（道路与铁道工程专业论文）莲易公路再生骨料混凝土应用技术试验研究.pdf

两斐 水泥和混凝土与资源、能源和环境有密切的关系，如何将废旧混凝土这种废 弃物转化为一种有用的资源，作为骨料再生利用，最大限度的发挥其材料的使用 性能，是摆在世界各国政府和广大科技工作者面前的一个重大课题。 本文阐述了再生骨料混凝土技术的概念、再生骨料混凝土的基本性质、再生 骨料混凝土对环境的影响以及其在国内外的研究现状和发展，提出发展再生混凝 土技术是社会可持续发展的需要。根据实体工程设计了一套生产再生骨料的处理 工艺流程，并利用莲易公路废弃混凝土路面板制各了一定量的再生骨料，以确定 再生骨料的工业化生产技术。通过室内试验，对再生骨料的表观密度、孔隙率、 吸水率、含水率、表面粗糙度、压碎指标、冲击指标、磨耗指标、坚固性等指标 进行了研究，并与天然骨料对比分析，力求得出再生骨料的一些基本性能参数。 本文根据再生骨料和粉煤灰的不同取代率、不同水胶比、不同砂率设计了几组不 同配合比的再生混凝土，对其工作性能、力学性能和耐久性能进行了研究，分析 了再生骨料的取代率、粉煤灰的取代量、不同水胶比、不同砂率及掺加高效减水 剂和矿物9 1 - 力n 剂等因素对再生混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能的影响。 并对再生混凝土的应用进行了经济可行性分析，为再生骨料和再生混凝土的应用 提供了有利的支持。 试验表明采取低水胶比、高效减水剂、粉煤次和硅灰作为掺合料、控制再生 骨料的最大粒径，可以制各出高流动性、高耐久性、高抗折强度的高性能路用再 生混凝土。 关键词：再生骨料：再生骨料混凝土：工作性；耐久性；强度：水胶比 a b s t r a c t c e m e n ta n dc o n c r e t eh a v ec l o s er e l a t i o n s h i pw i t hr e s o u r c e s 、e n e r g ys o u r c e sa n d e n v i r o n m e n t s i ti sa n i m p o r t a n tp r o b l e m f o rt h e g o v e r n m e n t sa n d i m m e n s e s c i e n c e t e c h n o l o g yw o r k e r si n t h ew o r l dt h a th o wt ou t i l i z et h ew a s t ec o n c r e t ea s u s e f u lr e s o u r c e st ob e c o m et h ea g g r e g a t e so fc o n c r e t ea n dt om a k eu s eo fi t si m m e n s e u s e f u l - c a p a b i l i t y i nt h i sa r t i c l e ，t h ec o n c e p t sc o n c e r n i n gr e c y c l e da g g r e g a t ec o n c r e t ea r ed e f i n e d a n dt h ec h a r a c t e r s o fr e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t ea r ed i s c u s s e d t h i sp a p e r s u m m a r i z e st h a tr e c y c l e dc o n c r e t eb r i n g st h ei n f l u e n c et ot h ee n v i r o n m e n ta n di t s d o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lr e s e a r c hs t a t u sa n dd e v e l o p m e n t ，a n d p u t s f o r w a r d d e v e l o p i n g t h e r e c y c l e d c o n c r e t e t e c h n o l o g y i st h en e e do fs o c i a ls u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t t h i sp a p e rd e s i g n s as e to f t e c h n i c sf l o wo fp r o d u c i n gr e c y c l e d a g g r e g a t e sb yas u b s t a n t i a l i t yp r o j e c ta n du s e ss c r a pc o n c r e t eb o a r do fl i a n y i r o a dt o m a n u f a c t u r es o m