再生混凝土的研究现状及其基本性能论文

1目 录摘要 .2第 1 章 研究的目的、方法、现状 .31.1 研究的目的及意义 .31.2 研究的方法 .31.3 研究的现状 .41.3.1 国外研究现状 .41.3.2 国内研究现状 .4第 2 章 再生混凝土在粗、细骨料及再生墙体领域研究现状 .52.1 再生混凝土及再生墙体的基本性能 .52.1.1 再生混凝土的基本性能 .62.1.2 再生墙体的基本性能 .72.2 再生混凝土粗、细骨料研究现状 .72.3 再生墙体研究现状 .8第 3 章 促进废旧材料再利用健康发展的对策探索 .93.1 废旧材料再利用的基本方法 .93.1.1 回填掩埋法 .93.1.2 加工骨料法 .103.1.3 还原再利用 .103.1.4 堆山造景的处理方式 .103.2 废旧材料再利用在旧城改造中存在的问题 .113.3 废旧材料再利用建议 .113.3.1 创新废旧材料再利用管理模式 .123.3.2 产学研政联动、提升废旧材料再利用技术水平 .123.3.3、增强宣传教育、提高废旧材料再利用产品的社会认可度 .123.3.4 推进废旧材料再利用产业化 .12第 4 章 结论及展望 .134.1 结论 .134.2 展望 .13参考文献 .14附录 A .15致 谢 .172摘要二十世纪以来,建筑业的快速增长消耗大量环境资源,与此同时爷产生大量的建筑废弃物。相比发达国家,我国建筑废弃物再利用尚处于初级阶段,目前多数建筑废弃物用于基础回填,属于低等级循环利用,其经济效益和社会效益并不令人满意。在我国践行可持续发展为主题、环境友好型社会为建设目标的现在，建筑垃圾回收利用，已变成不可逃避的课题。本文在废旧材料回收方面的研究，首先对废旧材料再生利用的目的、再生利用发展现状进行分析，重点总结了国内外废旧材料再利用的发展趋势；其次对再生混凝土在粗骨料、细骨料以及再生墙体领域的研究现状做了详细的介绍，并对再生混凝土和再生墙体的基本性能展开阐述；最后本文总结了废旧材料再生利用的一般处理方法，通过分析废旧材料再利用在发展中存在的问题，提出了我国未来废旧材料发展的建议，希望能为我国的新型城镇化建设提供理论参考。关键词：建筑废弃物，低级循环，可持续发展，再生利用3第 1 章 研究的目的、方法、现状1.1 研究的目的及意义废旧材料资源化开发利用制作成的再生骨料，全部（或部分）替代天然骨料，一方面可以减少对天然矿产资源的开发，还可以缓解因废旧材料露天堆放所造成的环境污染。另一方面随着建材制品日新月异，废旧材料资源化利用发展趋势会导向绿色高性能混凝土和多功能环保材料研究，特别是结构性混凝土、预应力混凝土、新型绿色隔墙板、室外装饰挂板、高性能的透水砖等，同时再生骨料的应用，替代天然骨料后取代率的增加，加上制品性能要求越来越高，因减少了天然骨料的掺量，节省了矿产资源；随着市场的需求量逐年增加，压缩了建筑中混凝土成本，实现了建筑与环境的良性循环。再生保温混凝土同时具备了普通混凝土的承重能力，保温混凝土的保温性能，再生混凝土的环保性能，符合国家建筑材料的相关规定，与此同时代表了我国绿色环保型建筑材料未来的发展方向。再生保温混凝土是集合新型的轻质保温材料，再生骨料以及高性能的外掺料于一体的新型绿色混凝土，其在集合各种材料优势的同时也可以起到相互弥补单一材料不足的作用，因此是一种值得探索研究的新型建筑材料，再生混凝土具有较高的研究价值。1.2 研究的方法（1）比较分析法。由于我国开展废旧材料再生利用方面的相关研究较晚，国外进行研究较早，且废旧材料的再利用率达到 90%以上。因此，借鉴国外废旧材料资源化经验，构建我国废旧材料回收利用模式是必要的。（2）文献研究法。