董自修

（山西农业大学，山西 太原 030000）

1 研究背景与意义

2000年后国家逐步禁止使用实心粘土砖，探究实心粘土砖的替代材料迫在眉睫；另一方面随着我国城市化进程的不断深入和20世纪60、70年建筑物的报废拆迁，废弃混凝土的安全处置问题也越发的急切。

大连理工大学的王立久教授提出了建筑材料的全生命周期的概念。产品全生命周期概念启发我们：把废弃混凝土用来做生产再生制品的原料，这对保护环境和实现废弃资源再生利用具有重要的意义，同是也为实现环保效益和经济效益的双丰收提供了一个良好的切入点。

2 研究现状

中外很多学者就废弃混凝土的再生利用的试验研究表明，废弃混凝土可以用来生产再生骨料、再生水泥和再生微分，由于我国的生产技术和生产工艺的落后，废弃混凝土的再生制品性能不尽如人意。利用废弃混凝土作为再生砖的生产原料，生产工艺相对简单，并且在我国也有较广阔的市场前景。

根据废弃混凝生产再生砖侧重点的不同，大致可以分为砂浆砌块型和硅酸盐制品型。

为了获得更好的再生制品，提高废弃混凝土再生产品性能，有一部分人专注研究废弃混凝土再生微粉的活性激发，以期解决废弃混凝土再生制品性能不佳、成本较高的难题。

2.1 砂浆砌块

胶凝性材料（水泥）、细骨料、水和外加剂是砂浆的主要成分。用废弃混凝土生产砂浆砌块，具体的做法如下：再生骨料（部分或全部等量取代标准砂）+再生微粉（部分或全部等量取代水泥），充分混合后，加水使浆体固化，养护生产各种建材制品，在这我们以生产再生砖为例。

废弃混凝土中含有大量的硅酸盐、氯酸盐、碳酸盐系的混合物，在理论上存在被利用的潜在价值。陈胜利、李炳言[1]将废混凝土和废烧结砖等建筑垃圾研磨成粉，然后再添加一定量的固化剂，加水混合搅拌均匀后，在一定的压力下成型，自然养护就可得到免烧免蒸砖。

张义利[2]则将废弃混凝土再生成不同级配的细集料，采用水玻璃、石膏和矿渣混合材料作为胶凝性材料，然后加水搅拌，试压成型，最后自然养护。结果表明28d的再生砖平均强度约为25MPa，强度来源主要为胶凝材料的水化产物。

徐丽娜、张丰庆等[3]将废弃混凝土先进行预处理，待混凝土高温裂解后，再破碎、粉末成废弃混凝土粉，然后添加适量的激发剂、活性混合材混合均匀，和水搅拌，试压成型，制得再生砖。再生砖的抗压性能、耐久性等相关指标符合MU20标号砖的要求；在25~90℃范围内低温水热固化时，抗压性能随养护温度的升高逐渐增强，达到最佳抗压性能时所需时长也越相应缩短。

将废弃混凝土再生为砂浆砌块，有一定的合理性，但是这些再生产品性能深受成型压力、养护制度（温度、时间）、再生骨料性能等因素的影响，质量不稳定，经济性不高，有待进一步探索。

2.2 硅酸盐制品

混凝土组成成分可以分为粗骨料、细骨料、胶凝材料、水和外加剂。混凝土硬化过程中，胶凝材料在水化作用下，大部分水化生成硅酸盐类、氯酸盐类等凝胶，起到胶结作用，但通常会遗留下一部分未水化的胶凝材料；另外就是已经水化生成的凝胶也会在研磨、加热等条件下，脱水后重新获得再水化能力。外加上原混凝土中未反应的骨料，经研磨后具有硅质原料和钙质原料，这两部分原料的活性很低，通常需要经过一系列的复合激发措施，才能使其具备活性。在这基础上，可通过增加适当的活性校正原料调节钙硅比，用来制备硅酸制品。

通过研磨处理后的废弃混凝土，可以通过筛分，分离生产我们所需要的骨料、再生微粉，或者直接研磨到一颗粒级配作为再生原料使用。大批学者研究了采用部分再生废弃混凝土产品、或全组分再生混凝土作为原料，根据实际需要增添普通胶凝材料，辅以不用的碱激发方案，蒸压养护措施，成功制备了符合相关技术性能的块状产品。例如，马保国等[4]利用部分筛分的再生混凝土制品成功制备了强度MU15的承重墙体砖，其废弃物总用量高达95%；佟钰、田鑫等[5]利用全组分废弃混凝土作为原料成功制备了具有高性能力学强度的块料产品。