er e c y c l e da g g r e g a t e s l a b o r a t o r yt e s t so fr e c y c l e sa g g r e g a t ew e r e c a r r i e do u tt oo b t a i ni t s m a n u f a c t u r e t e c h n o l o g i e s i no r d e r t o g a i n e s s e n t i a l c a p a b i l i t yp a r a m e t e ro fr e c y c l e da g g r e g a t e s ，l a b o r a t o r y t e s t sa r ec a r r i e do u tt o r e s e a r c ht h e a p p a r e n td e n s i t y 、p o r o s i t y 、a b s o r p t i o n 、m o i s t u r ec o n t e n t ，s u r f a c e r o u g h n e s s ，c r u s hi n d e x ，i m p a c tt o u g h n e s s 、a b r a s i o nl o s s 、c o n s i s t e n c yo ft h er e c y c l e d a g g r e g a t e s ，a n dc o n t r a s t st h e mw i t hs a v a g e n e s sa g g r e g a t e s t h ep a p e rd e s i g n ss o m e t e a m so fd i f f e r e n tm i xp r o p o r t i o nc o n c r e t ea c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n tr e p l a c e m e n to f t h er e c y c l e da g g r e g a t e sa n df l ya s h ，a n dr e s e a r c h e st h e i rw o r k i n gp r o p e r t i e s 、 m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n dd u r a b i l i t y ，a n da n a l y s e si n f l u e n c ef a c t o r so ft h ew o r k i n g p r o p e r t i e s 、m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n dd u r a b i l i t yo ft h er e c y c l e dc o n c r e t es u c ha st h e r e p l a c e m e n tr a t eo fr e c y c l e da g g r e g a t e s ，t h er e p l a c e m e n ta m o u n to ff l ya s h ，d i f f e r e n t w a t e r b i n d e rr a t i o ，d i f f e r e n ts a n dc o n t e n t ，a d d i n gt h eh i g hr a n g ew a t e rr e d u c i n g a g e n t sa n dm i n e r a la d m i x t u r e ，e t c a n dt h ee c o n o m i cf e a s i b i l i t yo ft h ea p p l i c a t i o no f t h er e c y c l e dc o n c r e t eh a sb e e na n a l y z e d i to f f e r st h ea d v a n t a g e o u ss u p p o r tf o rt h e a p p l i c a t i o no fr e c y c l e dc o n c r e t e t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wt h a tt h er e c y c l e dc o n c r e t ew i t hh i g hf l u i d i t y ，h i g h d u r a b i l i t yo rh i g hs t r e n g t hc a nb ep r o d u c e db yu s i n gl o ww a t e r - b i n dr a t i o ，e m p l o y i n g g o o dq u a l i t ys u p e r - p l