再生混凝土研究现状及研究建议_朱红兵

第38卷，第1期2013年2月
公路工程Highway Engineering
Vol．38，No．1
Feb ．，
2013［收稿日期］2012—05—10
［基金项目］湖北省自然科学基金资助项目（2011CDB239）；湖北省教育厅科学研究计划项目（Q20091119）；武汉市城建科研项目（201168）
［作者简介］朱红兵（1989—），男，安徽太湖人，副教授，博士，研究方向为路基路面工程及桥梁工程。

再生混凝土研究现状及研究建议
朱红兵，赵
耀，雷学文，阳
桥
（武汉科技大学城市建设学院，湖北武汉430070）
［摘
要］再生混凝土是利用废弃混凝土加工成的再生骨料配制成的混凝土，它可以实现废弃混凝土的资源
化和减量化的处理原则，能起到保护环境和节约资源的作用，该技术的推广应用具有明显的社会效益。

通过研读一定量的国内外文献，对近年来再生骨料混凝土技术的研究进展进行对比分析。

主要包括再生骨料的生产工艺、使用性能、配合比、变形性能、耐久性、早期强度、结构性能等。

研究表明，再生混凝土能够从技术上根本解决废弃混凝土的出路，再生混凝土与普通混凝土存在的差异需要进行深入研究。

针对再生混凝土技术问题，分析提出再生混凝土进一步研究所面临的问题。

［关键词］再生混凝土；再生骨料；研究进展；耐久性［中图分类号］U 416．26；TU 528．59
［文献标识码］A
［文章编号］1674—0610（2013）01—0098—05
Current Situation and Suggestion on Recycled Concrete Research
ZHU Hongbing ，ZHAO Yao ，LEI Xuewen ，YANG Qiao
（Civil Engineering College ，Wuhan University of Science and Technology ，Wuhan ，Hubei 430070，Chi-na ）
［Abstract ］Recycled concrete is made of recycled aggregate which is preparation from the waste concrete．The uses of the Recycled concrete not only changing the waste concrete into treasure ，but also conform to the “decrement rinciple ”in waste dispose．It has a positive effect on protecting the environ-ment and saving resources．The social benefits are significant by popularization and applications of this new technology．Through reviewing many literature from inside and abroad ，make the comparative analy-sis of the research in recycled concrete．This article mainly include Recycling technology for recycled ag-gregate ，service performance ，mix ratio and preparation ，deformation ability ，durability ，initial strength ，structural performance etc．Studies have shown that recycled concrete can solve the difficult of the waste concrete from the technical．Further study is needed of the difference between recycled concrete and nor-mal concrete．Based on the Recycled Concrete technological problems ，we present some problems which need studying further in the field of Recycled Concrete．
［Key words ］recycled concrete ；recycled aggregate ；research progresses ；durability 统计数据显示，目前美国每年产生的废弃混凝
土大约有6000多万t ，
欧洲每年也产生约17000多万t 废弃混凝土［1］。

我国每年产生的废弃混凝土也达到16000多万t ，而且每年以8%左右的速度增加
（和GDP 增长接近）［2］。

这样就带来两个严重问
题：一是由于大量的砂石这种原始自然资源被消耗，长期以往会导致资源匮乏；二是由于城市自身的“新陈代谢”，大量的拆迁、改建使得建筑垃圾大量
堆积。

2006年4月在厦门召开的
“建筑垃圾综合利用与新技术推广研讨交流会”
上有新资料显示我国每年新建建筑产生的固体废弃物大约1亿吨，因拆
出建筑产生的固体废弃物2亿t 以上，两项合计约3亿t
［3］。

按这一数据估算，仅废弃混凝土大约有1亿吨左右。

长时间以来这些建筑垃圾的处理方式都是进行填埋，这无疑使得原本就紧张的土地资源，显得更加捉襟见肘。

第1期朱红兵，等：再生混凝土研究现状及研究建议
再生骨料混凝土（Recycled Aggregate Concrete）简称再生混凝土（Recycled Concrete，RAG）。

它是指将生产过程中或使用阶段后被废弃凝土块经过破碎、高温处理、清洗与分级后，接一定的比例与级配加工混合形成再生混凝土骨料（Recycled Concrete Aggregate）简称再生骨料（Recycled Aggregate，RCA）［4］。

