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(新疆大學 建筑工程學院，新疆 烏魯木齊 830047)

引言

進入21世紀以來，我國進入了城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展時期。對原有建筑物的拆除、改造與日俱增，隨之而來的則是建筑垃圾的大量堆積，生態(tài)環(huán)境越發(fā)脆弱。據(jù)工信部統(tǒng)計，我國建筑垃圾的數(shù)量已經(jīng)占到城市垃圾總量的30%～40%。2012年，我國產(chǎn)生建筑垃圾15億t，其中占建筑垃圾總量80%左右的廢磚、廢混凝土、廢砂漿可進行循環(huán)利用。相比歐美等發(fā)達國家95%以上的利用率，我國的建筑垃圾利用率僅為5%左右，只有幾千萬噸的建筑垃圾被利用。這些垃圾往往被運送到城郊填埋，由于處理不當，造成目前的“垃圾圍城”現(xiàn)象。

將建筑垃圾粉碎后得到的再生細骨料，可作為原材料制作再生砂漿，這是解決“垃圾圍城”困境的主要措施之一。目前大規(guī)模采用的填埋法，不僅占用了大量土地，對當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境也造成了破壞，這與可持續(xù)發(fā)展理念相悖。將建筑垃圾進行資源化循環(huán)利用，化害為利、變廢為寶，是解決生態(tài)資源枯竭和垃圾圍城困局的必由之路。

1 國內(nèi)外再生細骨料研究發(fā)展狀況

建筑垃圾的再生利用已成為全世界共同關(guān)心的課題，也是工程界研究的熱點問題之一。發(fā)達國家尋求環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的重要途徑是建筑垃圾的資源化，不少國家通過立法來保證建筑垃圾的回收再利用。日本、美國以及歐洲各國在政策、技術(shù)和應(yīng)用等方面起步較早，且比較成熟。目前我國在此方面與發(fā)達國家相比滯后，其中對再生混凝土有了一定的研究[1-4]，但對于再生細骨料的應(yīng)用研究很少，大多還處于探索研究階段，且利用率很低。

1.1 國外情況

近現(xiàn)代對建筑垃圾的再生利用較早開始于二戰(zhàn)中建筑設(shè)施受到嚴重破壞和資源比較匱乏的國家，如德國、前蘇聯(lián)和日本等[5]。日本的國土面積較小且資源匱乏，在建筑垃圾再生利用研究方面起步較早，技術(shù)也比較成熟。在政策方面，2005年，日本制定了《建筑工程材料再生資源法》和《建設(shè)循環(huán)法》；在規(guī)范和標準方面，日本混凝土工程學會成立了再生骨料標準化委員會，該委員會制定了JIS A 5021—2005《用于混凝土的再生骨料H》等一系列標準[注]鄭捷.日本再生骨料混凝土研究近況，2009.；在應(yīng)用方面，日本的建筑垃圾利用率達到了90%以上，這歸功于日本建立了許多再生加工廠，這些工廠主要負責處理混凝土廢棄物和生產(chǎn)再生骨料。韓國雖然在建筑垃圾循環(huán)利用方面沒有日本起步早，但韓國的《建筑廢物再生促進法》詳細規(guī)定了從國家、政府到企業(yè)、個人等建筑垃圾排放者的義務(wù)，對處理建筑垃圾企業(yè)的許可標準、再生骨料質(zhì)量標準、設(shè)計施工指南以及違反該法在不同事項下的處罰，使韓國的建筑垃圾利用率在2007年就達到90.7%[6]。美國于1996年修訂完成的《固體廢棄物處理法》，詳細規(guī)定了建筑垃圾廢棄物循環(huán)利用的各項法律制度。美國的再生骨料研究與應(yīng)用取得了很多成就，特別是在公路建設(shè)方面。美國是世界上擁有最長公路里程的國家，在再生骨料應(yīng)用于公路的研究中，美國在這方面的技術(shù)相對成熟且有諸多成功經(jīng)驗。德國是世界上最早開展循環(huán)經(jīng)濟立法和最早推行環(huán)境標志制度的國家，制定了《廢物處理法》等一系列法律提供政策支持和發(fā)展平臺。德國的再生骨料制備技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，現(xiàn)已形成完備的生產(chǎn)工藝體系，且已用于德國的2 000多座再生骨料生產(chǎn)廠。

1.2 國內(nèi)情況

改革開放以來，我國進入了經(jīng)濟快速發(fā)展時期，城市建設(shè)如火如荼。隨著城市化進程的加快，天然骨料的短缺和建筑垃圾帶來的環(huán)境污染問題日趨嚴峻，我國政府和各研究部門已經(jīng)開始了建筑垃圾資源化的研究。目前，國內(nèi)在這方面的研究大多數(shù)還處于實驗室階段，但也取得了一定的成果。例如同濟大學肖建莊的《再生混凝土》一書中，詳細介紹了再生混凝土配合比設(shè)計、再生混凝土的基本力學性能及其耐久性、再生混凝土構(gòu)件的基本性能等。我國的建筑垃圾循環(huán)利用于2010年取得了實質(zhì)性的進展，GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》和GB/T 25176—2010《混凝土和砂漿用再生細骨料》這兩個規(guī)范的頒布，為我國再生骨料在工程中的應(yīng)用提供了技術(shù)支持。

