建筑废弃物回收再生混凝土关键技术研究

“建筑废弃物回收再生混凝土保温承重砌块关键技术研究”项目工作报告本项目组于2007年主持了国家863计划重点项目“再生混凝土和新型钢结构建筑材料关键技术与应用”的子课题之一——“建筑废弃物回收再生混凝土关键技术研究”，现已完成全部研究工作，将工作情况汇报如下。

1 项目背景在固体建筑废弃材料再生混凝土资源化综合利用方面，废弃混凝土的再利用开始于1976年欧洲以当时的西德、比利时和荷兰为主成立了“混凝土解体与再利用委员会”，随后日本也相继开始了对废弃混凝土再生利用的研究。

1977年制订了《再生骨料和再生混凝土使用规范》，1991年制订了《资源重新利用促进法》，规定建筑施工过程中产生的渣土、混凝土块、沥青混凝土块、木材、金属等建筑废弃物，必须送往“再资源化设施”进行处理。

东京都在1988年对于建筑废弃物的重新利用率就已达到了56%。

美国再生利用的建筑废弃物约占70%，其余30%的建筑废弃物“填埋”（利用）在需要的地方。

新加坡2006年98%的建筑废弃物都得到了处理，其中50%~60%的建筑废弃物实现了循环利用。

我国每年施工建设产生的建筑垃圾达1亿吨以上，绝大部分都未经任何处理，有的对方在露天，有的填埋在地势低洼的地方，造成环境污染和资源的浪费。

再生混凝土用于民用房屋建筑的承重构件，再生混凝土需具备良好的力学性能、耐久性能与工作性能，再生混凝土梁柱及框架还需具有良好的抗震性能。

目前，国内外再生混凝土应用性能方面的研究开展得并不多，在我国还没有相关的技术标准。

随着国家环保政策的不断深化实施，该技术的发展必将提速，本项目研究产生的新材料、新工艺和新技术具有自主知识产权，并会极大地促进技术发展。

西南科技大学再生混凝土项目组于2007年主持了国家863计划重点项目“再生混凝土和新型钢结构建筑材料关键技术与应用”子课题——“建筑废弃物回收再生混凝土关键技术研究”，并与绵阳市西蜀新型建材有限公司联合成立“建筑固体废弃物再生利用工程技术研究中心”，成功利用本技术开发了“KS-J建筑废弃物复合硅酸盐保温空心砌块”，并成功申请发明专利“建筑废弃物复合硅酸盐保温空心砌块及其制备方法”，专利号为ZL200910058702.4。

2 主要研究工作与研究成果关键技术研究包括建筑废弃物的分选、原材料配方设计以及提高再生混凝土性能的研究，为实现“建筑废弃物回收再生混凝土保温承重砌块”的产业化奠定基础。

其主要内容与研究成果如下。

2.1 原材料制备工艺（破碎、粒径、级配、强度、孔隙率、吸水性、热工性能）2.1.1 再生粗骨料的来源随着建筑行业的迅猛发展和更新的加快，产生了越来越多的废弃混凝土，这些混凝土经过粉碎加工可以生产出再生粗骨料重新加以利用，变废为宝，再生混凝土按其来源主要包括：1.混凝土建筑物、道路及重大基础设施因达到使用年限或因老化被拆毁，产生废弃混凝土块，经回收、破碎、筛分及冲洗后可作为粗，细再生粗骨料。

研究表明：混凝土的凝结硬化是一个非常缓慢的过程，龄期28d的混凝土，水泥的水化程度只有60%左右，一些混凝土经过20a的时间凝结硬化还没有完全结束!因此，废混凝土加工后充当再生混凝土的集料是完全可行、有利的。

2.商品混凝土工厂产生的废弃混凝土.每个搅拌站在生产过程中都或多或少的生产出废混凝土，同时清洗搅拌机及运输车辆时残留的新拌混凝土的数量约占混凝土生产量的2.2%。