再生混凝土的广泛使用既能缓解建筑骨料日显短缺的局面，又从根本上解决废弃混凝土的处理难题，并可实现“无害化”、“资源化”。

再生混凝土的利用已经成为各发达国家所共同研讨的重要课题，有些国家甚至以立法形式来保护此项研究的发展。

我国政府制定的中长期社会可持续发展战略，也鼓励废弃物再生技术的研究与应用，建设部也将“建筑废渣综合利用”列入1997年科技成果重点推广项目之一［5，6］。

2005年我国两会又提出了“建设节能型社会，发展循环经济”。

由于再生集料能够全部或部分替代配制混凝土所用的传统粗细集料，从而减少山砂、山石的开采量，且可消纳废弃混凝土，从多个角度起到保护自然环境和维护生态平衡的作用，为保护环境，造福子孙后代，应加强废弃混凝土的循环再利用研究和技术推广工作。

1国内外研究现状
国外学者主要集中在对再生骨料和再生混凝土基本材性方面的研究，已有成功应用于刚性路面和建筑结构物的例子［7］。

我国也先后颁布了《固体废料污染环境防治法》、《城市固体垃圾处理法》，使再生混凝土研究上升到另一层面上来。

近年来，上海、北京等地区的一些建筑公司对建筑垃圾的回收利用作了一些有益的尝试。

自从2003年在同济大学校内建成一条再生混凝土刚性路面以后，越来越多的再生混凝土工程案例在中国得到试用，2003年襄阳市在改造总标段16．8km的路面中，使用破碎混凝土面板作基层的路面共计14．2km，占总长度的84.5%。

襄樊公路总段还以此为经验在城区周边的道路建设上进行了推广，使得资源得到有效的利用，成本得到节约［8］。

近几年来，最大的一项工程案例发生在合宁高速公路中，施工方采用再生水泥混凝土骨料作为新拌混凝土的骨料来浇筑混凝土路面。

运用再生混凝土施工技术的开兰公路修复改建工程竣工后，通过了相关部门组织的竣工验收，被评为优良工程，经过近几年的通车使用，路面状况一直保持较好［9］。

再生混凝土不仅在高等级公路上使用良好在其它工程项目上也有广泛应用，湖南长沙机场工程的道面、道肩及平行公路上也使用了再生混凝土技术，施工总面积达5000多m2，使用7a后经回访考察，使用状况较好。

目前世界上对再生骨料混凝土的研究主要表现在如下几个方面。

①再生骨料生产工艺提升技术。

目前发达国家都不断提升再生骨料生产加工设备的技术水平。

一般来说，再生骨料制备过程大致如下：
废旧混凝土→一级处理（包括破碎、筛分）产生5 40mm的骨料→二级处理：加温、破碎、筛分［10］。

其中一级处理得到的粗骨料可以用于C30以下混凝土的制备，二级处理中得到混凝土可以用于C30以上的混凝土制备。

也有学者指出，二级处理中高热加温这一步骤由于要求要加热到300ħ并保持一段时间，因此导致造价和耗能都有一定的增加，所以虽然二级处理中那些天然岩石骨料外粘结较差的水泥碎石，以及有损伤裂纹的水泥石都会剥落，但结合我国的经济技术情况，采用一级处理后的再生骨料即可［11］。

世界各国也有不同的趋向性，其中日本注重再生利用率，开发了一种可以在现场把废旧混凝土变成再生混凝土的工艺，使得减少在搬运过程中的损耗。

以德国为代表的欧洲国家，更加注重再生混凝土的使用性能和强度，因此其粉碎后分离技术比较成熟，城市中就有可以将各种再生材料分离出来的工艺。

而俄罗斯更注重实用性，他们选用自主研制的双筛网筛分机组，使得其一整套生产工艺更加完善［12］。

②再生骨料的使用性能研究更加深入。

天然骨料混凝土的性能已经十分明确，而再生混凝土与其相似度也十分高，因此可将天然骨料与再生骨料进行比较研究。

除了普遍性的再生骨料具有孔隙率高、密度小、吸水性大、强度较低等特点之外，更有对其它类型再生混凝土的研究，比如再生碾压混凝土性能，粉煤灰再生混凝土等。

③再生混凝土的配合比设计研究。

与天然骨料相比，再生骨料的空隙率高、吸水性大，而且混凝土破碎过程中会再一次碎裂变形，致使其表面积增加。

所以“用再生集料替代天然集料导致混凝土单位立方用水量增加”这一客观规律必须引起高度重视［13］。

除了在单方面采取增加改良剂或高效减水剂来改善混凝土本身性能研究外，湘潭
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大学邓寿昌教授及其团队还对再生混凝土额外用水进行了研究，即将再生混凝土中拌合用水分为两类，一类是吸附在混凝土上的水，即将再生混凝土变为饱和面干状态，就是变成原生混凝土状态，另一部分为拌合的用水量，这部分水不仅能提高拌合物流动性还可在混凝土硬化时参与水合反应，即充当原来一般混凝土配置中水的作用，这部分水称为自由水，从而选用自由水灰比代替原来单纯的水灰比去配制混凝土［14］。