本文通过搜集、鉴别、整理以及研究大量的文献，形成对废旧材料循环利用以及处理模式的认识。了解国内外对废旧材料的成功处理模式及相关理论著作，对于提出新型城镇化过程中的废旧材料循环利用模式有很大帮助。（3）实证研究法。本文以对温州市废旧材料处理模式的具体研究为例，分析不同废旧材料循环利用模式的优劣，从而总结出现阶段的废旧材料处理发展现状及基本性能。41.3 研究的现状1.3.1 国外研究现状欧美发达国家以及亚洲的日本、韩国等，已经实现了废旧材料资源化利用，并且达到了非常高的总体水平。下面以德国、美国、日本为例，分别分析这三个国家的废旧材料利用现状。德国是世界上最早开展循环经济立法的国家，这源于德国设计了一套运作高效且周密的垃圾处理体系， “垃圾经济”是促使德国制定循环经济法律法规的重要因素 3。为德国的垃圾回收、再生资源利用打下了坚实的基础。随着发展的趋势，德国开设了大量的废旧材料综合处理厂，目前德国废旧材料回收利用率已经达到 87% 4。美国在西方发达的工业体系里，对废旧材料的处理起步较早，并于 1980 年至 1996 年间形成一系列符合自身情况的政策法规，其中最著名的 超级基金法 ，不但从源头上遏制了废旧材料的排放，同时使再生骨料混凝土的规范应用有了法律依据 5。日本属于岛国，国土面积小，资源相对匮乏，因此在资源回收利用方面非常重视。早在 1977 年就出台了再生集料和再生混凝土应用规范 等废旧材料资源化利用的相关法规，并且在 1996 年颁布了 “再生资源法” ，使建筑废弃物的回收再利用有了法律依据。成熟的技术和政府的管理，使日本废旧材料回收利用率已经达到 90% 6。1.3.2 国内研究现状在我国，长期以来因国土面积辽阔、资源丰富等原因，还没有认识到资源化再生利用的重要性，好在我国改革开放以来，各行业迅猛发展与世界先进工业体逐步接轨，开始了对再生骨料混凝土的研究和开发。近几年，随着国家政策导向，对一系列贴近“节能减排”立项的课题，国家发改委都能给予一定的扶持资金，这样大大调动由于经费不足而缺乏系统研究的建材工业企业的积极性。并且在兼顾资源化再生利用的同时，国家建设部、环保部、先后出台了相关政策法规，如表 1-1 所示。5表 1-1 中国废旧材料资源化相关法规目前我国废旧材料在回收再利用技术方面也有很大提高，如利用废旧材料生产可再生环保型建材，马路方砖、盲道砖、路沿石、护坡材料等新型建筑材料，此外还有将废弃混凝土回收配制再生骨料混凝土应用于市政道路建设。这些都是经废旧材料再生骨料制作而成的，并且在城市建设中已经应用。第 2 章 再生混凝土在粗、细骨料及再生墙体领域研究现状所谓的再生骨料是指将废弃混凝上经过破碎、分级,按一定比例混合形成的骨料,根据其粒径的大小,再生骨料可以分为再生粗骨料(粒径大于 5mm)和再生细骨料(粒径小于 5mm)。再生利用混凝土按骨料的组合形式有以下几种：（1）再生利用的骨料均为回收再利用的骨料；（2）粗骨料为再生骨料、细骨料为天然砂；（3）粗骨料为天然碎石或卵石、细骨料为再利用骨料；（4）再利用骨料部分替代现有普通混凝土骨料。 2.1 再生混凝土及再生墙体的基本性能62.1.1 再生混凝土的基本性能再生细骨料的尺寸一般为 0.15mm5.0mm。再生细骨料主要包含砂浆体破碎后形成的表面附着水泥的砂粒、表面无水泥砂浆的砂粒、水泥石颗粒及少量破碎石块。废弃混凝土破碎为再生细骨料中，含有砂石、泥浆、杂土等各类杂质，会直接影响再利用骨料与水泥直接的粘结强度，从而降低混凝土强度，同时还会增加混凝土的用水量，从而加大混凝土的收缩，降低混凝土的抗碳化性能。再生细骨料与天然砂相比组成成分复杂，组分中含有微粉、泥土、有害物质，再加上混凝土块在破碎过程中造成骨料表面粗糙、棱角较多、骨料累积内部存在大量微裂纹，这些因素导致了再生细骨料的基本特性与天然骨料有较大的差异。