建筑垃圾再生粗細(xì)骨料混凝土制備與性能研究

1、建筑垃圾再生粗細(xì)骨料混凝土建筑垃圾再生粗細(xì)骨料混凝土制備與性能研究制備與性能研究北京建筑工程學(xué)院北京建筑工程學(xué)院宋少民宋少民課題背景課題背景 近年來，中國建設(shè)規(guī)模之大，史無前例，近年來，中國建設(shè)規(guī)模之大，史無前例，20092009年混凝土產(chǎn)量超過年混凝土產(chǎn)量超過3030億億m m3 3。消耗大量的天。消耗大量的天然資源。以北京為例，用于混凝土的優(yōu)質(zhì)河砂然資源。以北京為例，用于混凝土的優(yōu)質(zhì)河砂已經(jīng)十分短缺，混凝土用砂質(zhì)量堪憂，含泥量已經(jīng)十分短缺，混凝土用砂質(zhì)量堪憂，含泥量大、細(xì)度細(xì)。與此同時，廢舊建筑拆除產(chǎn)生大大、細(xì)度細(xì)。與此同時，廢舊建筑拆除產(chǎn)生大量的建筑垃圾造成不斷加重的垃圾圍城現(xiàn)象。量的建

2、筑垃圾造成不斷加重的垃圾圍城現(xiàn)象。 建筑垃圾圍城放錯地方的資源u經(jīng)濟(jì)日報(bào)以經(jīng)濟(jì)日報(bào)以“建筑垃圾建筑垃圾放錯地方的資源放錯地方的資源”為題為題采訪我院陳家瓏教授。今年采訪我院陳家瓏教授。今年6 6月月1111日溫家寶總理為日溫家寶總理為此做出批示，建設(shè)部、工信部等政府部門正在積此做出批示，建設(shè)部、工信部等政府部門正在積極推進(jìn)，建筑垃圾資源化大規(guī)模利用呈現(xiàn)曙光。極推進(jìn)，建筑垃圾資源化大規(guī)模利用呈現(xiàn)曙光。建筑垃圾再生粗細(xì)骨料在混凝土中的利用建筑垃圾再生粗細(xì)骨料在混凝土中的利用 絕大部分再生混凝土是再生粗骨料混凝土，絕大部分再生混凝土是再生粗骨料混凝土，也就是說僅把建筑垃圾加工處理成的粗骨料用也就是說

3、僅把建筑垃圾加工處理成的粗骨料用于混凝土制備。學(xué)術(shù)界比較多的結(jié)論是于混凝土制備。學(xué)術(shù)界比較多的結(jié)論是摻入再摻入再生細(xì)骨料后再生混凝土的強(qiáng)度和耐久性都會有生細(xì)骨料后再生混凝土的強(qiáng)度和耐久性都會有很大程度降低很大程度降低。上海市地方標(biāo)準(zhǔn)上海市地方標(biāo)準(zhǔn)再生混凝土再生混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程應(yīng)用技術(shù)規(guī)程也建議再生細(xì)骨料不宜用作配也建議再生細(xì)骨料不宜用作配制房屋結(jié)構(gòu)與道路結(jié)構(gòu)混凝土。制房屋結(jié)構(gòu)與道路結(jié)構(gòu)混凝土。建筑垃圾再生粗細(xì)骨料在混凝土中的利用建筑垃圾再生粗細(xì)骨料在混凝土中的利用 在滿足使用要求性能的前提下，將建筑垃圾再生在滿足使用要求性能的前提下，將建筑垃圾再生細(xì)骨料作為混凝土細(xì)骨料的一部分，具有重要意義