利用废弃混凝土再生产品作为原料来制备硅酸制品在技术上是可行的，但是产品性能深受配料比、碱激剂种类、成型压力、蒸养制度（蒸养温度、蒸养时间）的影响。原材料配比是决定产品性能的决定因素，它决定着水热固化后胶凝材料结构和产量的上限；蒸养温度可以决定胶凝材料水化后种类的类别以及生成的速率；蒸养时间在一定程度上直接决定水化凝胶的产量；试压成型的压力对硅酸制品块料强度有一定的影响，它决定了块料初始强度的大小，对块料后期强度的发展有一定的影响。

3 再生微粉活性激发

废弃混凝土的主要成分为水泥石、石灰石颗粒，含有未水化的水泥颗粒，具有潜在的活性，在本质上有被利用的价值。因此，选择高效、经济的活性激发方式，成为废弃混凝土再生利用的技术突破口。

目前为止，再生微粉的活性激发方式主要有三种，分别为物理激发、化学激发和复合激发。物理激发主要是通过改变研磨时间、研磨方式及养护制度（温度、时间）来激发再生微粉的活性。

研磨时间、研磨方式的对再生微粉活性的影响主要体现在废弃混凝土中再生活性材料在内化学力的作用下，活性材料的比表面逐渐增大，被包裹的活性材料得以释放，发挥活性作用。同一研磨方式下，活性激发的效果有一个最经济的时间点，超过这个时间点后，活性不再增加。例如，徐如林[6]与郅真真、蹇守卫等[7]研究了粉磨时间对建筑垃圾粉料激发效果。试验表明：粉料砂浆的抗折、抗压强度随粉磨时间的增加呈现先增加后平缓的趋势，当粉磨时间超过40min后，强度基本不再增加。物理研磨这种激活模式对再生微粉活性激发的效果有限，并且往往是不经济的，效果有限。

养护制度对再生微粉活性激发的效果比较明显，他能较大程度的激活火山灰反应的进程，打破活性材料间的物质隔离，破坏颗粒表面的坚硬外壳，加速硅、铝的溶解以及钙离子的渗透，生成更多的胶凝材料，使内部结构更加牢固。郅磊[8]采用50%的混凝土粉料、2%的Ca（OH）2和0.6的水灰比进行配料，然后研究了蒸养温度对废弃混凝土粉料活性的影响，结果表明：在一定的温度范围内，蒸养温度的提高的确可以有效提高再生产品的力学性能。然而，采取煅烧的方式不能有效提高废弃混凝土烧结建材制品的性能，因为废弃混凝土等建筑垃圾中含有较多的石灰石质原料，其高温下生成CaO等产物，在大气中使烧结制品产生石灰爆裂，不能用来生产烧结砖[9]。

化学激发可以高效激活惰性材料的活性，迅速破解活性材料之间的物质隔离，并且能够有效改变胶凝材料的结构形式，激活效果明显，但是其碱激发剂种类对碱激发效果影响比较大。例如，郝先成等人研究了建筑垃圾粉料在碱激发条件下取代50%胶凝材料时的活性指数，并进行活性评定。结果表明：在取代50%胶凝材料时，当Ca（OH）2的掺量为3.5%、NaOH掺量为4%、Na2CO3掺量为3.5%或Na2SiO3·9H2O掺量为5%时，均对建筑垃圾粉料有明显激发作用，28d活性指数最大可70MPa。其微观机理是：在OH-的作用下，建筑垃圾粉料颗粒表面的SiO2和Al2O3键断裂，SiO2、Al2O3网络聚合体的聚合度降低，表面形成游离的不饱和活性键，容易与Ca（OH）2反应生成水化硅酸钙和水化硅酸铝等胶凝性产物[10]。

废弃混凝土再生利用的关键技术在于潜在活性材料的激活，这涉及一个系统性处理的问题。单一的激活措施，要么效果不理想，要么成本较高。工业化产品化生产需要一个系统性的优选，涉及废弃混凝土收集、粉碎研磨工艺优选、复合碱激发剂的优化、养护制度的优选，以期降低能耗，提高产品性能，简化生产工艺流程，提高经济赋值，只有这样才能产业化生产，投放市场。

4 总结与展望

随着黏土资源的匮乏和废弃混凝土再生利用的迫切性，将废弃混凝土作为再生砖的生产原料，在利废的同时还可以取得相当好的环保效益和经济效益。利用废弃混凝土生产再生制品，工艺简单并且见效比较快，但是面临着一些关键性的难题，比如再生砖的性能不稳定、缺乏相关的行业技术标准以及市场推广力度，这同时也对我们提出了更高的要求。

废弃混凝土再生制品的产业化生产，需要大量的研发资金和政府奖励政策以及行业标准，只有这样废弃混凝土再生制品才能推广开，产生预期的环保效益和经济效益。

随着相关难题的逐渐解决，我们可以预见，在不远的将来，利用废弃混凝生产的再生制品也将迸发出蓬勃的生命力，取得良好的经济效益。