a s t i c i z e r ；a d d i n go ff l ya s ha n dc o l l o i d a ls i l i c aa n dc o n t r o l l i n g t h em a x i m u ms i z eo fr e c y c l e da g g r e g a t e k e y w o r d s ：r e c y c l e da g g r e g a t e ：r e c y c l e da g g r e g a t ec o n c r e t e ；w o r k a b i l i t y ； d u r a b i l i t y ；s t r e n g t h ：w a t e r - b i n d e rr a t i o 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 作者签名：兹彩纱哌日期：刃形年，月力勿日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在一年解密后适用本授权书。 2 、不保密z ( 请在以上相应方框内打“、，) 作者签名：多乳幺日期：坳多年，月二矽日 导师签名 尹嘲：卅年，脚日 1 1 研究的背景 第一章绪论 人类社会进入2 1 世纪，可持续发展面临着人口膨胀、环境恶化和资源短缺三 大问题，尤其是资源短缺问题目前已经引起世界及我国政府的高度重视。日前， “全民节约，共同行动”大型主题宣传活动已在北京人民大会堂拉开序幕，节约 能源己成为目前最深入人心的话题之一。因此如何更加有效的节约现有的资源和 能源，最大限度的发挥它们的使用功效是目前需要解决的一大问题。同样材料科 学技术要获得可持续发展，除了对材料的技术性与经济性提出要求以外，还要求 它具有环境协调性，也就是说需要从省能源、省资源、高耐久性与再生利用的角 度出发开发新材料。 1 1 1 课题的提出 水泥和混凝土是迄今为止用量最大的人造建筑材料，是人类文明建设中不可 缺少的物质基础。2 0 0 4 年全球的水泥产量为2 1 亿t ，而全球混凝土的产量己达到 6 0 亿t ，这是其他任何材料望尘莫及的i l l 。我国1 9 8 4 年水泥产量为1 亿t ，2 0 0 4 年水泥产量为9 7 亿t ；美国1 9 8 4 年水泥产量为6 千万t ，2 0 0 4 年水泥产量达到9 千万t ，并且还进口1 千万t ”1 。同时水泥工业本身对自然资源的依赖和给环境造 成严重污染的局面却没得到根本改变。每生产1 t 水泥又要耗费1 i t 石狄石，0 2 5 t 土，1 1 5 k g 煤和1 0 8 k w h 电，还有其它辅助原料，并且产生l t c 0 2 。可见水泥混 凝土工业不仅能源与资源消耗巨大，而且排出大量c 0 2 和n o ，污染环境。1 9 9 8 年全世界混凝土的生产量约为2 8 亿m 3 ，中国混凝土产量f 港澳台未计入在内1 约 占世界总产量的4 5 ，约1 3 1 4 亿m 3 。2 0 0 0 年我国水泥混凝土的用量已经达到 了2 0 亿m 3 ，这需要耗费水泥5 亿多吨砂石3 0 亿多吨。由于混凝土原材料中的 粗细集料约占混凝土总量的7 5 。据此推算：全世界每年需要粗细集料约2 1 亿 i n 3 ，其中中国约需1 0 亿m 3 ，1 0 年后可能超过1 6 亿h 1 3 。如此大的用量，总有 一天原生粗细集料的获得将越来越困难，因此从资源合理开发使用及可持续发展 的角度，寻求原生集料的替代品十分重要l ”。 中国是世界的水泥生产大国，近年来的水泥产量均居世界第一。与此同时， 随着我国工业化步伐的加快，重工业对环境造成的有害影响也是不容忽视的。据 2 0 0 4 年中国环境状况公报显示：“全国工业固体废物产生量为1 2 亿t ，比上年增 长了2 0 ，综合利用率仅为5 5 7 ”1 4 1 。因此，将工业废渣的处理和水泥混凝土 的生产联系起来成为水泥混凝土工业可持续发展的必经之路。 改革开放以来，随着国民经济的迅速发展，高速公路建设突飞猛进，到2 0 0 5 年底，我国高速公路通车里程达4 万公里，而我省高速公路通车里程已突破 1 2 0 0 k m ，其中水泥混凝土路面里程占4 0 5 0 。然而随着公路交通量和汽车载 重量日趋增加，路面结构的损坏日趋加速，另一方面由于设计、材料、施工技术、 施工管理和质量控制等方面的不足，以及自然灾害的破坏等原因，投入使用3 5 年后就出现了程度不同的病害，如断板、唧泥、错台等( 图1 1 、1 2 ) e ，i 。如我省的 长益高速公路、未宜高速公路、湘耒高速公路、长永高速公路、长潭高速公路、 莲易公路等水泥混凝土路面均已进行了改造或不同程度的修补，并且修补量日趋 增加。由于高速公路的封闭性，废弃混凝土的处理也是养护部门急需解决的问题 之一。 图1 1 水泥混凝土纵向扳块错台 图1 2 水泥混凝土板块问缩缝渗水断板 混凝土原材料中用量最大的砂石长期以来被认为是取之不尽、用之不竭，而 随意开采，甚至滥采滥用。结果造成山体滑坡、河床改道，严重破坏自然环境， 有碍于骨料原产地生态环境的可持续发展，产生巨大的社会负面效应。