4、。理細(xì)骨料作為混凝土細(xì)骨料的一部分，具有重要意義。理由是在混凝土中應(yīng)用量大、面廣、二次能耗低，在加工由是在混凝土中應(yīng)用量大、面廣、二次能耗低，在加工處理建筑垃圾時產(chǎn)生的細(xì)顆粒比例相對較大，處理建筑垃圾時產(chǎn)生的細(xì)顆粒比例相對較大，如果禁止如果禁止在最大宗的結(jié)構(gòu)材料在最大宗的結(jié)構(gòu)材料混凝土中使用，會造成再生細(xì)混凝土中使用，會造成再生細(xì)骨料的排放和環(huán)境問題，對于大量、及時地消化、循環(huán)骨料的排放和環(huán)境問題，對于大量、及時地消化、循環(huán)利用建筑垃圾不利利用建筑垃圾不利。廉慧珍教授提出廉慧珍教授提出“建材利廢也需要建材利廢也需要節(jié)能、減排節(jié)能、減排”的觀點(diǎn)，認(rèn)為如果利用時過分不恰當(dāng)?shù)卦龅挠^點(diǎn)，認(rèn)為如果利用時

5、過分不恰當(dāng)?shù)卦黾犹幚淼哪芎幕蚺欧?，就與利廢的目的相悖。加處理的能耗或排放，就與利廢的目的相悖。 混凝土再生骨料混凝土再生骨料廢棄混凝土和砂漿廢棄混凝土和砂漿 課題組認(rèn)為，以廢磚瓦為主體的建筑垃圾課題組認(rèn)為，以廢磚瓦為主體的建筑垃圾處理后宜作為再生磚瓦原材料，所以本研究處理后宜作為再生磚瓦原材料，所以本研究涉及的建筑垃圾再生骨料是以廢棄混凝土和涉及的建筑垃圾再生骨料是以廢棄混凝土和砂漿為主體。砂漿為主體。 再生骨料表1再生粗骨料物理性質(zhì)含泥量（%）壓碎指標(biāo)(%)含水量(%)24h吸水率(%)表觀密度(kg/m3)松散堆積密度(kg/m3)針片狀顆粒含量(%)1.63123.52.12590143

6、06.6表2 再生細(xì)骨料物理性質(zhì) 細(xì)度模數(shù) 堆積密度（kg/m3）表觀密度（kg/m3）細(xì)粉含量（%） 吸水率（%）2.814302560 911.4再生細(xì)骨料摻量對混凝土性能的影響 表3再生細(xì)骨料取代率對混凝土用水量和強(qiáng)度的影響編號各材料用量（kg/m3）用水量強(qiáng)度BW/BCFA人工S再生S再生G減水劑r（kg/m3）（MPa）14150.3127014534034010201250%13059.924150.3327014527240810201260%13652.334150.3527014520447610201270%14546.144150.37270145136544102012

7、80%15240.254150.392701450680102012100%16034.4粉煤灰摻量對混凝土性能的影響編號各材料用量（kg/m3）BW/BCFAFA(%)人工S再生S再生GW減水劑64150.429112430%13654410201661274150.427014535%13654410201661284150.424916640%13654410201661294150.422818745%136544102016612104150.420820750%136544102016612粉煤灰摻量對混凝土性能的影響 u粉煤灰摻量變化對再生混凝土粉煤灰摻量變化對再生混凝土2828

8、天抗壓強(qiáng)度的影天抗壓強(qiáng)度的影響見圖。總體上看隨著粉煤灰摻量增大響見圖?？傮w上看隨著粉煤灰摻量增大2828天強(qiáng)度天強(qiáng)度降低，但可以看出摻量在降低，但可以看出摻量在30-35%30-35%時，對強(qiáng)度影響時，對強(qiáng)度影響不大。不大。 粉煤灰摻量變化與再生混凝土水膠比的調(diào)整粉煤灰摻量變化與再生混凝土水膠比的調(diào)整 覃維祖教授提出：為了配制出強(qiáng)度滿足工程覃維祖教授提出：為了配制出強(qiáng)度滿足工程要求的粉煤灰混凝土要求的粉煤灰混凝土, ,需在增加粉煤灰摻量的需在增加粉煤灰摻量的同時降低水膠比。如果按照漿體體積恒定的同時降低水膠比。如果按照漿體體積恒定的原則進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)原則進(jìn)行配合比設(shè)計(jì), ,則恰好可以符合上述要