从外观方面来看（图 2.1 及图 2.2） ，天然砂粒形完整、粒径偏小、分布均匀、颗粒圆滑，可以看出再生细骨料的颗粒棱角多、粒径偏大、表面粗糙，且含有较多的微裂缝，再生细骨料中含有附着水泥石的天然砂、水泥石碎屑、泥土以及各种杂质。再生细骨料同天然砂对比，再生细骨料较之天然砂，再生细骨料粒径较粗、颗粒棱角较多且颗粒分布不均匀。图 2.1 天然砂 图 2.2 再生细骨料混凝土从空隙率、堆积密度和表观密度方面来看（图 2.3） ，再生细骨料和天然砂的表观密度、堆积密度和空隙率进行观察及试验研究，其结果见表 2-1。由表 2-1 试验数据可知，再生细骨料的表观密度和堆积密度均小于天然砂，分别比天然砂小 8.73%和 9.12%。造成再生细骨料密度降低的主要原因是再生细骨料的表面粗糙，堆积时所占个体面积较大，使得再生细骨料的密度小于天然砂。再生细骨料的空隙率较比天然砂高了 12.5%，主要原因是原生混凝土在破碎过程中造成骨料表面粗糙、棱角较多，因此堆积时形成多孔隙。7表 2-1 再生细骨料和天然砂的表观密度、堆积密度以及空隙率2.1.2 再生墙体的基本性能将建筑废弃物、工业矿渣等经过清洗、破碎、分级并按一定比例相互配合后得到的再生骨料揽拌混合,振动挤压制成各类墙体材料,这种墙体称为再生墙体材料，有再生混凝土多孔砖和再生混凝土轻质隔墙之分，多孔砖尺寸为240mm(长)x ll5mm(宽)x 90mm(厚),如图 2.3 所示。再生多孔砖抗压强度为8.0Mpa,孔隙率 38%,重约 3.4kg,组成原料中,42.5 级水泥浆质量占 16.2%,废混凝主块质量占 41.9%,红砖碎片质量占 41.9%。再生混凝主轻质隔墙板如图 2.4 所示，墙板按其厚度分为 90 型 600mm(宽)x 90mm(厚)和 120 型 600mm(宽)x 120mm( 厚),标准抗压强度为 7.5Mpa。组成原料中,42.5 级水泥浆质量占 20%,建筑废弃物占 50%,工业废渣占 20%,粉煤灰占10%。图 2.3 再生混凝土多孔砖 图 2.4 再生混凝土轻质隔墙板2.2 再生混凝土粗、细骨料研究现状早在 20 世纪 80 年代发达国家就陆续出台了再生骨料相应标准,我国直至2010 年才由中国建筑科学研究院等单位编制成国家产品标准混凝止用再生粗骨料 GB/T 25177-2010 、 混凝土和砂浆用再生细骨料 GB/T25176-2010,以及行业工程标准再生骨料应用技术规程 JGJ/T240-2011,填补了我国长期以来在再生骨料利用方面的技术标准空白,为再生骨料的生产、应用提供了科学合理8的技术支撑。同天然骨料相比,再生骨料表面还包裹着相当数量的硬化水泥砂浆,这是导致再生骨料性能比天然骨料差的根源。徐亦东、陈莹、冯乃谦等通过对再生混凝上骨料的试验研究,讨论了再生骨料与天然砂石骨料的差异,都认为再生骨料表面包裹着相当数量的硬化水泥砂浆是导致再生骨料的表观密度、堆积密度和吸水率比天然骨料低的主要原因,此外再生骨料的外观略为扁平,同时带有很多棱角,外形介于碎石和卵石之间,这样的外形会降低新拌再生混凝土的工作性能。与表面光滑的天然骨料相比,再生骨料表面包裹有老的水泥砂浆使得骨料看起来很粗糙,且表面积较大,虽与水泥石粗结较好,但对于新拌混凝土的流动性不利。同时会增加水泥用量。再生骨料成分不仅有少量脱离砂浆的石子,包裹部分砂浆的石子,还有少量独立成块的水泥砂浆。其本身表面粗糙、棱角多以及在混凝土构件破坏和在再生骨料的生产过程中,骨料内部生成大量徵细裂缝,导致再生骨料孔隙率大,表观密度和堆积密度降低。目前文献显示的再生骨料堆积密度和表观密度离散性较大。