并且在一 定意义上讲天然砂石属于不可再生资源，它们的形成需要经过漫长的地质年代。 如果不加限制的采集，不久我们将面临天然骨料短缺，就像目前面临煤炭、石油、 天然气短缺一样。 另一方面，按混凝土的使用寿命为5 0 年左右计，5 0 年后大量的混凝土因使 用寿命结束而成为废弃混凝土。据资料介绍，1 9 9 5 年，日木建筑废弃物中凝土废 弃物占3 8 ，约3 8 0 0 万t 1 6 j ；美国每年大约产生6 0 0 0 万t 废弃混凝土；欧共体废 弃混凝土的排放量从1 9 8 0 年的5 5 0 0 万t 增加到2 0 0 0 年的1 6 2 0 0 万t 川。因此，如 何利用废弃混凝土开发原生集料的替代品也就成为近年来关注的问题。 国内早期修建的水泥混凝土路面在行车荷载和环境因素作用下，路面破损严 重急需修补，路面修补后大量的废弃混凝土需要处理，如不对其妥善处理不但会 增加养护成本而且对周边环境也将造成负面影响，并且对资源也是一种浪费。相 当部分的混凝土道路和建筑结构物已进入老化毁坏阶段，同时城市改造建设也会 拆除部分老的街道和建筑结构，解体混凝土今后将越来越多，其处理方法是个 很大的社会问题。目前主要是采取填埋或堆积在城市郊区的公路、河道、沟壑附 近的方法处理废弃混凝土，如此做法会恶化城市环境，带来非常严重的二次污染。 另外，堆放混凝土废弃物会占用大片的场地，对于土地和空间日趋宝贵的城市是 一种极大的威胁，限制城市的发展空间，渐有“垃圾包围城市”之势。从建筑资 源循环利用及废弃混凝土处理方法的观点，都必须进行废弃混凝土骨料再利用的 研究。 因此，国内外许多专家、学者都将重点放在将废弃混凝土作为再生骨料循环 利用的研究上。基于我国再生骨料混凝土研究领域存在着许多有待深入开展的问 题，并结合湖南省公路建设中再生混凝土应用的需要而提出了本课题，同时也响 应了社会发展一定要注意环境问题的号召。 1 1 2 关于再生骨料混凝土的术语 再生骨料：构造物解体后的废弃混凝土经破碎、筛分、配合等工艺加工而成 的混凝土骨料，称为再生混凝土骨料( r e c y c l e dc o n c r e t ea g g r e g a t e ，r c a ) ，简称 再生骨料( r e c y c l e d a g g r e g a t e ) 。粒径小于5 m m 的部分被称为再生细骨料( r e c y c l e d f i n ea g g r e g a t e ) ；粒径大于5 m m 的部分被称为再生粗骨料f r e c y c l e dc o a r s e a g g r e g a t e ) 。 再生骨料混凝i ( r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e ，r a c ) ：采用再生骨料部分或全 部代替天然骨料配制的新混凝土，简称再生混凝土。 原生粗骨料：首次作为混凝土骨料使用的卵石和碎石，通常称为原生粗骨料。 原生细骨料：首次作为混凝土骨料使用的河砂和山砂，通常称为原生细骨料。 原生混凝土：采用原生骨料配制的混凝土。 粒形：是指颗粒材料的宏观几何形状。 表面粗糙度( s u r f a c er o u g h n e s s ) ：物体表面上有峰、谷和间距构成的微观几何 形状( 机械行业术语) ；本文是指骨料表面曲率变化的总称。 1 1 3 研究的意义 再生混凝土的开发研究不仅可以从根本上解决废弃混凝土的处理问题，还可 节约天然骨料资源，带来显著的社会、经济和环境效益，是一条节约资源、能源、 减轻地球负荷及维护生态平衡的可持续发展的道路。 目前，对再生水泥混凝土骨料的研究和利用主要出于环境和经济方面的考虑。 据统计，我国每年废弃混凝土量已超过1 3 6 0 万吨，而且这一数据还在剧增。如仅 以一条路幅宽度9 m ，板厚2 4 c m 的二级路计算，每公里道路改建时所废弃的混凝土 为2 1 6 0 m 3 , 而当改建的混凝土道路有十几公里或几十公里时，废弃的混凝土可达 上万甚至几十万立方米( s l 。显然，如此之多的废弃混凝土如何合理有效地处置， 是旧混凝土维修改造过中必须同时考虑的内容之一。若将大量置换下的旧混凝土 板随意丢弃，不仅会对沿线的周边环境带来很不利影响，并且也是一种资源浪费。 相反，对废弃的混凝土的再生利用一方面解决了大量混凝土废弃物处理困难和由 此引发的对环境的负面影响等问题，同时又节省了大量的垃圾清运费用和处理费 用；另一方面可以减少对天然砂石的开采，保护了生态环境，有利于人类社会的 可持续发展。 再生混凝土完全满足世界环境组织提出的“绿色”的三大含义： 1 1 节约资源、能源； 2 1 不破坏环境，更应有利于环境： 3 1 可持续发展，既可满足当代人的需求，又不危害后代人满足其需要的能力。 因此，可以看出再生骨料混凝土是一种可持续发展的“绿色混凝土”。同时目 前混凝土生产及施工技术必须向大量节约资源、能源、减轻地球环境负荷及维护 生态平衡的研究方向发展，并且要具有最新、最高技术水平生产经营方式，走可 持续发展的道路。再生混凝土的研究正代表了这一最新的发展方向，具有非常巨 大的研究意义。 1 2 国内外研究现状及进展情况 再生骨料混凝土的研究最早开始于二战后的欧洲。二次世界大战后，整个欧 洲成为一片废墟，在他们重建家园时已经注意到废弃混凝土的再生利用。