9、則恰好可以符合上述要求。求。因?yàn)榉勖夯业拿芏燃s為水泥的因?yàn)榉勖夯业拿芏燃s為水泥的2/3,2/3,當(dāng)用當(dāng)用粉煤灰等質(zhì)量取代水泥時粉體體積就會增大粉煤灰等質(zhì)量取代水泥時粉體體積就會增大, ,要保持漿體體積不變要保持漿體體積不變, ,則會降低用水量。則會降低用水量。粉煤灰摻量變化與再生混凝土水膠比的調(diào)整粉煤灰摻量變化與再生混凝土水膠比的調(diào)整 這樣也就在增大粉煤灰摻量的同時降低了水這樣也就在增大粉煤灰摻量的同時降低了水膠比膠比, ,不會因?yàn)榉勖夯覔搅吭龃髱砻黠@的不會因?yàn)榉勖夯覔搅吭龃髱砻黠@的強(qiáng)度發(fā)展速率損失強(qiáng)度發(fā)展速率損失, ,而滿足工程對混凝土強(qiáng)而滿足工程對混凝土強(qiáng)度的要求。我們受到這一技術(shù)路線

10、啟示在再度的要求。我們受到這一技術(shù)路線啟示在再生混凝土配合比研究中隨著粉煤灰摻量變化生混凝土配合比研究中隨著粉煤灰摻量變化調(diào)整水膠比。調(diào)整水膠比。粉煤灰摻量變化與再生混凝土水膠比的調(diào)整粉煤灰摻量變化與再生混凝土水膠比的調(diào)整編號各材料用量（kg/m3）BW/BCFAFA%人工S再生S再生GW減水劑113900.462939725136544102017912124020.4328112130136544102017312134150.4027014535136544102016612144260.3725617040136544102015813154410.342431984513654410

11、2015013粉煤灰摻量變化與再生混凝土水膠比的調(diào)整粉煤灰摻量變化與再生混凝土水膠比的調(diào)整 在粉煤灰摻量小于在粉煤灰摻量小于35%35%，水膠比大于，水膠比大于0.40.4時時, ,對坍對坍落度幾乎沒有影響，粉煤灰摻量大于落度幾乎沒有影響，粉煤灰摻量大于35%35%，水膠比小，水膠比小于于0.40.4時時, ,對坍落度影響開始表現(xiàn)出來，隨著粉煤灰摻對坍落度影響開始表現(xiàn)出來，隨著粉煤灰摻量的增加、水膠比的降低坍落度減小。但粉煤灰摻量量的增加、水膠比的降低坍落度減小。但粉煤灰摻量增大時雖然坍落度降低，但可以滿足施工要求。增大時雖然坍落度降低，但可以滿足施工要求。粉煤灰摻量變化與再生混凝土水膠比的調(diào)

12、整粉煤灰摻量變化與再生混凝土水膠比的調(diào)整粉煤灰摻量25%30%35%40%45%3d強(qiáng)度（MPa） 14.516.017.415.914.37d強(qiáng)度（MPa） 21.123.426.622.320.028d強(qiáng)度（MPa） 30.235.336.733.229.9 可以看出采用此技術(shù)路線配制混凝土對再生混可以看出采用此技術(shù)路線配制混凝土對再生混凝土早齡期強(qiáng)度影響不大，當(dāng)粉煤灰摻量凝土早齡期強(qiáng)度影響不大，當(dāng)粉煤灰摻量30-35%30-35%，水膠比水膠比0.40.4時，強(qiáng)度相對較高。時，強(qiáng)度相對較高。再生混凝土坍落度損失與控制方法試驗(yàn)再生混凝土坍落度損失與控制方法試驗(yàn) u再生細(xì)骨料摻量對再生混凝土

13、坍落度損失的再生細(xì)骨料摻量對再生混凝土坍落度損失的影響影響 組號組號B BC C F FS SRSRSRGRGW W坍落度（坍落度（mmmm）0h 1 0h 1 h h16164154152702701451456806800 010201020186186235235200200171741541527027014514554454413613610201020191191225225110110181841541527027014514540840827227210201020194194205205303019194154152702701451452722724084081020102

