摘 要：闡述了當(dāng)前歐洲各國(guó)、美國(guó)、日本及中國(guó)等國(guó)家對(duì)廢棄水泥混凝土的再生利用研究現(xiàn)狀。分析了廢棄水泥混凝土的再生利用的研究發(fā)展方向，并簡(jiǎn)要闡述了再生水泥混凝土的主要特性。
關(guān)鍵詞：廢棄水泥混凝土 再生利用 綜述
中圖分類號(hào)：TU528.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-7973（2007）02-0097-03
一、前言
廢棄水泥混凝土來(lái)源很廣泛，數(shù)量也非常驚人。目前，我國(guó)的廢棄水泥混凝土絕大部分都未經(jīng)任何處理，有的堆放在露天，有的填埋在地勢(shì)低洼的地方，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。將其運(yùn)送到郊外進(jìn)行掩埋，不僅要花費(fèi)大量的運(yùn)費(fèi)，還會(huì)給填埋場(chǎng)造成二次污染，而且堆放掩埋這些廢棄物又要占用大量寶貴的土地資源。
另一方面，隨著建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，建筑材料需求量也急劇增加。目前，全世界混凝土的需求量約28 億立方米，而我國(guó)的混凝土年需求量為達(dá)到13~14 億立方米，約占世界總量的45%。一般來(lái)說(shuō)，混凝土原材料中其骨料占混凝土總量的75%，目前骨料的來(lái)源主要是開山取石并將其加工成砂石料，或撈取河流中的砂、卵石及礫石，這勢(shì)必進(jìn)一步破壞環(huán)境，影響建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
鑒于這些原因，將水泥混凝土廢棄物進(jìn)行資源化利用，其意義相當(dāng)深遠(yuǎn)，既可以解決環(huán)境污染問(wèn)題，又可以合理利用這些資源并取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。將廢棄混凝土加工成再生骨料或直接作為填方料、道路基層填料等是目前解決廢棄混凝土的最佳選擇。
二、廢棄水泥混凝土再生利用研究現(xiàn)狀
1.發(fā)展綜述
廢棄混凝土的再利用最早開始于歐洲，二次世界大戰(zhàn)之后，蘇聯(lián)、日本、德國(guó)等國(guó)家重建家園，就注意到了廢棄混凝土的問(wèn)題并開始了再生混凝土的研究開發(fā)與利用。1976年，以當(dāng)時(shí)的西德、比利時(shí)和荷蘭為主成立了“混凝土解體與再利用委員會(huì)”，開始研究廢棄混凝土的消化與再生利用，并且將廢棄混凝土再生骨料用于高速道路等實(shí)際工程。美國(guó)從1982 年開始將混凝土廢棄物作為混凝土的粗、細(xì)骨料，日本隨后也相繼開展了廢棄混凝土再生利用的研究。如今，
再生混凝土已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國(guó)家共同的研究課題，有些國(guó)家還以立法的形式來(lái)保證和促進(jìn)其研究的進(jìn)行。由于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展比發(fā)達(dá)國(guó)家滯后大約半個(gè)世紀(jì)，土木建筑等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)高峰也相應(yīng)地推遲，混凝土結(jié)構(gòu)物的廢棄、解體的高峰目前還沒(méi)有到來(lái)，所以目前國(guó)內(nèi)對(duì)廢棄混凝土的研究還不夠深入。而且，廢棄水泥混凝土再生利用需要經(jīng)過(guò)一系列的加工和分離處理，成本相對(duì)較高，這進(jìn)一步妨礙了廢棄混凝土利用的研究和使用進(jìn)程。但是，從保護(hù)環(huán)境、節(jié)省資源及可持續(xù)發(fā)展的角度來(lái)看，廢棄混凝土的再生利用有很顯著的社會(huì)效益，況且，經(jīng)過(guò)深入的技術(shù)研究應(yīng)該可以達(dá)到比較滿意的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。廢棄水泥混凝土再生利用應(yīng)該能夠獲得長(zhǎng)足的發(fā)展。
2.國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
（1）歐洲各國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀
丹麥、荷蘭等一些石料緊缺、依賴進(jìn)口天然骨料的國(guó)家，十分重視建筑廢料的再生利用。荷蘭是最早開展再生混凝土研究和應(yīng)用的國(guó)家之一。在20 世紀(jì)80 年代荷蘭就制定了有關(guān)利用再生混凝土骨料制備素混凝土、鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的規(guī)范。該規(guī)范規(guī)定了利用再生骨料生產(chǎn)上述混凝土的明確的技術(shù)要求，并指出如果再生骨料在骨料中的含量(重量)不超過(guò)20％，那么混凝土的生產(chǎn)就完全按照普通天然骨料混凝土的設(shè)計(jì)和制備方法進(jìn)行。荷蘭內(nèi)閣環(huán)境政策計(jì)劃書中，2000 年建筑廢料計(jì)劃回收率高達(dá)90%(約1400 萬(wàn)噸)。
丹麥在1990 年產(chǎn)生1220 萬(wàn)噸建筑拆除廢料，其中就有820 萬(wàn)噸被回收利用，回收利用率達(dá)67.2%。另外，丹麥還于1990 年頒布法規(guī)修正案允許再生骨料在適宜環(huán)境下用于某些特定的結(jié)構(gòu)。該修正案將回收的混凝土按強(qiáng)度分為2類：其中強(qiáng)度為20MPa 以下的為第l 類．而強(qiáng)度為20-40MPa 的為第2 類。在使用這些再生骨料過(guò)程中，要求各類骨料達(dá)到一定的技術(shù)要求。
德國(guó)目前將再生混凝土主要應(yīng)用于公路路面。德國(guó)lower Saxong 的一條雙層混凝土公路采用了再生混凝土，該混凝土路面總厚度26cm，底層混凝土19cm 采用再生混凝土，面層7cm 采用天然骨料配制的混凝土。德國(guó)鋼筋委員會(huì)1998 年8 月提出了“在混凝土中采用再生骨料的應(yīng)用指南”，要求采用再生骨料的混凝土必須完全符合天然骨料混凝土的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。法國(guó)還利用碎混凝土塊和碎磚生產(chǎn)出了磚石混凝土砌塊，所得混凝土塊測(cè)定結(jié)果符合與磚石混凝土材料有關(guān)NBNB21-001（1988）標(biāo)準(zhǔn)。
?。?）日本發(fā)展現(xiàn)狀
日本是一個(gè)面積小的資源貧乏島國(guó)，它在建筑垃圾再生利用研究方面起步早，發(fā)展也比較完善。日本政府早在1977年就制定了《再生骨料和再生混凝土使用規(guī)范》，隨后相繼在各地建立了處理建筑垃圾的再生利用工廠，生產(chǎn)再生水泥和再生骨料。日本建設(shè)省在1992 年提出了“控制建筑副產(chǎn)品排放和建筑副產(chǎn)品在利用技術(shù)開發(fā)”的5 年計(jì)劃，并在1996年10 月制訂了旨在推動(dòng)建筑副產(chǎn)品再利用的“再生資源法”，規(guī)定建筑施工過(guò)程中的渣土、混凝土塊、瀝青混凝土塊、木材與金屬等建筑垃圾必須送往“再生資源化設(shè)施”進(jìn)行處理，為建筑垃圾的資源化利用提供法律和制度的保障。
日本已經(jīng)對(duì)再生混凝土的吸水性、強(qiáng)度、配合比、干縮性、耐凍性等性質(zhì)做了系統(tǒng)的研究。目前，日本對(duì)建筑垃圾的再生利用率已達(dá)到70%左右，廢棄混凝土利用率更高。
（3）美國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀
自1982 年起，美國(guó)在ASTMC-33-82“混凝土骨料標(biāo)準(zhǔn)”中將破碎的水硬性水泥混凝土包含進(jìn)了粗骨料中。大約在同一時(shí)間，美國(guó)軍隊(duì)工程師協(xié)會(huì)也在有關(guān)規(guī)范和指南中鼓勵(lì)使用再生混凝土骨料。美國(guó)的瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)熱再生技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，在美國(guó)的道路建設(shè)中，50％采用瀝青混凝土再生料，平均直接建設(shè)成本下降20％以上，對(duì)能源和環(huán)保等產(chǎn)生的間接社會(huì)效益巨大。
美國(guó)政府制定了《超級(jí)基金法》，其中明文規(guī)定 “任何生產(chǎn)有工業(yè)廢棄物的企業(yè)，必須自行妥善處理，不得擅自隨意傾倒?！泵绹?guó)不但鼓勵(lì)再生混凝土的利用，而且還對(duì)再生混凝土的性能做了系統(tǒng)性的研究和試驗(yàn)。比如美國(guó)密歇根州的兩條公路就是使用的再生混凝土。通過(guò)對(duì)其的研究，表明再生混凝土的干縮率要比天然骨料的混凝土要大。美國(guó)的CYCLEAN 公司采用微波技術(shù)可以100%的回收利用路面瀝青混凝土，其質(zhì)量與新拌瀝青混凝土路面料相同，而成本降低了1/3，同時(shí)節(jié)約了垃圾清運(yùn)和處理費(fèi)用，大大減輕了城市的環(huán)境污染。