因为再 生骨料循环利用不仅可以减少处理废弃混凝土的费用，而且可以节约有限的天然 矿产资源。因此，各国从自己的实际情况出发，相继开展了这一方面的研究工作。 4 目前再生混凝土的利用己成为发达国家所共同研究的课题，有些国家还采用立法 形武来保证此项研究和应用的发展。我国政府制定的中长期科教兴国战略和社会 可持续发展战略，也鼓励废弃物的研究和应用。 1 2 1 国外再生混凝土技术研究状况 自从第二次世界大战结束之后，对水泥混凝土的再生利用研究在美国、日本、 澳大利亚和欧洲一些国家成为一项重要课题，引起广泛的关注，并在很大程度上 得到了应用。对再生混凝上的研究主要是基于再生混凝土骨料的研究。对再生混 凝土骨料r c a 的研究主要从以下两个方面着手：测试r c a 的物理性质；研 究r c a 基层的力学特性，包括回弹模量和疲劳破坏。一般来说，研究过程包括 样品采集、试验测试、加速性能试验、长期性质观测以及理论分析等。美国、澳 大利亚、比利时、加拿大、法国、日本、英国、荷兰、西班牙等国家在制定关于 r c a 规范的时候，均侧重于级配、磨耗值和纯度等方面。 据美国联邦公路局统计，美国现在已有超过2 0 个州在公路建设中采用r c a ， 2 6 个州允许将r c a 作为基层材料：4 个州允许将r c a 作为底基层材料；将r c a 应用于基层和底基层的2 8 个州级机构中，有1 5 个制定了关于r c a 的规范。密 歇根州交通厅在2 0 世纪8 0 年代初利用r c a 重建了几条洲际高速公路i 1 0 1 。1 9 8 5 年，堪萨斯州交通厅开始着手进行r c a 的研究，回收旧混凝土作为集料用于新 建水泥路面。研究认为，将旧混凝土再生作为集料用于新建水泥路面面层或水泥 处治基层，在技术上是可行的1 。 俄罗斯o s m a n g a z i 大学的研究者着重研究了r c a 混凝土的配合比设计以及 新拌混凝土的特性。确定出随r c a 含量不同，弹性模量和韧度的变化。研究还 发现，r c a 混凝土的密实度表现出与普通混凝土相反的特性。r c a 混凝土的密 实度是小于普通混凝土的。新拌r c a 混凝土的和易性较低，这是由于r c a 的高 吸水性引起的。随着r c a 含量在混合料中的增大，r c a 混凝上的抗压强度和弹 性模量都逐渐减小0 j 。 从2 0 世纪8 0 年代末开始，澳大利亚的墨尔本和悉尼等城市开始利用r c a 。 目前，据估计悉尼每年有大概4 0 万t 旧混凝土被再生利用，墨尔本则每年有3 5 万t 。德国、荷兰、日本等国进行了这方面的研究和利用，到现在已召开了3 次 有关废混凝土再利用的专题国际会议。 德国目前将再生混凝土主要用于公路路面。德国钢筋委员会1 9 9 8 年8 月提出 了“在混凝土中采用再生骨料的应用指南”，要求采用再生骨料配制的混凝土必须 完全符合天然骨料混凝土的国家标准i m l 。国际材料和结构测试与研究实验室联合 会( r i l e m ) 于1 9 7 6 年设立了“混凝土的拆除与再生利用技术委员会( 3 7 一d r c ) ”。 荷兰是最早开展再生混凝土研究和利用的国家之一。在2 0 世纪8 0 年代，荷 兰就制定了有关利用再生混凝土骨料制备素混凝土、钢筋混凝土和预应力钢筋混 凝土的规范1 1 2 1 。荷兰代夫特理工大学也着手进行了r c a 研究，重点是研究无结合 料基层中掺有r c a 时，其特性与级配、混合料组成等因素的关系。大量三轴试 验结果表明：若级配中细料含量大，则表现出较大的粘结力，粘结力也受养护 时间、级配组成等因素的影响，而所有的影响因素中，压实度对粘结力的影响最 大；高r c a 含量导致模量值的增大，养护时间也会对其产生一定影响，而最大 的影响因素仍然是压实度；抵抗永久变形的能力主要受级配、压实度、混合料 组成等因素的影响，其中，压实度产生的影响最大，混合料组成次之，级配影响 最小1 9 1 。 早在1 9 7 7 年日本就制定了再生骨料和再生混凝土使用规范，1 9 2 2 年提出 了“控制建筑副产品排放和建筑副产品再生利用技术开发”的五年计划。日本工 业协会已制定了再生细骨料与再生粗骨料的质量标准及管理方法，并进行大规模 的再生混凝土的生产与应用。1 9 9 5 年，日本建筑废弃物产量约1 o 亿吨，其中混 凝土废弃物约占3 7 ，3 7 0 0 万吨。再生混凝土的产量约占全国商品混凝土产量的 1 1 0 ，1 0 0 0 万立方米年。1 9 9 6 年1 0 月，日本政府制定了旨在推动建筑副产品再 生利用的“再生资源法”，为废弃建筑材料的再生利用提供了法律和制度保障。日 本目前废弃混凝土的再生利用率已经达到了5 0 以上1 1 3 l 。 丹麦政府于1 9 9 0 年颁布法规修正案允许再生骨料在适宜环境下用于某些特 定的结构。该修正案将回收的混凝上按强度分为2 类：其中强度为2 0m p a 以下 的为第1 类，而强度为2 0 4 0m p a 的为第1 i 类。在使用这些再生骨料过程中， 要求各类骨料达到一定的技术要求m j 。 国外目前，将r c a 应用于公路建设主要是基于经济方面的考虑，因为对旧 混凝土的再生利用可以有效地减少运距，并且用相对便宜的r c a 代替部分天然 集料，可以大大降低工程造价。