14、020220221521525252020415415270270145145136136544544102010202082082002000 0再生混凝土坍落度損失與控制方法試驗(yàn)再生混凝土坍落度損失與控制方法試驗(yàn)u從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，如果使用干燥骨料，從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，如果使用干燥骨料，由于再生細(xì)骨料吸水率很大，所以坍落度損由于再生細(xì)骨料吸水率很大，所以坍落度損失較大，嚴(yán)重影響預(yù)拌再生混凝土的泵送施失較大，嚴(yán)重影響預(yù)拌再生混凝土的泵送施工。工。 預(yù)濕再生細(xì)骨料對再生混凝土坍落度損失的影響 u針對再生細(xì)骨料吸水率的特點(diǎn)，我們借鑒輕針對再生細(xì)骨料吸水率的特點(diǎn)，我們借鑒輕骨料混凝土預(yù)濕骨料的做

15、法，將再生細(xì)骨料骨料混凝土預(yù)濕骨料的做法，將再生細(xì)骨料進(jìn)行預(yù)濕。具體方法是浸泡再生細(xì)骨料進(jìn)行預(yù)濕。具體方法是浸泡再生細(xì)骨料2 2小小時，曬至不流水。采用再生細(xì)骨料摻量分別時，曬至不流水。采用再生細(xì)骨料摻量分別為為20%20%、40%40%、60%60%的三組再生混凝土進(jìn)行試的三組再生混凝土進(jìn)行試驗(yàn)，配合比與坍落度控制情況見表。驗(yàn)，配合比與坍落度控制情況見表。 預(yù)濕再生細(xì)骨料對再生混凝土坍落度損失的影響組號BC FSRSRGW坍落度（mm）0h 1 h2141527014554413610201732302302241527014540827210201582352252341527014527

16、24081020159230150 從試驗(yàn)可以看出預(yù)濕再生細(xì)骨料的方法可從試驗(yàn)可以看出預(yù)濕再生細(xì)骨料的方法可以有效解決再生混凝土坍落度損失大的問題。以有效解決再生混凝土坍落度損失大的問題。 預(yù)濕與干燥再生細(xì)骨料混凝土強(qiáng)度對比 組號組號3 3天強(qiáng)度天強(qiáng)度7 7天強(qiáng)度天強(qiáng)度2828天強(qiáng)度天強(qiáng)度161619.819.829.229.238.138.1171720.120.128.428.438.538.5181820.820.828.428.436.236.2191918.318.324.424.434.434.4202016.316.323.923.932.832.8212121.021.025.

17、625.634.434.4222219.219.225.025.033.633.6232316.016.021.421.429.629.6 從強(qiáng)度數(shù)據(jù)可以看出，預(yù)濕骨料的做法對強(qiáng)度的影響不大，基本上在10%以內(nèi)。 問題探討問題探討再生細(xì)骨料對混凝土性能的影響分析再生細(xì)骨料對混凝土性能的影響分析 首先，再生細(xì)骨料對混凝土新拌性能的影響體現(xiàn)在首先，再生細(xì)骨料對混凝土新拌性能的影響體現(xiàn)在對對粘聚性和保水性有利粘聚性和保水性有利，這是由于再生細(xì)骨料具有吸水，這是由于再生細(xì)骨料具有吸水率高的特點(diǎn)。另一方面，率高的特點(diǎn)。另一方面，如果使用干燥再生細(xì)骨料則如果使用干燥再生細(xì)骨料則會造成坍落度損失大的問題會造

18、成坍落度損失大的問題，原因同上。解決的有效，原因同上。解決的有效措施是措施是預(yù)濕再生細(xì)骨料預(yù)濕再生細(xì)骨料，當(dāng)然，這樣可能導(dǎo)致再生細(xì)，當(dāng)然，這樣可能導(dǎo)致再生細(xì)骨料中的細(xì)粉流失，但是可以通過控制預(yù)濕工藝和調(diào)骨料中的細(xì)粉流失，但是可以通過控制預(yù)濕工藝和調(diào)整礦物摻合料用量的方法解決。整礦物摻合料用量的方法解決。 問題探討問題探討再生細(xì)骨料對混凝土性能的影響分析再生細(xì)骨料對混凝土性能的影響分析 第二，再生細(xì)骨料摻量大于第二，再生細(xì)骨料摻量大于60%60%時對強(qiáng)度影時對強(qiáng)度影響較大，主要原因是再生細(xì)骨料的缺陷多，響較大，主要原因是再生細(xì)骨料的缺陷多，粘土等雜質(zhì)多。因此在混凝土中使用時宜粘土等雜質(zhì)多。因此在

