(重庆交通大学材料科学与工程学院 重庆 400074)

前言

近年来，随着科学技术的飞速发展，世界人口的增加，人类面对着日益严峻的资源枯竭，环境破坏的困境，人类的生存受到威胁。环境保护的法律和标准越来越严苛，资源回收利用领域愈发受到人们的重视。仅在建筑领域，全球每年因旧建筑拆除、工程项目施工、战争以及火灾地震等原因产生的建筑垃圾数量惊人。一方面，生产大量商品混凝土需要消耗大量的骨料，水，能源等资源，对环境造成了破坏。另一方面，废弃混凝土需要占用大量土地，未经处理的建筑垃圾会影响空气质量，污染水资源和土地资源[1]。废弃混凝土的资源化研究，兼具经济效益和社会效益，有利于长远发展。

一、国内废弃混凝土概况

中国每年的商品混凝土产量位居世界第一位，与此同时混凝土消费量也名列世界之首。因此很多相关联的产业如水泥、砂石骨料等产能均在世界前列，据统计，2016年我国总共生产了179200万m3商品混凝土，占世界产量的一半左右。

废弃混凝土，是指因建筑物拆除、道路施工修理、混凝土制造过程中的残次品、工程施工或其他状况下产生的废混凝土块。我国废弃混凝土排放量也居世界前列，然而根据《中国建筑垃圾资源化产业发展报告(2014年度)》的调查研究，我国建筑废弃物的回收利用率仅为5%左右。绝大多数废弃混凝土被垃圾处理厂收集填埋，有的甚至直接弃置，而极少量的被回收利用制作一些墙体材料。弃置的废弃混凝土在自然环境中会发生反应，对周边的土质，水体，空气产生负面影响。废弃混凝土处置的研究迫在眉睫，是关乎社会环境的新的热点问题。

(一)废弃混凝土的来源

废弃混凝土的来源广泛，除了建筑垃圾中的废弃混凝土之外，还有桥梁、道路、水工混凝土工程新建或维修中产生的大量报废的混凝土，其来源主要有以下几个方面：

(1)重大基础设施或市政工程建设和维修维护产生的废弃混凝土。如公路修复扩建和改造，道路路面和机场路面的维修和更换，水利工程等，因为其规模庞大，废旧混凝土排放量也相对较大。2015全国公路总长为457.73万公里，其中一半左右为水泥混凝土路面，相当部分老旧水泥商品混凝土路面即将到维修期。因此，未来五年里，混凝土路面大修维护会产生大量的废弃混凝土。

(2)混凝土厂和其他混凝土再加工工厂生产工作中的残次品或因其他原因废弃的混凝土制品。

(3)老旧建筑物拆除、改造或新建筑物施工装修过程中的废弃混凝土，其数量较大。

(4)科研机构或工地试验室等进行科研活动或者检测活动使用后的废弃混凝土，数量相对较少。

(5)因自然灾害如地震、火灾、飓风台风等或因战争造成的建筑物损毁产生的废弃混凝土。

其中增速最快的是建筑垃圾中的废弃混凝土。混凝土建筑物由于各种原因如危楼拆除，旧房改造改建，土地用途变更等而被拆除所产生的建筑垃圾中，废弃混凝土占比一半以上。根据《中国建筑垃圾资源化产业发展报告》显示，中国每年建筑垃圾的排放总量约为15.5亿吨至24亿吨之间，占城市垃圾总量的比例约为40%。

(二)废弃混凝土资源化工艺流程

废弃混凝土资源化可根据加工工艺流程简要分为初级资源化和次级资源化。初级资源化是让废弃物经回收再利用成为重新利用的同类型产品；次级资源化是指通过处理手段让废弃物成为其他产品的生产原料或其他种类产品等。

一般而言，现阶段废弃混凝土的处理方式主要有三类：一是作为填充材料，直接完成土石方回填或者实软质土质地基的加固。二是进行次级资源化处理，形成工程建筑所需墙体材料、砂浆等其他产品。三是可以将废弃混凝土进行破碎处理，形成粗细骨料。

