梁斌
天津市天材伟业建筑材料有限公司 天津 300400
摘要：本文利用废弃混凝土作为粗骨料，天然砂用细骨料，制备再生混凝土。测定了再生骨料和再生混凝土的工作性能和力学性质，同时探究了再生混凝土的造价问题和能源消耗问题，对再生混凝土的实用化进程具备指导意义。
关键词：再生骨料；天然砂；再生混凝土；造价；能源消耗
1、引言
近些年来，国内建筑工程得到了空前的快速发展。但是，在建筑业带来巨大优势的同时，也带来了一系列的环境问题。例如近年来建筑业的施工进程中产生大量严重破坏环境的建筑垃圾，这对我国环保建设的可持续发展造成极大的威胁。据估计每年10亿m3混凝土的使用需要消耗20亿吨以上的天然砂石，资源消耗量之巨大令人惊讶，并且每年产生的建筑垃圾高达天然砂石使用量的1/33。建筑垃圾的大量产生无疑是对当前环境资源的一种浪费，甚至大部分垃圾不会做任何加工处理而直接被扔到郊区。针对这一问题，可以将在建筑工程中的废弃材料重新利用起来。采用破碎、除杂、分级等工序可以将废弃的混凝土处理成再生骨料，再生骨料经过一定的配比调制，再生成能够正常用于建筑施工的混凝土，这种废物利用的科学方案可以有效的避免环境问题，并且产生巨大的经济效益，对我国走可持续发展道路也具备一定的社会影响。
2、材料的选取
选取材料水泥时，应考虑其物理方面的力学性能：选用比面积为350m2/kg；标准稠度用水量27.0%；初凝结时间为105min，终凝结时间为196min；3d抗折强度为5.3MPa，28d抗折强度为8.2MPa；3d抗压强度为22.4MPa，28d抗压强度为48.6MPa。砂选用用砂，选用中砂为宜，含泥量为2.3%，细度模数为2.4。采用建设用碎石作为天然骨料，5-31.5mm连续粒级为宜。将废弃的混凝土进行破碎、除杂、分级三个工序后筛成5-31.5mm连续粒级，作为再生骨料使用。粉煤灰选用包头达旗电厂Ⅱ级灰，满足GB1596—2005的指标要求。选用普通的自来水，满足JGJ63—2006的指标要求。采用聚羧酸高性能减水剂。
3、试验方法
根据GB/T14685—2011《建设用碎石、卵石》，测验天然骨料和再生骨料的密度，其中分为表观密度和堆积密度。同时还要测定骨料的吸水率和压碎指标等性能。选取再生骨料作为天然骨料，测定再生混凝土的物理方面的力学性能。最后，根据GB50080—2016《普通混凝土拌合物力学性能试验方法标准》来搅拌混凝土，并使之成型。
4、试验结果及分析
4.1再生骨料基本性能测定
分别测定天然骨料和再生骨料的密度、吸水率和压碎指标等性能后发现：再生骨料的表观密度为2510kg/m3，堆积密度为1240kg/m3；天然骨料的表观密度为2710 kg/m3，堆积密度为1510 kg/m3。明显再生骨料的表观密度、堆积密度都低于天然骨料的测定数值。其次，再生骨料的吸水率为3.2%，压碎指标为13.9%；而天然骨料的吸水率为0.2%，压碎指标为9.6%。可以看出再生骨料的吸水率和压碎指标都远远高于天然骨料。
分析以上的数据结果：再生骨料的表面比天然骨料的表面多了一层水泥砂浆，因为水泥砂浆呈硬化状态时表现出较差的力学性能，如密度较低、外观粗糙且空隙大、强度低等。对再生骨料进行破碎时易产生裂纹从而导致再生骨料的表观密度和堆积密度较低，而其吸水率和压碎指标较高。
4.2再生混凝土试验
再生骨料在性能方面和施工工艺与天然骨料存在着很大的差异，无法直接使用先前普通混凝土的设计配合比的方法。需要在普通混凝土配合比设计方法的基础上，同时掺加矿物掺和料——粉煤灰和聚羧酸高效减水剂对混凝土进行配制。保证坍落度一致，采用最佳的配合比方案：（1）C30天然混凝土的最佳配合比为：水泥370kg/m3，砂738 kg/m3，天然粗骨料1140 kg/m3，水190 kg/m3，外加剂1.5%；（2）C30再生混凝土的最佳配合比为：水泥250kg/m3，粉煤灰130 kg/m3，砂738 kg/m3，再生粗骨料1140 kg/m3，水170 kg/m3，外加剂1.8%；（3）C40天然混凝土最佳配合比为：水泥450kg/m3，砂690 kg/m3，天然粗骨料1115 kg/m3，水180 kg/m3，外加剂1.6%；（4）C40再生混凝土最佳配合比：水泥300kg/m3，粉煤灰150 kg/m3，砂690kg/m3，再生粗骨料1115 kg/m3，水155 kg/m3，外加剂2.0%。