19、混凝土中使用時宜適當(dāng)控制摻加比例。適當(dāng)控制摻加比例。問題探討問題探討再生粗細(xì)骨料混凝土制備的技術(shù)路線再生粗細(xì)骨料混凝土制備的技術(shù)路線 依據(jù)高密實(shí)配合比設(shè)計(jì)理論，依據(jù)高密實(shí)配合比設(shè)計(jì)理論，利用建筑垃圾再生利用建筑垃圾再生粗細(xì)骨料以及混凝土摻合料的合理堆積，實(shí)現(xiàn)再生粗細(xì)骨料以及混凝土摻合料的合理堆積，實(shí)現(xiàn)再生混凝土的密實(shí)堆積；混凝土的密實(shí)堆積； 通過摻加優(yōu)質(zhì)礦物摻合料及相通過摻加優(yōu)質(zhì)礦物摻合料及相對適應(yīng)性較好的外加劑，在控制漿體體積不變或增對適應(yīng)性較好的外加劑，在控制漿體體積不變或增加不大的前提下，降低水膠比。加不大的前提下，降低水膠比。粉煤灰在再生混凝粉煤灰在再生混凝土中的作用和對普通混凝土的影

20、響是一樣的，我們土中的作用和對普通混凝土的影響是一樣的，我們的目的就是用高性能混凝土的技術(shù)措施來改善再生的目的就是用高性能混凝土的技術(shù)措施來改善再生混凝土的性能混凝土的性能 。結(jié)結(jié) 論論 u綜合考慮再生細(xì)骨料摻量對混凝土強(qiáng)度和綜合考慮再生細(xì)骨料摻量對混凝土強(qiáng)度和新拌性能的影響，建議新拌性能的影響，建議再生細(xì)骨料在細(xì)骨再生細(xì)骨料在細(xì)骨料中的摻加比例宜控制在料中的摻加比例宜控制在50%50%以內(nèi)以內(nèi)。u隨著礦物摻合料摻加量增加，隨著礦物摻合料摻加量增加，保持漿體體保持漿體體積不變或適度增加，降低水膠比的技術(shù)措積不變或適度增加，降低水膠比的技術(shù)措施適用于再生混凝土，可以保證混凝土早施適用于再生混凝土

21、，可以保證混凝土早齡期強(qiáng)度不明顯降低。齡期強(qiáng)度不明顯降低。 結(jié)結(jié) 論論u制備再生粗細(xì)骨料混凝土?xí)r制備再生粗細(xì)骨料混凝土?xí)r粉煤灰在膠凝材料中粉煤灰在膠凝材料中的摻加比例宜控制在的摻加比例宜控制在30-35%30-35%。u預(yù)濕再生細(xì)骨料是控制再生粗細(xì)骨料混凝土坍落預(yù)濕再生細(xì)骨料是控制再生粗細(xì)骨料混凝土坍落度損失的有效技術(shù)措施，對強(qiáng)度的影響不大。度損失的有效技術(shù)措施，對強(qiáng)度的影響不大。u應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是在一定程度上講，再生粗細(xì)骨料混應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是在一定程度上講，再生粗細(xì)骨料混凝土確實(shí)存在一個附加用水量的問題，也就是說，凝土確實(shí)存在一個附加用水量的問題，也就是說，存在一個有效水膠比的問題存在一個有效水膠比

