废弃混凝土利用研究

传统的建筑材料生产和使用造成资源的过度消耗、能源短缺和环境污染等严重问题，水泥和混凝土是导致这些问题的重要原因^[1]。水泥混凝土结构通常只有几十年的生命周期，在这些结构完成其使用功能后，旧混凝土就会被废弃。世界上每年拆除的废旧混凝土、建筑产生的废弃混凝土、混凝土预制构件厂排放的混凝土以及在生产砌块过程中产生的大量不符合标准的砌块均会产生大量的建筑垃圾。建筑垃圾主要成分为固体废弃物，其中混凝土和砂浆所占比例最大，约占总量的30%~50%。建筑垃圾是城市垃圾的主要组成部分，约占城市垃圾总量的30%~40%^[2]。
近二三十年来，世界范围内城市化进程加快，世界建筑业已进入高速发展阶段，新建建筑和对原有的建(构)筑物改造均使混凝土成为建筑产品的最大原材料。目前，全世界混凝十的年产量约28亿立方米^[3]，我国的混凝土年产量约占世界总量的45%，约13–14亿立方米。混凝土生产需要大量的粗细骨料–砂石(混凝土原材料中骨料占混凝土总量的75%)，而随着对砂石的不断开采，天然建筑骨料亦趋于枯竭，且其开采的成本十分高昂，对自然生态环境的破坏也十分严重。在世界上的一些大中城市，浇筑混凝土所需要的砂石已显短缺，需从外地远距离运进且价格高昂。
为解决这些问题，混凝土的生产及施工技术必须从原始落后的、以消耗大量资源、能源为代价的粗放生产经营方式，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具有最新、最高技术水平的生产经营方式发展，走可持续发展的道路。而再生混凝土正适应这种最新的生产经营方式发展。
1　废弃混凝土的来源
废弃混凝土主要有以下来源: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,这是废弃混凝土块的主要来源。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(随社会经济的发展,此项所占比例将越来越大)。商品混凝土工厂由于质量原因以及调度原因产生废弃混凝土为其年产量的1%~3%,数量巨大。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。
2　废旧混凝土引发的生态问题
目前,整个建筑业用掉世界资源、能源的40%,美国的建筑物和建筑设施约占国家财富的70%,其中混凝土占很大比例。近年来,世界建筑业进入高速发展阶段,世界每年拆除的废弃混凝土、新建建筑产生的废弃混凝土以及混凝土工厂、预制构件厂排放的废弃混凝土的数量是巨大的,我国每年拆除建筑垃圾按4000万t计算,其中34%是混凝土块,则由此产生的废弃混凝土就有1360万t,除此之外还有新建房屋产生4000万t的建筑垃圾所产生的废弃混凝土,同时预计今后混凝土碎块的产生量将增多^[4]。如此巨量的废弃混凝土除处理费用惊人外,还需要占用大量的空地存放,污染环境,浪费耕地,成为城市的一大公害,由此引发的环境问题十分突出。因此21世纪建筑建材工作的重要任务是使水泥生产的资源、能源、环境污染减少一半,混凝土的寿命提高一倍。去年召开的水泥混凝土可持续发展会议着重强调的是利用工业废渣及旧混凝土的重复使用。为解决这些问题,混凝土的生产及施工技术必须从原始落后的、以消耗大量资源、能源为代价的粗放生产经营方式,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具有最新、最高技术水平的生产经营方式发展,走可持续发展、节约资源、能源的道路。
3废弃混凝土的利用
3.1　作为建材直接利用
用废弃混凝土加固软土地基。它的基本原理是:利用起吊机械将短柱形的重夯提升到一定高度,使之自由落下夯击原地基,在夯击坑中填充废弃混凝土(使粒径为4~6cm)进行夯实,以使废弃混凝土能托住重夯,这样废弃混凝土即在地基内形成一个坚实的短柱,从而大幅度地提高了地基的承载能力,降低了地基的压缩性。这种方法不仅使城区改造中拆除的大量废弃混凝土变废为宝,降低了工程造价,保护了环境,而且实践证明,切实可行,能够满足房屋结构的设计要求。另外废旧混凝土还可用来铺垫路基或基础回填。