混凝土加工工艺流程有几个阶段。一阶段是人工筛选出经大型重锤机械装置破碎后的大块木材、塑料、钢筋等材料；二阶段是颚破初级破碎的集料，经冲洗、磁选、烘干、风力分离过程，实现水灰分离、分离出铁屑等金属材质与小型木料、塑料的其他杂质；第三环节是细化筛分环节，采用不同等级网状分筛机，同步完成5mm到40mm粒径的再生骨料筛分，大于40mm的骨料重复筛分。此外，历次冲洗中得到的泥浆也可作为水泥煅烧中原料使用。

(三)国内外废弃混凝土资源化现状

发达国家早在上世纪中期就已经开始建筑垃圾资源化的研究，经历了半个多世纪的研究和政府政策推动，现在已经有了完整的建筑垃圾资源化产业链和完善的法律法规。

早在1997年，丹麦废弃混凝土资源化回收率高达97%。荷兰建筑垃圾资源化水平位居世界第一，几乎百分之百回收再利用(97%经破碎用作路基垫层集料，约3%破碎后用作再生集料)。在日本，政府要求建造者在建造时要采用可回收的建筑材料和方法，做到建造零排放[2]。通过精细化的设备处理和科学的回收处理方式，提升再生集料的品质。日本在再生骨料和再生骨料混凝土方面的技术处于领先地位[3]。其再生骨料的加工设备和工序都十分先进和齐全，保障了再生骨料的力学性能。

我国建筑垃圾资源化研究起步较晚，但随着我国经济建设的不断进步，建筑垃圾资源化发展有了长足的发展。在国家层面，政府高度重视发展循环经济，《中华人民共和国循环经济促进法》在2009年9月1日起实施，“发展循环经济”已写入“十三五”规划纲要。交通运输部新版《公路路面基层施工技术细则JTG/T F20—2015》已经发布，标准中明确了“再生材料可以用于低于原路结构层位或原路等级的公路建设”。而在技术层面，因为砂石等天然骨料资源的开采，对环境产生巨大破坏。国内研究最为集中的是废弃混凝土再生骨料替代天然砂石粗、细骨料。大量学者研究了不同掺量条件下再生骨料对整体强度，耐久性等其他性能指标的影响。已经有少量试验段或实验项目运用了再生骨料或再生混凝土墙体材料。目前我国已具备建筑垃圾资源化的技术条件，但仍处于实验室验证阶段，并未过多的涉及推广和市场化研究，产业化发展进度很不成熟。

二、我国废弃混凝土资源化主要途径

(一)再生骨料用于道路基层和底基层

目前，我国对废弃混凝土最常见的再利用方法，是将废弃混凝土破碎后作为建筑物基础垫层或者道路基层[4]。这种方法技术含量低，易于操作和施工，只用简单的破碎筛分工具，就可以得到再生骨料。但再生骨料品质品质、产地等难以保障。

李飞对低强度再生骨料，高强度再生骨料和天然骨料制备二灰碎石的性能研究[5]。其结果表明骨料类型对二灰碎石间接抗拉强度有一定的影响，在28天强度时，使用C40等级废弃混凝土骨料二灰碎石间接抗拉强度要高于C20等级废弃混凝土骨料二灰碎石和天然骨料二灰碎石。

云南某集团用再生骨料制备水泥稳定层用于市政项目[6]。在保证工程质量的前提下，大大降低了施工成本(降低了材料成本，节省了大量垃圾清理和处理费用)，节约资源保护生态环境。

上海沪太公路(A20公路—省界)拓宽改建工程中[7]，全长19.966千米，厚度为30厘米的稳定层中掺有再生骨料，其中再生骨料占骨料总量总比值的56%。

再生骨料因其附有之前施工的旧砂浆等其他物质，其孔隙率，吸水率，粗糙程度均高于天然骨料。但总体成本相对较低，目前再生骨料主要用于二级及二级以下公路基层与底基层。

(二)新型墙体材料

混凝土再生砖，是以建筑垃圾破碎筛分后的再生骨料和水泥为主要原料，加入少量天然砂、粉煤灰、矿粉而制成的标准砖[8,9]。而混凝土空心砌块等墙体材料普遍强度不高，因此制作再生混凝土小型空心砌块性能完全符合各项技术指标，可取代黏土砖。再生混凝土空心砌块作为一种新型墙体材料，它具有自重轻、方便施工、节省造价、抗震抗裂、热工性能优良等特点[10]。

