑构件对混凝土的高强度和安全性能要求极大地限制了再生混凝土的发展。但是合理使用再生混凝土也可以在再生混凝土中发挥作用。在预制建筑组件中，有些使用非承重结构，例如填充墙，装饰性悬挂面板和彩色混凝土[26]。它也可用于市政项目，例如透水砖，路缘石，排水沟等。然而，再生骨料的原始缺点已成为新型预制构件的优点，这些预制构件已得到合理使用并接近自然。

6 结语

以实践可持续发展为目标，以建设环境友好型公司为目标，建筑废料的回收利用已成为建筑业不可回避的话题。本研究开发和使用建筑废料，例如再生骨料来代替全部或部分天然骨料。结果表明：一方面，它可以减少对沙子和砾石等矿产资源的购买，为公司节省成本，并减少因露天倾倒废物而造成的环境污染；另一方面，随着建筑材料和产品的快速发展，剩余资源利用的发展，这一趋势将带动高性能绿色混凝土和环保多功能材料的研究，特别是结构混凝土、彩色混凝土、室外装饰悬挂板、高性能透水砖等。同时，由于减少了天然骨料的消耗，节省了矿产资源，使用再生骨料提高了天然骨料更换后的替代率，产品的性能要求也越来越高。随着市场需求逐年增加，生产过程中混凝土的成本降低，并且在建筑与环境之间实现了良性循环。

由于再生骨料和天然骨料的性能不同，因此再生骨料混凝土和天然骨料混凝土的性能也不同。与天然骨料混凝土相比，再生混凝土具有较低的抗张强度、抗压强度和坍落度。但是，如果使用正确的混合比和正确的添加剂，则再生混凝土的性能可以等于或优于天然混凝土。因此，使用混凝土废料作为再生骨料来制造混凝土构件甚至可以代替天然混凝土构件，并在建筑资源的循环利用中发挥作用。具有节能环保的良好的经济效益和社会效益，具有广阔的应用前景。在预制建筑构件的生产中，混凝土每天都在流失。如果这种丢失的混凝土可以完全再利用，则可以将其转变为具有不同特性的混凝土，并用于生产不同的组件，这可以产生非常显着的经济、社会和环境效益。