④再生混凝土早期强度研究。

对于28d早期强度，M．C．Limbachiya等对高强混凝土（及强度超过50MPa）进行研究，表示当再生混凝土取代率不超过30%的时候，几乎没有影响，配置高强再生混凝土与原生混凝土有同样的工程性质与耐久性［15］。

而在大于30%时，K．K．Sagoe-Crentsil对再生粗骨料取代率为100%的再生混凝土的抗压强度进行了实验研究，并且得出结论：水泥的种类对于再生混凝土的强度有着较大的影响，比如采用矿渣水泥制备的再生混凝土早期7 28d的抗压强度要比采用普通波特兰水泥制备的试件强度平均高出6MPa［16］。

⑤再生混凝土的变形性能。

混凝土的变形性能主要包括弹性行为、干缩与徐变、热变形性能等［17］。

与普通混凝土不同的是，再生混凝土的弹性模量还与再生骨料的取代率有关，再生骨料取代率增大后再生混凝土的抗压弹性模量迅速减小。

再生骨料中存在大量的硬化水泥砂浆附着于原来的粗骨料颗粒上，导致再生骨料的弹性模量比原粗骨料低，而骨料弹性模量是影响混凝土弹性模量最显著的因素，因此再生骨料混凝土弹性模量较天然骨料混凝土降低30%左右，使得再生混凝土具有较好的抗震性能和抵抗动荷载的能力。

受力时变形较大，韧性变强［18］。

混凝土的干缩在混凝土收缩中表现最为显著，大概占总体积收缩量的80% 90%。

因为再生混凝土跟一般的混凝土相比，存在更多的细小裂缝，因此孔隙率较高。

再生混凝土的孔隙率对水灰比也有着显著的影响，水灰比越高，干缩率越大。

所以混凝土的干缩明显高于普通混凝土，且取代率越高干缩越大［19］。

由于水泥砂浆体和碎石有不同的热系数，混凝土的热膨胀系数是这两种组分的共同结果，而再生混凝土中还包裹着一部分旧的水泥浆使得再生混凝土热膨胀系数介于（11 20）ˑ106/ħ之间，比普通混凝土略高。

⑥再生混凝土的耐久性深入研究。

混凝土耐久性主要包含抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性。

当配置再生骨料掺量达到40% 50%的混凝土时，不仅能达到标准强度，而且混凝土的盐离子侵蚀性有所提高，而且此时的冻融循环性的次数也得到了提高。

采用减水剂降低水灰比和掺加粉煤灰的方法可以改善再生混凝土的干缩性，并且前者比后者有效，两者同时能增加混凝土的抗压强度。

这个方法虽然可以使得再生混凝土的干缩性上升，从而提高抗氯离子侵蚀的能力［20］，但是粉煤灰的掺入量也不是越多越好，矿渣微粉等物质如果加入过量会使得再生骨料表面粗糙，从而吸水量增加导致抗冻性能降低［21］。

另外关于再生混凝土耐久性领域，辽宁工程大学的崔正龙与日本教授大芳賀義喜、北迁政文、田中礼治进行过深入研究，得到如下结论：因再生粗、细骨料的吸水率大，全再生混凝土组织结构硬化后干燥收缩率也就相对增大，从而使混凝土试件表面产生微裂缝增多，二氧化碳气体容易被渗透，容易被碳化［22］。

⑦再生混凝土的结构性能。

国内外学者对于再生混凝土结构性能的研究做了很多工作，多以对比实验为主，得出以下结论：首先在基本性质上肖建庄等研究了单一来源再生混凝土梁的受弯与受剪性能试验，结果表明：再生混凝土梁在受弯过程中仍具有弹性、开裂、屈服、破坏4个阶段，并且截面基本符合平截面假定与原生混凝土性能［23］。

Mukai等开展的再生混凝土梁的受弯性能试验，说明再生混凝土梁的挠度与普通混凝土相差不大［24］；Ishill等人的钢筋再生粗骨料混凝土梁的受弯特征实验研究表明，再生混凝土梁的承载力与普通混凝土梁几乎没有差别［25］；Etxeberria 等的再生混凝土梁的受剪性能试验说明，配箍筋的再生混凝土梁抗剪承载力与普通的混凝土的相关性能系数差别也不是很大［26］。

