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摘要：城镇化建设快速进展使得建筑废弃物产量日益增加。而这些废弃物可以通过简单的破碎筛分处理后制备出再生混凝土，不仅可以减缓了对于天然建筑材料消耗，也改善了因建筑废弃物所带来的环境污染问题。然而这种混凝土存在含水量大、强度低、弹性模量小、孔隙率大等缺点，使其使用颇受限制。为充分利用废弃建筑物资源，需要提高再生混凝土的性能。该文从再生混凝土的角度，探讨了由废弃混凝土骨料和废砖骨料再生产的再生混凝土现状和强化方法，并对所存在的问题进行了阐述。
关键词：再生混凝土；现状；强化处理；废砖骨料；研究进展
随着我国经济和科技近年来高速蓬勃发展，各地建筑产业如房地产建设、棚户区改造、新农村建设等也在如火如荼地进行。这些建设使得基础建设设施不断增加，相应建筑材料（如水泥、钢筋、砖块等）的使用也在不断上升，随之而来的便是一系列难以处理的建筑废料。我国主要的建筑废料包括废旧的混凝土（10%）、废土（30%）和废砖（60%）。“十三五”期间，国家提出了绿色可持续发展的生态低碳战略理念，这便要求最大限度和效率地利用已有资源来进行绿色建设发展模式。从这个角度出发将这些废料进行利用变得十分重要。若是能妥善将这些材料再利用，既降低了建筑废弃物对于环境的影响又缓解了对于天然资源的需求。当下的废弃混凝土和废砖可以通过破碎或其他手段处理后利用骨料进行生产。本文将从再生骨料的角度进行分析，探讨再生混凝土的现状、所存在的问题及未来发展方向。
1再生混凝土
城镇化快速推进导致了大量的建筑废弃物，它们的随处堆放不只需要土地堆放，还对环境造成粉尘等污染。同时天然砂石资源的日益缺少和过度开采也在破坏生态环境。若是能将这些建筑废弃物进行再利用，不仅节约资源还能解决因大量建筑物拆除所产生的废料混凝土处理困难及其造成环境污染问题。经由简单的破碎、清洗和分级再生，可以利用废弃材料（如混凝土和废弃混凝土、废砖）中含有的硬化浆砂再次生产出新的混凝土，称为再生混凝土或再生骨料混凝土（RCA）[1]。这种材料的出现是建筑垃圾资源再利用的重要途径，将为实现资源与环境协调可持续发展带来可能，并且它所带来的经济效益和环境改善也值得研究者高度重视。RCA含水量大、强度低、弹性模量低，各种抗性也较普通混凝土弱，并且由于在预处理过程中因内部结构损伤易产生大量微裂纹，使得骨料自身的孔隙率、吸水率、堆积孔隙率和压碎指标都较大。RCA的性能与天然骨料相比差异性较大，同时通过破解的过程所生产的RCA品质低，较差的力学性能与耐久性直接影响了配置混凝土的性能，限制了RCA的应用。为了充分利用这些废弃资源使得建筑行业开启资源再利用可再生之路，必须提高RCA骨料强度，对RCA进行再次强化处理。当下，关于RCA性能及应用技术的研究颇多，主要为在普通环境下以RCA材料或基础构建的短期力学性能研究为主，得出其主要的受力特点和性能规律，然而并不能完全替代实际工程中所遇到的各类复杂环境以及不能满足各种条件下的工作性能。例如在长期湿热交替的环境中有害介质侵蚀或是负载的持续干扰，这些便是混凝土在长期工作中不可避免的运行环境，这是RCA大范围开产与应用中不可避免的难关与研究的重点。其中抗冻融性、抗碳化性、抗氯离子渗透性等都是长期工作中必需提高的性能。目前，RCA材料主要是通过化学和物理强化法对再生骨料进行强化处理来提高再生骨料的品质。
2再生混凝土强化处理方法