若充分利用这些废料，经济效益非常可观。

3. 意外原因如地震、台风、洪水等造成建筑物破坏，而产生废弃混凝土块。

特别是5.12特大地震后产生了大量的废弃混凝土。

可以充分利用当地的废弃混凝土粉碎成再生粗骨料循环利用。

试验用再生粗骨料来源于第三类混凝土建筑物因地震被催毁，产生废弃混凝土块，经回收、破碎、筛分及冲洗后可作为粗，细再生骨料。

被拆迁的混凝土由于粒径太大不能直接加以利用，必须经过回收、破碎、筛分及冲洗等生产过程。

例如最大粒径为40mm的粗骨料生产工艺如图1：图1 最大粒径为40mm的粗骨料生产工艺1、回收混凝土的回收比较方便，且成本较低，一般在一些房屋建筑的拆迁、道路的重建等地方都可以找到大量的废弃混凝土，回收废弃混凝土的成本也很低，平常只需考虑运输成本，所以在回收废弃混凝土时先调查清楚周边那些地方有废弃混凝土，然后选择去较近的地方回收。

回收后除去废弃混凝土中的其他杂质。

2、破碎废弃混凝土的破碎机械有很多种类型，有颚式破碎机、立式复合破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机、对辊式破碎机、圆锥破碎机等。

这些破碎机有很多种型号，可根据实际需要调节破碎粗骨料的最大粒径。

比较常用的是颚式破碎机（见右图2）。

其工作原理是：电动机驱动皮带和皮带轮，通过偏心轴使动鄂上下运动，当动鄂上升时与动鄂间夹角变大，从而推动鄂板向固定鄂板接近，同时物料被压破或劈碎，达到破碎的目的；当动鄂下行时，肘板与动鄂间夹角变小，动鄂板在拉杆、弹簧的作用下，离开固定鄂板，此时已破碎物料从破碎腔下口排出。

随着电动机连续转动而破碎机动鄂作周期性的压碎和排泄物料，实现连续生产。

图2 试验用颚式破碎机3、筛分再生粗骨料经破碎后其级配可能不满足生产规定的级配，应进行筛分后按生产需要的级配进行配合。

另外粗骨料经过过筛，除去水泥和砂浆等细小颖粒，最后得到的即为高性能再生粗骨料。

粗骨料的筛分可以用筛分机进行机械筛分，也可以采用人工筛分。

这根据实际情况进行选用。

4、冲洗再生粗骨料净破碎后粗骨料含泥量较高，还有大量的水泥和砂浆颗粒依附在其表面，通过冲洗可以去除这些杂质，使粗骨料的性能得到提高。

2.1.2 再生骨料颗粒级配与最大粒径要求再生粗骨料的颗粒级配目前处于探索阶段，其级配主要是依据石子的颗粒级配进行分类，分为单粒级和连续粒级，再生粗骨料的级配通过筛分试验确定，一套标准的筛有孔径为2.50、5.00、10.0、16.0、25.0、31.5、40、0、50.0、63.0、80。

0、100（mm）共12个筛子，可按需要选用筛号进行筛分，然后计算每个筛号的分计筛余百分率和累计筛余百分率。

再生粗骨料的颗粒级配范围按照碎石或卵石的颗粒级配范围。

本试验在研究再生粗粗骨料性能时，拟采取对最大粒径为20mm和40mm的连续粒级和单粒级分别进行对比检验，由于采用人工级配组合，试样在取量时各粒径的筛分应符合碎石和卵石的级配规定，见表1：表1 不同级配的取值表同时，骨料最大粒径对再生混凝土强度也有直接的影响，当粗骨料的粒径增大时，其总表面积减少，因此包裹它表面所需要的水泥浆数量相应减少，可节约水泥，所以在条件许可的情况下，再生粗骨料最大粒径应尽量用得大些。

在普通混凝土中，骨料粒径大于40mm有可能造成混凝土强度下降，根据《混凝土结构工程施工及验收规范》GB50204—2002的规定，混凝土粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，同时不得大于钢筋间最小间距的3/4；对于混凝土实心板，骨料的最大粒径不宜超过板厚的1/2，且不得超过50mm；对于泵送混凝土，骨料的最大粒径与输送管内径之比，碎石不宜大于1：3，卵石不宜大于1：2.5。

