本文选自《商品混凝土》杂志2023年第11期
再生骨料混凝土基本性能研究及其生态性与经济性分析（上）
孙志强，杨泽，赵树业
［摘 要］为了有效解决工程建设中，天然骨料匮乏和建筑垃圾处理费用高昂的现实情况。通过设计不同掺量再生骨料混凝土，对比再生混凝土和原生混凝土的力学性能，从综合角度对再生混凝土力学性能、耐久性能以及经济效益、生态环境效益进行综合评估，研究表明，对于普通用途混凝土，只要再生骨料的掺量在合理范围内，则再生混凝土的力学性能和耐久性能均可达到标准要求；同时再生骨料的生产和使用也会给企业带来相应的经济效益；再生骨料的应用可以减小碳排放、节约资源和土地空间，具有良好的生态环境效益。根据应用实例及生产技术方法，提出了再生混凝土发展的可行性措施：加强环保意识、优化加工破碎方法，从而证实了再生混凝土具有极其广阔的发展前景。
［关键词］再生混凝土；再生骨料；生态；经济；可行性
0 引言
近二三十年来，随着我国城市改造和建筑工业的迅速发展，我国建筑业得到了突飞猛进的发展，同时大量旧建筑物被拆除，产生了大量的建筑垃圾。在建筑垃圾中作为最大宗的建筑材料——废弃混凝土所占份额最大。目前，一方面，混凝土的生产消耗了大量的天然骨料，在混凝土中占比例最高的天然骨料虽然分布较为广泛，但由于常年开采，已经开始出现石料资源难以为继的问题。另一方面，我国每年废弃混凝土量约为600万立方米，目前，这些建筑垃圾的处理办法主要是运往郊外弃置或填埋，这不仅占用大量的土地（甚至是耕地），而且造成环境污染。为解决这些问题，我们必须改变传统的混凝土生产方式，将混凝土的生产方式转变到一个可持续发展的轨道上来。再生骨料混凝土技术可实现对废弃混凝土的再加工，使其恢复原有性能，形成新的建材产品，从而既能使有限资源得以利用，又解决了部分环保问题。这是发展绿色混凝土，实现建筑资源环境可持续发展的主要措施之一。
宁夏宝丰能源集团股份有限公司是高效煤基新材料行业领军企业。公司积极响应国家西部大开发号召，深入贯彻落实国家“双碳”战略，随着公司现代能源化工循环经济产业集群的建设，遇到了天然骨料匮乏和建筑垃圾处理费用高昂的现实情况。图1为该公司建筑垃圾的组成占比图。为解决上述问题，该公司开始研究将建筑垃圾用作再生骨料制备混凝土。
1 再生混凝土的概念
再生混凝土技术首先在欧洲被提出，并在一些国家的建筑工程中得到应用，给环境污染控制工作带来了巨大的效益。理论和实践都表明，再生混凝土作为绿色高性能混凝土家族的一员符合我国建筑业可持续发展战略的要求。
再生骨料混凝土（Recycled Aggregate Concrete，RAC）简称再生混凝土（Recycled Concrete），它是指将废弃混凝土块经过破碎、清洗、分级后，按一定比例与级配混合，部分或全部代替砂石等天然骨料（主要是粗骨料）配制而成的新的混凝土。相对于再生混凝土而言，把用来生产再生骨料的原始混凝土称为基体混凝土（Original Concrete）。再生混凝土按骨料的组合形式可以有以下几种：骨料全部为再生骨料；粗骨料为再生骨料、细骨料为天然砂；粗骨料为天然碎石或卵石、细骨料为再生骨料；再生骨料替代部分粗骨料或细骨料。
2 再生骨料的性质
本课题采用的再生骨料是取该公司建设过程中的建筑垃圾经颚式破碎机和圆锥破碎机破碎、除杂物、筛分后所得。原混凝土建筑垃圾骨料为天然破碎石。
2.2 再生骨料的生产流程
再生骨料的生产流程如下：
（1）将废混凝土块用带破碎锤的挖机破碎至30～ 50cm的混凝土块，然后使用装载机和自卸车将混凝土块装运并卸车至喂料机中，由皮带传送至颚式破碎机进行破碎。
（2）破碎后的混凝土块通过传送带传送至振动筛进行筛分，小于25mm的颗粒通过传送带被输送到两层振动筛，5mm以下骨料通过传送带被输送到细骨料堆放场地，5～25mm骨料通过传送带输送到粗骨料堆放场地；大于25mm的颗粒通过传送带进入圆锥破碎机。
（3）大于25mm的颗粒通过传送带进入圆锥破碎机，破碎后的混凝土块通过传送带传送至两层振动筛进行筛分，5～25mm骨料通过传送带输送到粗骨料堆放场地，5mm以下骨料通过传送带被输送到细骨料堆放场地。如还有大于25mm的颗粒，通过皮带再次循环破碎。
（4）粗骨料进入粗骨料堆放场地前，有一道风力除杂装置，去除木块、塑料碎片、玻璃建筑石膏等各种杂质。因本套破碎机系统最小筛孔为5mm，所以本套系统5mm以上生产为再生粗骨料，5mm以下生产为再生细骨料。图2为再生骨料破碎机系统，图3为再生粗骨料与天然粗骨料的对比图。
2.3 再生骨料基本特性
2.3.1 颗粒形状