但并不是所有性能都能借鉴普通混凝土参数，Ippei等对再生混凝土梁进行抗弯性能试验时得出结论：再生混凝土梁在相同位置处产生的裂缝宽度比普通混凝土梁大，而各裂缝间距比普通混凝土梁小［27］；B．C．Hart等进行了再生钢筋混凝土梁的抗剪承载力试验，研究结果表明，如果用普通混凝土结构的设计方法来设计再生混凝土梁，会使其使用性
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第1期朱红兵，等：再生混凝土研究现状及研究建议
能降低，其中极限承载力有着明显的下降［28］。

2再生混凝土存在的问题
骨料是混凝土的骨架，在很大程度上决定着混凝土主要的工作性、硬化混凝土的力学性能以及其耐久性。

特别值得注意的是再生骨料具有孔隙率高、吸水性大、强度低等特征，这与天然骨料的性质相差较大，因此导致再生混凝土在应用中存在一些问题。

①强度问题：再生混凝土与普通混凝土做对比试验时，发现最基本的规律是随着再生骨料掺量的增大混凝土强度降低。

将再生骨料用于钢筋混凝土工程时由于在破坏过程中骨料本身有些地方存在裂缝，因此混凝土和钢筋不是完美地黏合在一起，受力时由于这些裂缝的存在导致其强度降低，导致再生骨料多用于配置低强度混凝土，如要配置高强度混凝土则需对一般处理的再生骨料进行二级处理予以强化。

②收缩率问题：相较于普通骨料，再生骨料在破坏时存在裂缝比较多（也就是孔隙率大），孔隙率大必然导致吸水率大，也必然会导致后期收缩率大和徐变增大。

而且由于裂缝的存在使得环境中的水合有害腐蚀性物质渗入其中，致使其防水与抗冻性能降低。

③再生骨料掺入量问题：从多消纳废弃混凝土角度而言，采用高掺入量甚至全部以再生骨料制造的再生混凝土较理想。

但实验表明，随着粗骨料的掺入度升高再生骨料的抗压强度会有比较小的降低，但随着再生细骨料取代天然骨料的比例增加，其强度却下降的比较明显［29］。

而且掺入量还影响着混凝土的耐久性与工作性能。

④人们的思想观念和认识需要转变：由于“再生”两个字的存在，而且各个实验也得出再生混凝土强度、弹性模量和耐久性等性能劣于普通混凝土，所以在很多人的第一主观印像中就产生了再生混凝土只是一个普通混凝土的代替品，不能成为主流的建筑材料。

所以即使是安全等级、使用年限、耐久性要求不高的普通建筑，人们也往往片面坚持“百年大计，质量第一”的观点，难以接受使用再生混凝土，所以在研究方面也不够广泛。

因此要加强再生混凝土作为建筑材料的经济性分析，研究提高经济性的途径；同时也要加强废物利用和资源再利用教育，让各项指标达到标准的再生混凝土能得到高效的利用。

3建议
综上所述，由于世界对再生骨料混凝土研究时间不是很长，许多方面还存在问题，实验上多采取对比实验，即用再生混凝土和普通混凝土进行对比，所以得到的很多都是定性而非定量的一些结论。

因此对于再生混凝土来说，要想真正的实现大面积的推广应用，无论是试验研究还是施工技术研究，都有许多问题需要解决。

①再生混凝土是能够从技术上真正解决废弃混凝土出路的问题，但由于其研究还没有达到普通混凝土的地步，因此现在再生混凝土的使用还没有得到大力推广。

如果不能广泛的应用，那么再生混凝土也就失去了解决废弃混凝土的优势。

因此，如果能研究提高其强度、耐久性、磨耗性能、力学性能和结构性能的方法和材料，使之向高性能方面发展，再生混凝土将会真正的应用在各类建筑中并发挥其优势。

②再生骨料混凝土与普通混凝土产生差别的最大原因是：在破碎时再生骨料会产生细小裂缝与空洞，从而导致微观结构上的不同，如果能改进优化再生混凝土破碎工艺，从再生混凝土的微观结构入手，就能提高再生混凝土的各种性能［30］。

③由于再生混凝土与普通混凝土在原材料、配合比、施工工艺上存在着很大的不同，而且我国不同厂家的混凝土制作工艺在骨料与成分上的差异也十分巨大。

因此现行的普通混凝土的一些标准实质上是不适用于再生混凝土的。

建议结合我国再生混凝土的骨料情况，制定合适的再生骨料混凝土标准规程。

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