r c a 主要被用于路面基层、路肩、多孔粒料填方， 在少数情况下也被用于新建水泥混凝土面层。与此同时，出于土地资源有限，弃 土堆等建筑废料填埋地越来越紧张和昂贵，对环境的考虑也是研究和利用r c a 的重要原因。因此，我国必须加强对该领域的研究与应用，力求迎头赶上国外的 先进工艺。 1 2 2 国内再生混凝土技术的发展动态 我国国土面积较大，资源丰富，可能在一定时期内混凝土的原材料危机不会 突现，因此对r c a 的研究尚处于起步阶段，对旧混凝土的回收利用还未引起人 们足够的重视。在人类跨入2 】世纪前夕，我国政府在中国2 l 世纪议程一中国 2 1 世纪人口、环境和发展白皮书中，对世界面临的环境污染、生态破坏等问题 给予了高度的关注。我国政府制定的中长期科教兴国和社会可持续发展战略，鼓 励废弃物的研究和应用，并加紧对再生混凝土的开发利用进行立项研究。 长期以来国内对废弃混凝土基本没有实施再生利用，而是采取堆放或回填措 施，然而随着我国基础设旋建设的快速发展，废弃混凝土的处理问题日益突出。 目前，国内一些高校和科研院所的研究工作得到了相关部门的资助已经着手对 r c a 的性质和应用进行初步研究，并取得了一定的研究成果，随着研究工作的开 展，研究深度正一步一步深入。 1 9 9 2 年6 月，广州空军设计所对湖南长沙机场工程的道面、道肩及平行公路 上使用了再生混凝土技术，施工总面积达5 0 0 0 m 2 ，使用7 年后经回访考察，未见 异常情况，使用状况较好。 长安大学结合河南开封地区连接开封和兰考两地的水泥混凝土道路的改建工 程，采用无机结合料稳定再生集料用于高等公路路面基层，铺筑了4 0 m 的废弃混 凝土再生集料的试验路段，通车一年后，弯沉结果表明符合半刚性基层材料一般 通性，清楚证明再生骨料路用的可行性1 1 4 】。 近年来，上海、北京等地区的一些建筑公司对废弃混凝土的回收利用作了 些有益的尝试。1 9 9 0 年7 月，上海市第二建筑公司在市中心的“华亭”和“霍兰” 两项工程的7 幢高层建筑( 总建筑面积1 3 万m 2 均为剪力墙或框架结构) 的施工 过程中，将废弃混凝土粉碎后，经筛选后与砂按1 ：1 的比例拌和作为细骨料，用 于抹灰砂浆和砌筑砂浆，砂浆强度可达5 m p a 以上，共计回收利用废弃混凝土4 8 0 吨，节约砂子材料费1 4 4 万元和垃圾清运费3 3 6 0 元，扣除粉碎设备等购置费， 净收益1 2 4 万元i ”j 。这些有益的尝试为我国再生混凝土的发展起到了重要的促进 作用。2 0 0 2 年1 0 月2 8 日1 1 月1 日在上海举行的第五届水泥与混凝土国际会议 上，有关废弃混凝土的利用等研究领域方面的主题报告，引起与会代表们的极大 兴趣。 废弃混凝土在当前国内主要应用于： 道路建设中的基层、垫层及便道和附属设施。 建筑工程中的基础垫层、底板、填充墙及非结构构件等强度要求不高的部 位。对于再生骨料在水泥混凝土面层中的应用还没有系统的文献资料。 国内研究成果还表明，再生混凝土与普通混凝土在原材料、配合比以及施工 工艺等方面存在重大的差别，现行普通混凝土的标准、规范等不适合再生混凝土； 其次，由于水泥、骨料与国外使用的水泥、骨料在成分和性能上差别较大，因而 不能直接使用国外的有关标准；最后，再生骨料具有复杂性、变异性的特点，各 个地区的再生骨料具有其各自的特性。因此，如果想在我国应用再生混凝土技术， 较系统地对我国再生骨料和再生骨料混凝土进行改性和基础性能的研究是十分必 要的。 1 3 主要研究内容、方法和目标 长期以来，由于砂石骨料来源广泛，价格低廉而不受重视，随着混凝土用量的 增大，因开采砂石骨料而造成的资源枯竭和环境破坏，己成为人们关注的焦点。 同时，大量混凝土建筑物因达到使用年限或市政需要而被拆毁，产生大量建筑垃 圾。如果能利用废弃的混凝土作为再生骨料替代天然骨料不仅能降低成本，节省 矿物资源，缓解骨料供求矛盾，还能减轻建筑垃圾对城市环境的污染，具有明显 的经济、社会效益。 本文对道路再生骨料及再生骨料混凝土的一些基本性能进行了室内试验研 究，旨在为再生混凝土技术在道路工程特剐是在面层中的推广应用提供理论和技 术上的依据及参考，为旧水泥混凝土路面改造工程提供废料处理措施；同时着重 探讨了粉煤灰与道路再生骨料相结合制备再生骨料混凝土的可行性问题，以寻求 可以同时解决废旧混凝土和废灰( 粉煤灰) 这两种污染源的处置问题。本论文的研 究内容主要有以下几个方面： 1 、道路再生骨料的基本特性试验研究 由于再生骨料与天然骨料在性能方面具有比较大的差异，主要表现在表观密 度小、吸水率大、表面粗糙度高、孑l 隙率大等特性，并且再生骨料本身含有水泥 砂浆使得集料特性会有变化，因此需要首先对再生骨料的性能进行室内试验研究。 1 1 测试天然碎石的基本性能参数：表观密度、孑l 隙率、吸水率、含水率、压 碎值、冲击值、磨耗值等，并通过筛分试验确定一组基准配合级配。 2 ) 通过对再生粗、细集料的筛分试验确定集料的基本性状，为配合比设计打 下基础。 。3 ) 测试再生集料的基本参数：表观密度、孔隙率、吸水率、含水率、表面粗 糙度、压碎指标值、冲击指标值、磨耗指标、坚固性等指标，并与天然骨料对比 分析，力求得出再生骨料的一些基本性能参数。 