郭樟根，孙伟民等[11]，进行了再生混凝土空心砌块砌体受压变形性能试验,认为再生混凝土空心砌块的弹性模量及轴心抗压强度可采用《砌体结构设计规范》[12]计算。郝彤等[13]研究了砂浆强度对再生混凝土砌块力学性能的影响。结果表明砂浆强度对标准混凝土和再生骨料混凝土有着相同的影响。谢静静等研究了再生粗细骨料玻化微珠掺量和水胶比对再生混凝土砌块抗冻性、耐久性的影响[14]。结果表明再生混凝土砌块在一定配比下其强度达标可做承重外墙。卓玲等[15]通过实验确定基准配合比，再验证其抗压抗拉性能，在再生细骨料取代率100%，再生粗骨料取代率85%时，制作出抗压强度等级达到MU5.0的再生混凝土砌块。

综合目前的研究，可以发现在再生混凝土空心砌块研究方面，力学方面，热能方面研究较多，但在水稳定，抗腐蚀，耐久度和实际工程应用方面研究较少。目前，再生混凝土砌块主要用于非承载结构的填充墙部分，可制成墙体或柱体。在承重结构如承重墙、柱体方面应用较少。

(三)再生混凝土

再生混凝土，是将废弃混凝土块经过破碎、清洗、分级筛分后，按一定比例形成再生骨料，部分或全部代替天然骨料配制新型混凝土的技术[16]。由于建筑工程基础中对混凝土的强度要求不是很严格，可以使用再生混凝土。再生混凝土在建筑工程基础中不仅可以用于条形基础，也可以用于桩基[17]。

周静海等[18]针对结构式再生混凝土墙，研究其结构的受力状况。通过研究不同高宽比再生混凝土试件在力与位移混合加载作用下的极限承载力、位移，通过数值分析等手段证明该结构抗震性能良好。彭春元[19]在不同的流动性前提下，研究了再生细骨料取代率对混凝土工作性的影响。认为再生细骨料的存在提高了水胶比，但其28天力学性能优于天然细骨料标准混凝土。罗素蓉等研究了不同取代率的再生粗骨料对混凝土徐变性能的影响[20]。结果表明100%替代的再生粗骨料混凝土与普通混凝土相比，150d载荷徐变较普通混凝土增加53%，但使用掺硅灰净浆裹石法预处理骨料，再生混凝土徐变度降低20%以上。

陈宗平等人,以粗骨料取代率、粗骨料类型等为变化参数，研究了高温后混凝土轴心抗压强度[21]。结果表明混凝土高温对碎石粗骨料影响较大，凝土高温后的力学性能且与再生粗骨料多少无关。

朱慈勉、李坛[22]，将废弃混凝土破碎为粒径较大的级配加入到混凝土的拌制中。通过测试各种不同掺量的力学性能，发现在大粒径再生骨料掺量为30%时兼顾强度与工作性，同时，因为大粒径骨料成本更低，有着显著的经济效益。

目前再生骨料混凝土技术已经较完善，国内外学者对其强度，工作性方面进行了大量研究。再生骨料混凝土与相同配比的标准混凝土相比，强度有所降低，因此可以用于低一等级的工程项目中，其耐久性在掺加其他外加剂改良后耐久性甚至可优于普通混凝土。但目前再生骨料破碎筛分市场成本较高，块状混凝土回收利用是一个可以研究的发展方向。

三、总结

废弃混凝土的资源化研究，是解决建筑垃圾问题的有效途径，可以改善目前垃圾处理面临的“垃圾围城”的问题。废弃混凝土可以代替现有的天然砂石骨料，减少国家对砂石骨料的消耗，废弃混凝土取代粗细骨料即可保护环境可持续发展，又可以进一步提升产能。国家目前对废弃混凝土资源化的法律法规已趋于完善，但缺乏有效的市场运作，没有形成简单高效利益分配良好的产业链。目前科学研究主要研究再生骨料或混凝土掺量和其他参数对性能的影响，并没有过多的涉及产业化企业化的大规模集中生产的研究和改善加工工艺。另一方面，再生骨料的价格连年上涨，怎样更为直接的利用大粒径甚至块状混凝土的研究比较少见。废弃混凝土资源化研究，从实验室走向全国各个工地，还有很长的路要走。