2.1聚合物乳液强化法
通过聚乙烯醇和硅基疏水性聚合物等乳液，可将RCA表层砂浆中的细微孔隙进行填充，还可以在RCA表层形成一层疏水性薄膜层，从而降低RCA的吸水性[2]。而硅基聚合物中如硅烷聚合物、硅氧烷聚合物以及其混合物中硅烷和硅氧烷的平均粒径较小。Kou等[3]对PVA的浓度和干燥方式等对RCA性能的影响进行研究，发现改性后的RCA吸水率的确与PVA浓度呈反比，在PVA浓度较高时，吸水性较低，在PVA为10%时RCA的吸水率最低；而通过自然风干后的RCA也较普通烘箱进行烘干后的吸水率下降。
2.2硅酸钠溶液强化法
通过凝胶反应，硅酸钠可与RCA中的氢氧化钙反应生成C-S-H凝胶，从而从分子角度将RCA表层老砂浆的孔隙裂缝进行填充，改善RCA性能。研究表明可以通过控制硅酸钠的浓度、RCA的浸泡时间、干燥方式和反应温度来对RCA吸水性进行调控。经由硅酸钠所处理的RCA材料，外表面可形成致密且牢固的外层，并且RCA材料的吸水率与硅酸钠浓度呈反比，即RCA材料在浓度越大的硅酸钠中浸泡所得到的吸水率越小。而浸泡时间的增加使得RCA材料的吸水率呈现先降低再保持稳定的趋势。
2.3微粉强化法
利用火山灰泥浆在预处理时浸泡RCA材料，可以使得火山灰中微小的活性颗粒直接将RCA的孔隙进行填充，并且还可以与RCA中的氢氧化钙反应生成水化合物进一步对孔隙填充，从而提高RCA密实度，且降低了吸水率。这对于ITZ界面过渡区的显微硬度、强度和耐久性十分有益。Tam等[4]研究发现，可以通过两步混合法在RCA表面包覆一层硅粉改性的水泥砂浆，这样填充了RCA表层老砂浆的薄弱区域，还能够在RCA材料表面形成更为致密的ITZ界面过渡区。Kong等[5]基于上述的两步混合法开发出了三重混合法，可以进一步改善RAC的微观结构。另外，这些由粉煤灰、硅粉和矿粉所促成的表层有助于构成最大填充密实度，对于RAC材料的强度有所提高。
2.4CO2碳化强化法
水泥中的水化产物氢氧化钙与C-S-H凝胶质量分数可占总质量的20%与70%。高浓度的CO2气体与两者反应可生成难溶性的碳酸钙和硅胶。在反应后固相体积可以增加11.8%和23%。在进行碳化过程后可产生相应的固相产物，它将会对RCA材料中的孔隙进行填充提高密实性和强度，从而降低RCA的孔隙率和吸水性。而碳化时间与CO2气体压力对于RCA材料的吸水性具有一定作用。在增加到一定程度后，吸水率将会下降。值得一提的是，在24h后吸水率下降的幅度不再明显。另一方面，RCA材料中所存在的适量水分可促进氢氧化钙溶解民CO2渗透，而偏高或是偏低的水分均将对RCA碳化速率和效果产生影响，进而降低碳化对于RCA材料吸水率的效果。碳化后的RCA材料大孔数量可明显减小，并能改善RCA材料内部的新老ITZ区，这样便使得RCA的强度和耐久性有所改善。
3废砖骨料再生混凝土
在建筑废弃物中，除了废弃混凝土，还有废砖所占的比例也较大，存在一定资源再利用的潜力。现研究中以破碎混凝土为粗骨料的研究较多，而以废砖骨料的应用还没广泛研究。
3.1取代率与水灰比对废砖骨料再生混凝土性能影响