2 、道路再生骨料混凝土的制备及工作性研究 再生骨料混凝二亡的加工制备基本参照普通混凝土的加工制各： 艺。 混凝二匕的工作性通常用和易性表示。和易性是指混凝土拌合物易于施工操作 ( 拌合、运输、浇筑) 并能获得质量均匀，成型密实的性能。它包括流动性、粘聚 性和保水性三方面的涵义。流动性取决于拌合物中的单位用水量或水泥浆含量， 实质上由单位用水量控制。粘聚性与保水性取决于拌合物中细骨料用量和水泥浆 稠度，实质上由砂率和胶凝材料用量控制。和易性是一项综合性能，至今尚没有 全面反映新拌混凝二i 二和易性的测试方法。通常是测试新拌混凝土的流动性，作为 和易性的一个评价指标，辅以直观经验观察粘聚性及保水性。本文仍采用坍落度 简法测试新拌再生混凝土的流动性。 3 、道路再生骨料混凝土的力学性能研究 由大量资料可知，目前对再生混凝土的力学性能的研究多数是侧重于抗压性 能的测试，对于抗折性能的研究还不多。因此本文主要从以下几个方面分析： 1 ) 再生骨料混凝土的配合比设计：根据天然碎石的基准配合比，确定几组再 生骨料的具体配合比，分别从再生骨料取代天然碎石的取代率、不同的水灰比、 加入粉煤灰、减水剂和矿物# h j n 剂( 硅灰) 等几个方面着手进行。 2 ) 通过平行试验测试再生骨料取代天然碎石的取代率分别对抗折和抗压强 度的影响( 取代率分别取为0 、3 0 、5 0 、7 0 、1 0 0 ) ； 3 ) 水灰比( 或净水胶比) 对再生骨料混凝土的抗折和抗压强度影响( 考虑再生 骨料吸水率比较大，水灰比己不能比较准确的反映强度与用水量和水泥用量的关 系，故采用净水胶比进行分析) 。 4 ) 粉煤灰取代水泥并加入高效减水剂与矿物外加剂( 硅灰) 的加入对抗折和 抗压强度的影响。 5 ) 尝试膨胀剂加入对抗压和抗折强度的影响( 改善混凝土试件的表观密度， 减少孔隙率) 。 6 ) 测试再生细骨料取代天然砂对强度的影响，尝试再生细骨料的利用前景。 4 、道路再生骨料混凝土的耐久性研究 根据前面所配制的再生混凝土采用g b j 8 1 8 5 的抗硫酸盐侵蚀评价方法，对 再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能进行了研究；采用j t ge 3 0 2 0 0 5 干缩试验方法对 再生混凝土的干缩性能进行了研究，并采用j t ge 3 0 2 0 0 5 的冻融循环试验对再生 混凝土的抗冻性能进行了研究，简要叙述了再生骨料混凝土的硫酸盐侵蚀作用机 理、干缩机理和冻融破坏机理，以及影响这些性能的因素。 5 、再生混凝土的经济可行性分析 对再生混凝土的经济性进行了分析，为再生骨料和再生混凝土的应用提供了 有利支持；并分析了阻碍再生混凝土发展的因素，展望了再生混凝土的未来发展。 1 ) 利用废弃混凝土生产再生混凝土用到新建筑物上，这样不仅可以省掉搬运 废弃混凝土块的费用，而且还能减少远距离运送新骨料的支出，降低混凝土的成 本。同时，还能保护天然骨料资源，节省天然骨料开采能源和费用，减轻废弃混 凝土占地和对环境的污染。 2 ) 回收、破碎、加工废弃混凝土当然也要花费资金和能源。根据试验成果， 废弃混凝土破碎加工比岩石要容易得多，加工废弃混凝土骨料比加工岩石骨料要 省能源，成本也要低。 3 ) 近年来中心城市发展起来的商品混凝土搅拌站多数位于城郊，附近刚好有 较大的废弃混凝土堆料场地，如果这些搅拌站集中收购、加工、利用废弃混凝土 9 作骨料就很方便：一是它们场地大，便于安装破碎机械和堆放骨料，减少加工噪 音对城区的污染；二是这些中心混凝土拌合设备好，技术力量强，便于回收城郊 多年来丢弃的废弃混凝土，而且这些废弃混凝土己成骨料半成品，因为当地居民 为了得到废弃混凝土构件内的钢筋或钢材，已把废弃混凝土构件解体和破碎，这 样已经省去了部分破碎费用。 4 ) 高等级公路混凝土路面的修复，抛弃大量废弃混凝土，而且这些混凝土不 含钢筋、杂质少，很适合就地加工利用作混凝土骨料，部分或全部代替天然骨料， 拌制混凝土重新用到路面上。 5 1 不仅有经济效益，更在于其不可估量的环保效益。 尽管目前从纯经济指标的角度来讲，再生骨料的生产是微利、无利甚至是亏 损的，但随着科学技术的进步和生产水平的发展，以及人类对环保的日益重视， 经济性的概念也会随之变化。再生混凝土的经济分析除要考虑其本身的生产成本 外，还应当综合考虑城市垃圾处理的有关费用和再生混凝土产生的环保效益以及 本地区天然骨料储备，从再生骨料和再生混凝土的工程造价和所产生的社会效益、 环保效益上综合考虑其经济指标。 1 4 结语 2 0 世纪水泥混凝土为人类文明与进步作出了卓越的贡献，对经济的发展和生 活质量的改善起到了不可磨灭的作用：同时也损坏了环境，给人类带来了危害。 2 1 世纪，可以利用现代高科技手段，使混凝土绿色高性能化，合理回收道路废弃 料，应用工业废渣和建筑垃圾，减少地球负荷，使混凝土走上“绿色发展的道路”。 随着人类对自然资源的珍惜和对环境保护的重视，废弃混凝土的回收利用必将成 为一个发展方向。由于再生混凝土骨料具有相对优良的物理力学性能和技术经济 指标，国内外的专家学者对此进行了积极的研究。