根据以上四种最佳配合比分别进行试验，得到如下结果，见表1。
表1 骨料种类对混凝土性能的影响
根据图1及图2可以看出，C30再生混凝土与C40再生混凝土的抗压强度都符合原料配制条件。其中相比于C30天然混凝土来说，C30再生混凝土的3d、7d、28d抗压强度较高，而C40再生混凝土与C40天然混凝土的3d抗压前度没有显著地差异，但是C40再生混凝土的7d、28d抗压强度略低。探究其产生的机理，是因为再生骨料表观粗层且空隙多，压碎指标较高，相比于天然骨料，其强度较低。所以C40再生混凝土和C40天然混凝土相比，7d、28d抗压强度较低。
粉煤灰的颗粒呈玻璃珠的状态，其颗粒较小、强度较高性能在混凝土中起到了滚珠轴承的效果。并且还有对混凝土进行了活性充填以及致密凝结的活动。混凝土的的工作性能和力学性质都大幅度提升，运用到施工中的效果变得更好。同时也发现，适量外加剂的加入降低了混凝土制备过程中所需的用水量，再次改善了再生混凝土的力学性能。可以得出结论，同时掺加矿物掺和料——粉煤灰和聚羧酸高效减水剂对混凝土进行配制，再生混凝土的力学性质可以达到天然混凝土的水平。
5、再生混凝土成本及能源消耗
5.1制备再生混凝土的成本
C30天然混凝土和C40天然混凝土的原材料价格分别为255.98元/m3和288.63元/m3。而C30再生混凝土和C40再生混凝土的原材料价格为228.89元/m3和255.30元/m3。水泥360元/吨，粉煤灰100元/吨，天然粗骨料60元/吨，再生粗骨料60元/吨，砂40元/吨，外加剂4200元/吨。可以看出，采用再生混凝土掺加粉煤灰后成本价格并没有提高，反而明显低于天然混凝土的价格，这说明采用再生混凝土是具有一定经济效益的。
5.2制备再生混凝土的能源消耗
再生混凝土在使用途径上的变废为用符合国内可持续发展战略。建筑工程中所使用的水泥，在生产时需要消耗大量的石灰石、煤、电量等。同时生产粗细骨料需要消耗大量的天然砂石。国内天然骨料的资源逐渐匮乏，生态环境面临巨大的威胁和挑战。粉煤灰是煤粉炉中产生的废弃物，基本忽略其能源消耗量，将人工砂取代天然砂，很大的解决了当前因环境问题而引发的建筑工程受阻情况。
表2 混凝土能耗
分析表2中的数据后发现：第一，在废弃的混凝土中加入粉煤灰，再生混凝土比天然混凝土CO2排放量要少，实现了节能减排的环保效果；第二，废弃混凝土作为再生粗骨料的重新利用减小了对环境造成的负面影响，不用再考虑混凝土废弃物的处置问题和处置费用。并且对天然石子的需求量大幅度减小，节约了环境资源；第三，粉煤灰在再生混凝土中充分发挥了作用，减少了CO2排放量及能源消耗量，生产的成本也大大减小。
6、结论
综上所述，再生混凝土的开放运用为社会生产提供了一定的经济、社会和环境效益，充分满足了我国走可持续发展道路的发展需求。再生混凝土的应用前景广阔，最后对其所具有的的优势进行总结。
第一，再生骨料比天然骨料的表观密度、堆积密度低，再生骨料的吸水率和压碎指标都比天然骨料的高。第二，掺加粉煤灰和适量外加剂大大提升了再生混凝土的工作性能和力学性能，并符合了天然混凝土的性能标准。第三，两类再生混凝土在加入粉煤灰后要比天然混凝土花费的成本少，体现了此种方法的经济性优势。第四，选择废弃的混凝土作再生骨料，掺加适量粉煤灰，降低了能耗，减小了CO2排放量，真正的做到了节能减排。
参考文献：
[1]张建强.鲁亚.再生骨料强化对混凝土耐久性的影响[J].江西建材，2015，12（5）；58-60，99.
[2]杭美艳.再生混凝土粗骨料基本性能试验[J].内蒙古科技大学，2015，12（7）；90-95，66.
论文作者:梁斌
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/6
标签：骨料论文; 混凝土论文; 密度论文; 吸水率论文; 粉煤灰论文; 表观论文; 性能论文; 《防护工程》2018年第9期论文;