3.2再生水泥重新利用
韩国“利福姆系统”装修公司开发成功从废弃的混凝土中分离水泥,并使这种水泥能再生利用的技术。他们首先把废弃混凝土中的水泥与石子、钢筋等分离开来,然后在700℃的高温下对水泥进行加热处理,并添加特殊的物质,就能生产出再生水泥。这种再生水泥的强度与普通水泥几乎一样,有些甚至更好,符合韩国的施工标准。这家公司称,每100t废弃混凝土就能够获得30t左右的再生水泥。这种再生水泥的生产成本仅为普通水泥的一半,而且在生产过程中不产生二氧化碳,有利于环保。这项技术目前已经在韩国申请专利。韩国平均每天都产生5万多吨废弃混凝土,而且水泥的原料石灰石资源也正在枯竭,因此,这项技术不仅有利于解决建设中的废弃物问题,还能解决资源枯竭问题。
3.3　再生混凝土重新利用
3.3.1　再生混凝土　
一般将废弃混凝土经过清洗、破碎、分级和按一定比例相互配合后得到的骨料称为“再生骨料”,而把利用再生骨料作为部分或全部骨料配制的混凝土叫做“再生骨料混凝土”,也可简称为“再生混凝土”。显然,再生混凝土的开发和应用,一方面可大量利用废弃的混凝土,经处理后作为循环再生骨料来替代天然骨料,从而减少建筑业对天然骨料的消耗;另一方面,还可在其配制过程中掺入一定量的粉煤灰等工业矿渣,这又充分利用了工业废渣;同时再生混凝土的开发应用还从根本上解决了天然骨料日益匮乏及大量混凝土废弃物造成生态环境日益恶化等问题,保证了人类社会的可持续发展。
3.3.2　再生混凝土的力学性能　
与天然骨料混凝土相比,同一水灰比的再生骨料混凝土28d,抗压强度降低6%~15%;抗拉强度降低7%~28%;弹性模量降低3%~28%,视加入再生骨料的种类和数量不同,力学性能表现出很大的差异。一般来说,废集料本身强度越高,则降低值越小。一些试验还表明,再生混凝土比普通混凝土的抗裂性要好。
3.3.3　再生混凝土的和易性　
在同样水灰比条件下,再生混凝土的坍落度比普通混凝土小,原因是再生集料表面粗糙且孔隙较多,吸水率较大,从而降低了混凝土的坍落度。因此要想提高再生混凝土的流动性,需要增加水泥浆的用量或加入外加剂。
3.2.4　再生混凝土的物理性质　
再生混凝土由于孔隙较多,导热系数比相同配合比的普通混凝土降低28%,若用于围护结构,可明显增强建筑物的保温隔热效果,再生混凝土的表观密度比普通混凝土降低,如碎砖混凝土的表观密度为2t/m³,接近轻混凝土的表观密度1.9t/m³。再生混凝土自重降低,对减轻建筑物自重,提高构件跨度有利。再生混凝土的干燥收缩大,蠕变大,由于再生骨料的孔隙率较大,因此其耐久性也较差。
4结语
混凝土是当代用量最大的人造建筑材料,随着社会经济的发展,混凝土用量将逐渐增大,因开采砂石骨料而造成的资源枯竭和环境破坏已成为人们关注的焦点,混凝土的可持续发展与骨料危机的矛盾日益突出。搞好废旧混凝土的开发利用,可以缓解骨料供求矛盾。另外废旧混凝土的开发利用不仅可节省处理费用,减少环境污染,而且可充分利用再生资源,是节约资源、保护生态环境的有效途径。
参考文献：
[1] 陆凯安.我国建筑垃圾的现状与综合利用[J].施工技术,1999.
[2]杜婷等.再生混凝土未来发展的探讨[J].混凝土.2002.
[3] 邢振贤,周日农.再生混凝土性能研究与开发思路[J].建筑技术开发,1998.
[4] 李军华,刘今朝.浅谈建筑垃圾的再利用[J].安阳师范学院学报,2000.

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文章名称： 废弃混凝土利用研究

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