可以预见，随着再生骨料混凝 土材料的研究和应用时间的不断深入，再生骨料混凝土将成为一种常用的建筑材 料，应用于越来越多的结构中，并取得较大的经济、环保和社会效益。 ( ) 第二章再生骨料基本性能的试验研究 随着科学技术的不断进步，废弃混凝土在工程建筑行业再生利用的重要性正 在逐步被重视。这在许多国家的研究文献和近来一些国际会议中得到反映。除了 环境保护以外，天然骨料资源的保护、废料堆积场所短缺和废料堆积费用的上升， 都是将废弃混凝土作为再生骨料的原因。将废弃混凝土作为再生骨料生产再生骨 料混凝土具有非常重要的环保和保护自然资源的意义。 2 1 再生骨料概述 再生骨料与天然骨料相比，组成成分复杂，组分中包含相当数量的硬化水泥 砂浆，砂浆体中水泥石本身孔隙比较大，且在破碎过程中，其内部往往会产生大 量的微裂缝。因此，其基本特性与天然骨料有较大差异，有必要进行对比试验研 究。 2 1 1 再生骨料的来源 用来生产再生骨料的废弃混凝土主要有以下来源1 1 6 1 ： 1 ) 高等级公路混凝土路面的改造和修复，抛弃大量废旧混凝土块f 这些废旧 混凝土大部分不含钢筋，且杂质少，很适合就地加工用作混凝土骨料，全部或部 分替代天然砂石料，拌制混凝土重新应用与路面工程，这也是本课题研究的主要 内容、。 2 ) 建筑物因达到使用年限或因老化被拆毁，产生废弃混凝土块( 这是废弃混 凝土块比较重要的来源1 。 3 ) 市政工程的动迁及重大基础设施的改造产生废弃混凝土块f 随社会经济的 发展，此项所占比例将越来越大1 。 4 ) 商品混凝土工厂由于质量以及调度等原因产生废弃混凝土为其年产量的 1 - - 3 ，数量巨大。 5 ) 因意外原因，如地震、台风、洪水、战争等造成建筑物倒塌而产生的废弃 混凝土块。例如，日本因阪神大地震造成建筑物倒塌而产生的废弃混凝土块达 1 7 0 0 万吨。 本文实验中使用的废弃混凝土样品取自湖南省莲易公路路面维修面板，龄期 为1 0 年左右，当时混凝土面板设计强度等级为c 3 0 ，粗骨料的主要物相为白云石和 方解石，粒径较大，最大粒径可达4 5 m m ，以1 6 3 1 5 m m 粒径居多。废弃混凝 土结构致密，少有碳化。莲易公路是上海至昆明3 2 0 国道湘境中的一段，起于湘 赣交界的醴陵莲花冲，终至湘潭易家湾，与1 0 7 国道在株易路口交汇，与长潭高 速公路在湘潭殷家坳互通交汇，是我省第一条引入f i d i c 合同条款实施管理，全 封闭、全立交的汽车专用公路，承担株洲与长沙、湘潭区间交通和3 2 0 国道过境 交通的绝大部分交通，目前日交通量己高达8 0 0 0 多辆，是株洲市公路运输的主动 脉，是醴陵市加强对外经济联系的主要通道，全长7 1 2 4 k m ，1 9 9 5 年竣工通车。 2 1 2 再生骨料回收利用的可行性 再生骨料是由废弃混凝土块经过破碎、清洗、分级后按一定比例混合形成的， 可以说从技术的角度讲再生骨料的回收利用是完全可行的，这也得到了国内外专 家们的一致认可。 1 1 混凝土由于其组织结构类似于某些天然岩石。故又称为混凝土人造石，这 三字在建筑业约定俗成的写法就是“砼一人工石”，因此从其组织结构和使用功能 上来说是可作为石头来使用的，及至其中的某一部分。混凝土强度越高，组织越 密实，整体性越好，和天然石的近似程度越高。 2 ) 混凝土的凝结硬化是一个非常缓慢的过程，龄期2 8 d 的水泥石，水泥的水 化程度只有6 0 左右。一些资料表明，混凝土经过2 8 年的时间凝结硬化还没有 完全结束，也就是说，此时水泥石中还存在有利于混凝土硬化的活性成分。如果 把废弃混凝土破碎后用作骨料拌制成新的混凝土，对再生混凝土的强度发展必定 能起到良好的促进作用。 3 、普通混凝土的破坏是由于在荷载作用下界面微裂缝的发展而导致混凝土 的最终破坏，一般来说，骨料并不发生破坏。因此，废弃混凝土中的骨料是完全 可以利用的。同时针对再生骨料的特点，可以通过充分破碎来改善粒形，使界面 结构得到加强，或通过机械活化方式来提高再生骨料的强度。 4 1 由于再生骨料的吸水率比天然骨料的高，在拌制混凝土过程中直接影响再 生混凝土的和易性。一方面可以在拌制前让再生骨料预先浸水来降低它的吸水量， 另一方面可对粉碎后的废弃混凝土作摩擦处理，使骨料相互混合摩擦，骨料及骨 料外围粘连的水泥组分变成粉末，直至完全与骨料分离，以降低再生骨料的吸水 率。 5 ) 根据试验结果，再生混凝土拌合物的粘聚性和保水性好，但流动性变小。 在再生混凝土配比中使用高效减水剂，完全可以提高其流动性，使其满足施工要 求。所以再生混凝土在施工性方面不存在什么问题。 6 1 针对再生骨料自身空隙大的不良现象，可以通过一些措施改善再生骨料的 空隙结构，使其符合制备高强高性能混凝土的要求。 7 ) 考虑到再生细骨料对混凝土的弹性模量影响大，所以配制再生混凝土时用 再生粗骨料和天然砂搭配使用比较适宜，或者再生细骨料与天然砂按一定比例加 入，前期试验显示，可以满足配制高强高性能混凝土要求。 8 ) 通过加入高效减水剂和掺入活性掺合料( 如粉煤灰、超细矿渣、硅粉等) 完 全可以制成高流动性、高耐久性、高强度的高性能混凝土：另外通过科学严谨的 施工管理和行之有效的养护措施，再生骨料完全可以制备高性能混凝土。 2 1 3 再生骨料的加工技术 用废弃混凝土块制备再生骨料的过程就是把不