取代率对于废砖骨料RCA材料的研究主要集中在抗压和抗折性能、收缩变形等一系列力学性能上。废砖骨料取代率对抗压强度影响可分为四个阶段：当取代率在30%以下时，抗压强度下降较为明显；在40%~70%时力学性能与稳定性较为优异；而超过80%之后抗压强度会大大超过设计所用强度；另外在超过90%后，对于抗压强度的影响幅度会减小。宗兰等[6]研究表明立方块体的抗折形式与一般的混凝土形式大致相同；而抗折强度随着取代率的增加，先升高后降低；并且通过线性回归分析，得出抗压的平方与抗折的平方存在较好的线性关系。赵爱华等[7]研究表明，由废砖骨料取代的RCA的应力-应变曲线存在阶段与一般混凝土基本一致，都存在上升和下降的极限值以及临界值。另外，RCA的静力弹性模量与取代率存在很好的线性关系。水灰比是影响RCA材料性能的另一影响因素。由于废砖RCA材料的吸水率较大，在生产RCA材料时应考虑适当的水分补充来保证工作性能不受影响。水灰比与附加用水的使用量对于废砖RCA材料和一般混凝土的力学性能影响大致相同。随着水灰比的比重增大而力学性能减弱。对于一些不考虑附加水的研究中，较高的吸水率可以使得自由水占比降低，因此较低的水灰比可以提高力学性能。
3.2外掺材料对废砖骨料再生混凝土性能影响
由于RCA材料中骨料性能较弱于一般混凝土，需要向RCA中添加一些粉煤灰、矿粉等各类纤维外掺材料来提高它的力学性能[8]。郭光玲等[9]通过四因素四水平正交实验法，实验结果表明，随着再生骨料、粉煤灰含量的增加，材料的抗压强度下降；在矿粉添加量15%~25%时，抗压强度下降最明显，且在含量增加后力学性能稳定。矿粉、粉煤灰等材料的掺杂量可以有效改善孔隙结构从而降低孔隙率[10]，它们最佳的掺杂量为15%~20%。另外，外掺材料的加入可以增加二次水化，产物将对RCA材料的微观结构进行优化。另一类掺杂材料，钢纤的加入如同混凝土内部添加钢筋，能够有效控制裂缝发展。
4再生混凝土所存在的问题
从国内外研究情况来看，我国对于RCA材料的研究还处在实验室阶段，主要为对生产工艺、RCA材料强化改性、RCA材料配置比设计等方面的研究，研究相较于发达国家仍然处于落后状态，难以进行工业化，主要存在如下几方面问题。
（1）对于RCA材料的生产工艺方面是研究难点，首先为如何对建筑废弃物进行妥善的垃圾分类处理（保留废弃材料与去除有害杂质）；然后是对于大块的废弃混凝土进行破解破碎，来满足RCA材料的生产要求。这严重限制了RCA材料的开发与大规模利用。
（2）对于RCA材料的研究中，仅仅局限于实验室中人工对废弃材料进行破碎，而对于真正来源于建筑废弃物的RCA材料研究较少，使得难以将实验与实际进行联系，将研究实体化较为困难。
（3）对于RCA材料的物理力学特性研究还不够深入系统。RCA材料中有大量不利于生产的微观结构，如棱角性、多孔性、多裂纹，使得在生产过程中易形成片状结构。在RCA材料的强化和改性研究中，应该对于各个特性进行深入研究，做到趋利避害，对不利的特点和结构进行调整改性。另外，大多研究中对比试验不足，数据不充分可靠，难以对研究形成系统性归纳。
（4）RCA材料的出现根本目的是配合生产工艺研究来面向实际应用，解决材料短缺和环境污染的问题。在处理时还要考虑到RCA材料掺杂量、其他组分材料、具体工艺等实际操作方法和成本，才能使得RCA材料真正面向实际市场，投入使用。
5结语
RCA材料的开发应用可以从根本上解决建筑废弃物难处理、资源短缺、环境污染等问题，是可持续绿色发展道路上必须迈过的一关。目前应通过企业联合科研对RCA材料的关键技术进一步研究，尤其是对于其生产工艺、内部微观结构的基础力学信息和如何改性强化等进行研究，为RCA材料的发展提供理论依据与技术指导。
作者：王辉珉 王晓彬 李江伟 单位：中航建设集团有限公司