22、的問題。 u試驗(yàn)建筑觀念的轉(zhuǎn)變是前提觀念的轉(zhuǎn)變是前提u中國科學(xué)院編制出版的中國科學(xué)院編制出版的中國至中國至20502050年先進(jìn)年先進(jìn)材料科技發(fā)展路線圖材料科技發(fā)展路線圖將將低能耗建筑材料低能耗建筑材料作作為建筑材料科技發(fā)展的重點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃。就我為建筑材料科技發(fā)展的重點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃。就我們這個行業(yè)而言混凝土要想實(shí)現(xiàn)低能耗技術(shù)們這個行業(yè)而言混凝土要想實(shí)現(xiàn)低能耗技術(shù)的廣泛開發(fā)和應(yīng)用，借用廉老師的一句話：的廣泛開發(fā)和應(yīng)用，借用廉老師的一句話：觀念的轉(zhuǎn)變比科學(xué)技術(shù)更重要觀念的轉(zhuǎn)變比科學(xué)技術(shù)更重要。關(guān)于低碳混凝土技術(shù)的思考關(guān)于低碳混凝土技術(shù)的思考 所謂低碳混凝土技術(shù)是指在混凝土的生產(chǎn)、使所謂低碳混凝土技術(shù)是指

23、在混凝土的生產(chǎn)、使用過程中，能夠直接或間接地降低溫室氣體排放的用過程中，能夠直接或間接地降低溫室氣體排放的相關(guān)混凝土技術(shù)相關(guān)混凝土技術(shù)。具體說包括：具體說包括：u減少混凝土中水泥用量的前提下追求水泥混凝土長減少混凝土中水泥用量的前提下追求水泥混凝土長壽命、高耐久的綠色高性能混凝土技術(shù)；壽命、高耐久的綠色高性能混凝土技術(shù)；u尾礦、建筑垃圾在混凝土工程中的應(yīng)用技術(shù)。尾礦、建筑垃圾在混凝土工程中的應(yīng)用技術(shù)。綠色混凝土的概念綠色混凝土的概念 在我國，中國工程院吳中偉院士在我國，中國工程院吳中偉院士19981998年提年提出綠色高性能混凝土的概念，其內(nèi)涵主要包括出綠色高性能混凝土的概念，其內(nèi)涵主要包括:

24、 :一是更多地節(jié)約熟料水泥，減少環(huán)境污染一是更多地節(jié)約熟料水泥，減少環(huán)境污染; ;二是二是更多地?fù)郊右怨I(yè)廢渣為主的活性細(xì)摻料更多地?fù)郊右怨I(yè)廢渣為主的活性細(xì)摻料; ;三是三是更大地發(fā)揮高性能優(yōu)勢，減少水泥和混凝土的更大地發(fā)揮高性能優(yōu)勢，減少水泥和混凝土的用量。用量。低碳混凝土、低能耗混凝土與綠色混凝土低碳混凝土、低能耗混凝土與綠色混凝土u低能耗混凝土技術(shù)顧名思義就是在生產(chǎn)混凝土?xí)r消耗較少的能源。 可見綠色混凝土、低碳混凝土與低能可見綠色混凝土、低碳混凝土與低能耗混凝土實(shí)際上并沒有本質(zhì)區(qū)別。耗混凝土實(shí)際上并沒有本質(zhì)區(qū)別。低能耗混凝土的研究重點(diǎn)在哪里？三、盡快形成三、盡快形成“綠色混凝土原材料、

25、制備、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、綠色混凝土原材料、制備、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量過程控制與驗(yàn)收成套技術(shù)施工、質(zhì)量過程控制與驗(yàn)收成套技術(shù)”也就是綠色也就是綠色混凝土工程技術(shù)混凝土工程技術(shù)對推動低能耗混凝土廣泛應(yīng)用意義對推動低能耗混凝土廣泛應(yīng)用意義重大。主要包括重大。主要包括：1 1、形成以、形成以粉煤灰、礦渣粉、石灰石粉、硅酸鹽水泥、粉煤灰、礦渣粉、石灰石粉、硅酸鹽水泥、新型膨脹劑、硅灰、石膏、石灰新型膨脹劑、硅灰、石膏、石灰等組成的等組成的粉體顆粒粉體顆粒級配合理、需水行為優(yōu)良、膠凝性能滿足各等級綠級配合理、需水行為優(yōu)良、膠凝性能滿足各等級綠色混凝土要求的系列綠色膠凝材料制備技術(shù)，探索色混凝土要求的系列綠色膠凝材料制備技術(shù)，探索膠凝材料一體化膠凝材料一體化。 低能耗混凝土的研究重點(diǎn)低能耗混凝土的研究重點(diǎn)2 2、以骨料飽和面干以