再生细骨料的堆积密度和表观密度分别为天然细骨料的 7580%、8085%。国外的研究发现再生细骨料的吸水率主要在 7%-12.1%之间,再生粗骨料的吸水率的在 3.6%-8.0%之间,主要分布在 5%左右。Salomon M.Levyfwsi 等人认为：再生骨料的吸水率是天然骨料的 6-8 倍。Kreijger 还从大量实验结果中发现再生骨料的吸水率与其密度之间呈拋物线关系;杜婷等人试验测得未被强化的再生骨料吸水率为 6.68%,而经过水泥浆及混和其它外惨料浆液强化后吸水率有所降低。水泥砂浆强度比天然骨料低,因此,再生骨料的压碎指标比天然骨料要高。再生骨料包裹的水泥砂浆越少,压碎指标越接近天然骨料。国内资料显示粗骨料为卵石的废旧混凝土生产的再生骨料的压碎指标为 16.6%。杜婷等人测得原生混凝土强度等级为 C35 的再生骨料压碎指标为 20.6%。2.3 再生墙体研究现状新型墙体材料主要是指用混凝土、水泥或粉煤灰、煤矸石等工业废料和生活垃圾生产的非粘土砖、建筑顿块及建筑板材。在实际应用方面，这类利用废弃材料而形成的新型墙材早在上个世纪的五十年代就已经在英国和美国等发达国家出现。日本由于资源匮乏严重，在上个世纪九十年代初期就着手开始研制再生材料和再生墙体，到了上个世纪末，日本建筑再生材料的利用率已经达到了 65%，已经超过了英国和美国。再生墙体的研制和应用有很强的区域性质，9再生骨料主要受当地的自然环境、区域资源、民族风格、建筑材料的使用率等条件限制，所以我国在开发利用再生混凝土方面，要结合当地的废旧材料及环境特点，充分利用当前先进的建筑科技技术，发展适合当地使用和未来发展的再生墙体。很多产品符合节能节地的原则,但目前暂时在施工方法或生产工艺方面还不完善,就需要我们去完善开发市场,根据企业自身的情况做决策。将再生骨料利用到墙体材料是合理的再生方法,这已是建筑废弃物再生利用的一个重要研究领域,引起不少学者对其进行研究。白国良等 8通过正交试验研究了再生混凝土砌块配合比中的四个主要因素(单位用水量、水灰比、再生粗骨料取代率、再生细骨料取代率)对抗压强度的影响,通过试验优化了再生混凝主砌块的配合比,结果证明,对于单排孔再生混凝主小型空心砌块,若配合化选取合适,强度等级可以达到 MU5.0。卓玲等 9采用正交试验研究了再生骨料混凝土空心砌块配合比设计,研究表明选取合适配合比,再生粗骨料取代率 82%和再生细骨料取代率 100%,制作的再生混凝土小型空心砌块强度等级可以达 MU5.0。李丹等 10通过正交试验研究再生混凝主土砌块配合比中水灰比、再生粗骨料取代率、再生细骨料取代率三个主要因素对其抗压强度的影响规律。试验结果表明,对于多排孔小型空心砌块,选取合适的配合比,强度等级可以达到MU10.0,可作为非承重砌块使用。第 3 章 促进废旧材料再利用健康发展的对策探索3.1 废旧材料再利用的基本方法3.1.1 回填掩埋法回填掩埋法是废旧材料处理的主要方法之一，首先回填掩埋应该在进行充分分类的基础上进行，对于一些有回收利用价值的木材、构配件等应该首先回收再利用，对一些回收价值较低的诸如一些砖石材料、混凝土材料在道路铺设地基或者是基坑回填时可以充分的加一利用。废旧的建筑材料在进行在运输过程中，会产生大量的烟尘，会对空气质量和环境造成不良的影响，同时在堆放过程中，又会占用土地，污染土地和水源，在运输和对方过程中，不仅造成了大量的人力物力的浪费、损害环境，也对人民的生产生活具有不良的影响。103.1.2 加工骨料法在建筑物拆解过程中，会产生大量的建筑废料，特别是现代建筑物建造过程中，对混凝土的应用。不过如果我们能够将这些建筑废料进行科学的分类处理，然后将其中具有回收再利用价值的建筑废弃材料加一回收，就可以在很大程度上减少建筑废料的废弃，不仅