?。?）中國(guó)研究現(xiàn)狀
我國(guó)國(guó)土面積較大，在短期內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)混凝土骨料原料的缺乏。但是建筑垃圾帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。雖然我國(guó)對(duì)再生混凝土的研究起步比較晚，還處在試驗(yàn)室階段，但也取得了相應(yīng)的成果。目前，國(guó)內(nèi)數(shù)十家大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)開展了再生混凝土的研究，而且研究工作逐漸深入。為了解決再生骨料混凝土高吸水和高收縮的問(wèn)題，研究人員系統(tǒng)研究了再生骨料的結(jié)構(gòu)特性、水分遷移特性和再生混凝土界面過(guò)渡區(qū)微觀結(jié)構(gòu)，為采取合理有效的措施解決這些問(wèn)題奠定了基礎(chǔ)。其他一些高校、科研院所如東南大學(xué)、華中科技大學(xué)、北京建工學(xué)院、沈陽(yáng)建工學(xué)院等已經(jīng)開展利用城市垃圾制取燒結(jié)磚和再生混凝土技術(shù)的研發(fā)。而長(zhǎng)安大學(xué)、武漢科技大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)則開展了將水泥混凝土廢棄物用于道路工程基層、面層、土基及防護(hù)工程的研究，并在河南、湖北等地的就路改造中進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究，還在同濟(jì)大學(xué)校內(nèi)采用水泥混凝土廢棄物加工料建設(shè)了一條道路。
近年來(lái)我國(guó)政府對(duì)建筑垃圾的循環(huán)再利用高度重視。政府制定的中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略鼓勵(lì)廢棄物的開發(fā)利用。建設(shè)部將“建筑廢渣綜合利用”列入1997 年科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。有關(guān)部門也對(duì)相關(guān)技術(shù)與示范工程項(xiàng)目給予了資金與政策支持，支持綜合利用建筑垃圾及生產(chǎn)新型建材。同時(shí)，利用城市垃圾生產(chǎn)建材等資源優(yōu)化處理技術(shù)與成套設(shè)備也被放到優(yōu)先發(fā)展的項(xiàng)目之中。
三、國(guó)內(nèi)外主要研究發(fā)展方向
目前美國(guó)、日本和歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)廢棄混凝土的再利用研究主要集中在對(duì)再生骨料和再生混凝土基本性能的研究。這些基本性能包括物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)性能、工作性能和耐久性能等。研究成果表明再生混凝土基本能滿足普通混凝土的性能要求，其應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)是可行的。但由于拆除建筑物的建成年代一般較早，在當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平下，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)并不高，導(dǎo)致新生產(chǎn)的再生混凝土的強(qiáng)度相應(yīng)不高。所以目前生產(chǎn)的再生混凝土一般只適用于非承重結(jié)構(gòu)混凝土。
日本的清水建設(shè)公司和東京電力公司研究開發(fā)了廢舊混凝土砂漿和石子的分離技術(shù)，使這些廢棄材料得到合理有效的利用。該技術(shù)首先將混凝土廢料破碎成小于40mm 的顆粒，再在300℃溫度下進(jìn)行熱處理。然后，在特殊機(jī)械作用下使這些廢料相互碰撞、摩擦，達(dá)到水泥砂漿與石子的分離。石子分離后又恢復(fù)到天然骨料的狀態(tài)，可生產(chǎn)新混凝土。分離出的砂漿則可用于路基的穩(wěn)定化處理。