石子粒径过大，对运输和搅拌都不方便，所以，再生粗骨料也应满足施工过程中对骨料粒径的这些要求。

2.1.3 再生骨料试验及数据分析采用颚式破碎机破碎后进行筛分，把粒径<5mm的细颗粒除去，目前由于机械生产出来的再生粗骨料既不能满足连续级配也不符合单粒级要求。

因此，本次试验通过人工级配研究再生粗骨料物理力学性能及设计三种不同最大粒径的再生混凝土，分别是5～20、5～31.5、5～40mm，然后测定不同最大粒径对再生混凝土强度有无直接或间接地影响。

目前针对再生骨料尚无统一的试验规范，本试验主要以《再生混凝土应用技术规程》（DG/TJ 08-2018-2007）和《建筑用卵石、碎石（GB/T14685-2001）》为依据研究再生骨料混凝土的以下性能指标：●再生混凝土骨料不同级配的表观密度、堆积密度●加外掺料后再生混凝土的坍落度情况●不同级配再生粗骨料吸水情况●再生骨料压碎指标值●不同最大粒径的再生混凝土试块28d抗压强度●再生混凝土电镜扫描及分析●超细粉煤灰掺入比例根据前面所述试验材料和方案，进行不同级配下再生混凝土骨料性能的试验及再生混凝土强度的试验，试验情况及数据分析如下：表2 不同最大粒径再生粗骨料性能指标①表观密度和堆积密度石材的表观密度与其矿物组成和孔隙率有关，它能间接反映石材的致密程度和孔隙多少，在通常情况下，同种石材的表观密度愈大，其抗压强度愈高，吸水率愈小，耐久性愈好。

天然石材按表观密度大小分为：轻质石材（表观密度≤1800kg/m3）；重质石材（表观密度＞1800kg/m3）。

（1）无论是连续粒级还是单粒级的再生粗骨料，最大粒径无论是20mm还是40mm，其表观密度和堆积密度都比碎石的要小（表2），降低了约5%～10%。

这是由于天然碎石结构坚硬致密，孔隙率低。

而对再生粗骨料而言，其表面粗糙，棱角较多，并且骨料表面还包裹着相当数量的水泥砂浆(孔隙率大，吸水率高)，再加上混凝土块在解体、破碎过程中由于损伤积累使再生骨料内部存在大量微裂纹。

图3 不同最大粒径下表观密度和堆积密度（2）连续粒级和单粒级其表观密度与最大粒径持同向变化（图3），即随着再生骨料粒径的增大而增大,由于等质量的再生粗骨料粒径越大，其表面积减少，表面砂浆的空隙率也降低。

当最大粒径为20mm时，单粒级的表观密度比连续粒级相差不大（约大1.5%），而最大粒径为40mm时，连续粒级和单粒级则更接近一些。

（3）堆积密度（连续粒级和单粒级）都表现出随着最大粒径的增加而增大。

对于连续粒级，5～40mm比5～20mm大4.9%左右，而单粒级20～40mm比10～20mm只大于2.4%左右。

②吸水率与含水率图4不同最大粒径下吸水率和含水率（1）再生粗骨料的含水率、吸水率远大于碎石。

碎石的含水率一般不会超过0.5%，吸水率在2.19%左右，而再生粗骨料的含水率、吸水率是碎石的2.4～3倍。

这主要是由于再生骨料表面的旧砂浆以及破碎等过程中出现的裂纹引起的。

（2）再生粗骨料粒径小的含水率反而大。

连续粒级中公称粒级为5～20mm 的再生粗骨料含水率比5～40mm大12%左右，而单粒级公称粒级为10～20mm 的再生粗骨料含水率比20～40mm高6%左右。

（3）相同最大粒径的再生粗骨料，单粒级比连续粒级的含水率高。

当最大粒径都20mm时，单粒级和比连续粒级的再生粗骨料含水率大2%左右，相差不大，而最大粒径为40mm时，单粒级再生骨料的含水率比连续粒级高7.7%左右。

③压碎指标值从上面的试验数据据结果看，本试验压碎指标均值为14.83%，而一般情况下，天然骨料的压碎指标为10.1%左右，所以再生粗骨料抵抗压碎的能力要比天然骨料小，主要是由于再生粗骨料包裹的砂浆以及其他外力（如破碎）破坏了骨料本身的结构造成的。