本课题主要对再生骨料与天然骨料的物理性能进行对比试验。骨料测试方法采用《混凝土用再生粗骨料》GB/T 25177—2010和《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ 52—2006执行。粒径大于4.75mm的颗粒为再生粗骨料。与天然砂石骨料相比，再生粗骨料由于含有硬化水泥浆体，导致其吸水性能、表观密度、强度等物理力学性能与天然骨料不同。再生粗骨料表面粗糙、棱角较多，颗粒一般为表面包裹着部分水泥砂浆的石子，少部分与砂浆完全脱离的石子，还有极少一部分水泥石颗粒。再生骨料表面是否粘着水泥砂浆以及粘着水泥砂浆的多少等情况与原始混凝土的强度等级、骨料种类等因素有关，原始混凝土的强度等级越高，则表面粘着的水泥砂浆越多，碎石表面粘着的水泥砂浆比卵石表面的多。
不大于4.75mm的颗粒为再生细骨料，主要包括砂浆体破碎后形成的表面附着水泥浆的砂粒，表面无水泥浆的砂粒，水泥石颗粒及少量破碎卵石颗粒。
典型的再生粗骨料颗粒有：部分或全部水泥浆包裹的碎石骨料、水泥浆粘合几块碎石形成的骨料、水泥浆块和碎石粘合形成的骨料、单独的水泥浆块骨料和单独的碎石骨料等五种情况（图4）。
2.3.2 颗粒级配
颗粒级配是指各种粒径颗粒在骨料中所占的数量。
颗粒级配的概念在建筑材料中非常重要，因为它直接影响着混凝土的性能和配合比设计。
颗粒级配的意义：在混凝土中，各种粒径的颗粒需要合理搭配，以达到最佳的混凝土性能。颗粒级配的主要目的是使骨料中的颗粒大小分布合理，孔隙率最小，满足混凝土的工作性能、强度和耐久性要求。
本课题所用天然粗骨料是用宁夏志辉砂石有限公司生产的5～25mm天然卵石破碎石。再生粗骨料为宁夏宝丰集团有限公司建设过程中的建筑垃圾经破碎、除杂物、筛分后所得。再取50%的天然粗骨料和50%的再生粗骨料混合配制成符合5～25mm连续级配的骨料。筛分试验结果见表1，级配曲线见图5。
由表1可知，三种骨料均符合5～25mm碎石连续级配要求，表明三种骨料的级配是合理的。从图5可知，再生骨料级配与天然骨料的级配相差很小。
2.3.3 再生骨料基本物理性能
再生及天然骨料的基本物理性能见表2。从表2可知，天然粗骨料和再生粗骨料的物理性能存在差异。
2.3.3.1粗骨料堆积密度
天然骨料的松散堆积密度、紧密堆积密度均比再生骨料大，具体值见表2。
主要原因是再生骨料的表面还包裹着一定量的硬化水泥砂浆，而这些水泥砂浆较岩石孔隙率大，使得再生骨料的堆积密度比普通骨料低。
再生骨料的堆积密度和母体混凝土的强度等级、配合比、使用时间、使用环境及地域等因素有关。再生骨料的堆积密度随着母体混凝土强度的降低而降低。
2.3.3.2吸水率
天然粗骨料的24h吸水率为0.6%，再生粗骨料的24h吸水率为4.1%，吸水率是天然骨料的6.8倍。其原因主要是再生粗骨料表面附着较多的旧混凝土砂浆，而砂浆的密度较低，吸水率远大于天然骨料；另外，再生粗骨料颗粒棱角多、表面粗糙，水泥石本身孔隙比较大，而且在破碎过程中，其内部往往会产生大量的微裂缝，使再生骨料孔隙率高，吸水率大。另外，再生粗骨料微粉含量和泥块含量都大于天然粗骨料。
2.3.3.3压碎指标
压碎指标是表示骨料抵抗压碎能力的指标。
在本课题中，再生粗骨料压碎指标值（12.0%）大于天然粗骨料（7.6%）主要是由于再生粗骨料表面包裹着水泥浆或砂浆，含有的大量废弃水泥砂浆为软弱颗粒，易被压碎，同时，再生骨料的压碎指标还与母体混凝土的强度和加工破碎方法有关。母体混凝土的强度越高，再生骨料的压碎指标越低；加工过程中，水泥浆体和砂浆脱落越多，压碎指标越小。
2.4 小结
通过对再生粗骨料和天然粗骨料作相应的物理性能差别比较，得到以下结论：
（1）宁夏宝丰能源集团有限公司建筑垃圾经过破碎、筛分及去除杂质，可得到级配、质量均符合《混凝土用再生粗骨料》GB/T 25177—2010中Ⅱ类再生粗骨料的技术要求的再生骨料。
（2）再生骨料表面包裹的水泥砂浆较天然骨料强度低，并且再生骨料在混凝土块破碎过程中产生大量微裂纹，因此再生骨料较普通骨料堆积密度小、吸水率大、强度低。
（3）再生混凝土的堆积密度较普通混凝土低。再生骨料取代率越大，再生混凝土的表观密度降低越多。
（4）再生骨料的压碎指标比天然骨料大，但均达到规范要求，所以由建筑垃圾所得到的骨料仍具有较好的力学性能和较理想的外观形状。
（未完·待续）
供稿人：孙志强，杨泽，赵树业
编辑员：李海亮
审核人：孙继成，宁夏
【标准规范】
《钢筋混凝土桥涵防护与修复工程材料技术规范》 行标
《预拌混凝土使用说明书》 团标
《砂浆和混凝土用石屑》 团标
《预拌混凝土低碳建设与评价指标》 团标
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《商品混凝土》期刊
《常见预拌混凝土质量事故分析百例》
《预拌混凝土企业标准化试验室建设指南》
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