最近，韓國(guó)一家名為“利福姆系統(tǒng)”的裝修公司成功開發(fā)出從廢棄混凝土中分離水泥，并使這種水泥能再生利用的技術(shù)。該公司從2005 年下半年開始批量生產(chǎn)這種再生水泥。他們首先把廢棄混凝土中的水泥與石子、鋼筋等分離開來(lái)，然后在700℃的高溫下對(duì)水泥進(jìn)行加熱處理．并添加特殊的物質(zhì)，就能生產(chǎn)出再生水泥。據(jù)稱每l00 噸廢棄混凝土就能夠獲得30t 左右的再生水泥，這種再生水泥的強(qiáng)度與普通水泥幾乎一樣，有些甚至更好，符合韓國(guó)的施工標(biāo)準(zhǔn)。而且這種再生水泥的生產(chǎn)成本僅為普通水泥的一半，并且在生產(chǎn)過(guò)程中不產(chǎn)生二氧化碳，有利于環(huán)境保護(hù)。
四、再生混凝土的特性
再生混凝土的強(qiáng)度與再生骨料加工工藝、基體混凝土的強(qiáng)度、再生混凝土的配合比以及再生骨料替代率等關(guān)系密切。由于基體混凝土的配比、組成材料、強(qiáng)度等級(jí)、耐久性各不相同，考慮到加工工藝的差異，再生混凝土強(qiáng)度規(guī)律性很不明顯，給研究工作帶來(lái)很大的麻煩。
在用水量相同的情況下，與基體混凝土相比，再生混凝土的坍落度減小，流動(dòng)變差。主要原因可能是再生骨料表面粗糙，孔隙多，吸水率大，從而使得再生混凝土流動(dòng)性差，坍落度變小。同時(shí)，由于骨料表面粗糙，增大了再生混凝土拌合物的摩擦阻力，使再生混凝土的保水性和粘聚性增強(qiáng)。
由于孔隙率及滲透性較高，再生混凝土的抗硫酸鹽和酸侵蝕性比普通混凝土稍差。摻加粉煤灰后，能減少硫酸鹽的滲透，使其抗硫酸鹽侵蝕性有較大改善。
研究表明，隨著再生骨料尺寸的減小，再生骨料的抗磨性明顯降低。原因是再生骨料尺寸越小，其含有硬化砂漿顆粒的概率越大，而砂漿的抗磨性較差。再生骨料的抗磨損性較差導(dǎo)致了再生混凝土的抗磨性較差。再生混凝土的抗凍融性比普通混凝土差。再生骨料與天然骨料共同使用時(shí)或通過(guò)減小水灰比可提高再生混凝土的抗凍融性。
再生混凝土的干縮量和徐變量比普通混凝土增加約40%～80 %。干縮率的增大數(shù)值取決于基體混凝土的性能、再生骨料的品質(zhì)以及再生混凝土的配合比。粘附在再生骨料顆粒上的水泥漿含量越高則再生混凝土的干縮率越大。再生混凝土的彈性模量通常較低，一般約為基體混凝土的70 %～80 %。分析其原因可能是再生骨料中有大量的老舊砂漿附著在原骨料顆粒上，導(dǎo)致其彈性模量低，變形大。但摻入塑化劑后，再生混凝土的彈性模量有所提高。研究表明，當(dāng)摻入最佳數(shù)量 (約10%) 的膨脹劑后彈性模量可提高8 %～10 %。水灰比對(duì)再生混凝土的彈性模量影響較大。
五、結(jié)束語(yǔ)
將大量混凝土廢棄物進(jìn)行批量化處理，然后作為建筑材料重新使用，所需技術(shù)設(shè)備比較簡(jiǎn)單，處理費(fèi)用低，扣除現(xiàn)階段的垃圾處理費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)和購(gòu)買建筑材料費(fèi)，甚至有很大的贏利空間，從經(jīng)濟(jì)技術(shù)上講是切實(shí)可行的。更重要的是，它可以保護(hù)環(huán)境，節(jié)約資源，可以真正的實(shí)現(xiàn)建筑廢棄混凝土的資源化、無(wú)害化。我國(guó)目前的混凝土廢棄物還沒(méi)有得到有效利用，其關(guān)鍵原因是主觀意識(shí)問(wèn)題，建設(shè)者甚至全社會(huì)都還沒(méi)有意識(shí)到混凝土廢棄物及其所衍生的對(duì)環(huán)境的危害。政府相關(guān)部門以及環(huán)保、建材科技工作者應(yīng)該對(duì)此進(jìn)行積極引導(dǎo)，并在政策、輿論、技術(shù)等方面給予大力支持，爭(zhēng)取盡快使這一技術(shù)得到大范圍的推廣應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
[1] 馮乃謙．高性能混凝土[M]．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社．1996．
[2] 楊靜，馮乃謙．世紀(jì)的混凝土材料——環(huán)保型混凝土．混凝土與水泥制品[J]．1999，106(2)．
[3] 符芳．建筑材料[M]．南京:東南大學(xué)出版社．1995．
[4] 日本環(huán)境會(huì)議亞洲環(huán)境白皮書編輯委員會(huì)．亞洲環(huán)境白皮書[M]．1997-1998．
[5] 朱紅兵等．混凝土廢棄物的再生利用．公路交通技術(shù)[J]．2005，1．
[6] 柯國(guó)軍等．再生混凝土的實(shí)用性研究[J]．混凝土．2002，4．
[7] 邢振賢，周曰農(nóng)．再生混凝土的基本性能研究[J]．華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)．1998，2．