2 再生細骨料的性能研究

2.1 再生細骨料的主要性能和特點

再生細骨料主要是建筑垃圾在破碎、篩分后得到的粒徑<4.75 mm的顆粒[7]，主要由天然砂、廢棄混凝土碎屑、石屑和細小粉料(如泥土)等組成。相對于天然細骨料，再生細骨料的表觀密度小、吸水率高、吸水速率快，含有大量硬化水泥漿，顆粒棱角多，表面粗糙且具有較多微裂縫[8]。

2.2 再生細骨料的加工工藝和流程

建筑垃圾的破碎與篩分是再生骨料應(yīng)用于實際工程的前提，目前國內(nèi)有多種再生骨料破碎方式，利用顎式破碎機破碎是常用的方法。侯景鵬等[9]在加工再生細集料過程中添加了一套帶有風力分級及吸塵的設(shè)備，能將0.15～5 mm的再生細骨料分離出來，為再生細集料的分離提供了新的方法。肖建莊等[10]根據(jù)我國勞動力相對低廉的現(xiàn)實，參考國外生產(chǎn)工藝，提出了一套適合我國的生產(chǎn)工藝(見圖1)，該工藝首先通過建工方法對建筑垃圾進行分選，剔除大塊的雜物，例如竹木材、鋼材、建筑裝飾廢棄物等，然后利用磁鐵分離器和分離臺清除細小的鐵屑和塑料等。劉巧玲等[11]利用高溫煅燒、石灰熟化、球磨推開、水篩分離等工藝，得到可直接使用的石灰膏和細粉等。該工藝生產(chǎn)清潔，無二次污染，但高溫煅燒階段需將廢棄混凝土在900～1 100 ℃下煅燒5～10 h，能耗較大。

圖1 再生骨料生產(chǎn)工藝流程[10]

2.3 再生細骨料的分類

依據(jù)GB/T 25176—2010《混凝土和砂漿用再生細骨料》，再生細骨料按性能要求可分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類。該規(guī)范對再生細骨料的分類方法作了嚴格界定，對再生細骨料的微粉和泥塊含量、有害物質(zhì)含量、堿集料反應(yīng)等有明確的限制，引入了秦原等[12]提倡的再生細骨料的需水量比指標，并對壓碎指標、表觀密度、堆積密度和孔隙率作了規(guī)定(見表1)。

表1 再生細骨料的壓碎指標、表觀密度、堆積密度和空隙率

2.4 再生細骨料的強化及整形

再生細骨料是使用破碎機械設(shè)備對建筑廢棄物進行破碎的，由于外力的作用，會導(dǎo)致再生細骨料與天然細骨料在各項性能指標上均有較大程度的差異。通過對再生細骨料進行強化或顆粒整形，可以改善其粒形，減小再生細骨料的孔隙率、表面棱角等，以提高再生細骨料的性能。李秋義等[13]利用骨料整形機對經(jīng)簡單破碎的再生骨料進行整形處理，再生骨料經(jīng)過在整形機內(nèi)的反復(fù)撞擊、剪切和磨擦，使附著在再生骨料表面的硬化水泥漿剝落，從而改善骨料粒形，提高骨料的性能。

在拌和再生砂漿的過程中，由于再生細骨料表面較為粗糙，其表面不容易粘附水泥漿，使用效果較差。楊寧等[14]利用聚乙烯醇溶液與再生骨料混合，使再生骨料表面形成能夠與水泥漿良好粘合的粘結(jié)層，從而增加再生骨料與水泥漿之間的粘結(jié)力，使再生骨料的強度得到提高，提升了再生混凝土強度。

3 再生砂漿的性能研究

3.1 再生砂漿的主要性能和特點

在配制砂漿過程中摻用了再生細骨料，且再生細骨料占骨料總質(zhì)量30%以上的建筑砂漿稱為再生砂漿[15]。再生砂漿包括再生砌筑砂漿、再生抹面砂漿等。相對于普通砂漿而言，再生砂漿具有密度小、需水量大、內(nèi)養(yǎng)護等特點[16]。

3.2 不同種類再生砂漿的研究

建筑垃圾的來源具有多樣性，配制再生砂漿可以采用不同種類的再生細骨料。鄢朝勇等[17]以廢渣生態(tài)水泥作為膠凝材料，分別采用粉碎后的廢磚、廢砂漿、廢混凝土和混合建筑垃圾等再生砂取代天然砂作細骨料，配制了M 5.0、M 7.5、M 10等3種生態(tài)砂漿。試驗結(jié)果表明，砂漿用水量隨著取代率的增大而增大，分層度趨于減??；不同種類的天然砂配制中低強度砂漿時，對砂漿強度沒有明顯的不利影響，28 d強度均能達到設(shè)計強度的要求，取代率為50%時獲得最佳級配；再生細骨料的種類對再生砂漿性能影響較小。黃天勇等[16]以再生細骨料中的粉料(粒徑<0.075 mm)作為摻合料制成再生砂漿。試驗表明，再生粉料在再生砂漿中發(fā)揮了很好的微集料效應(yīng)，顯著提高了再生砂漿的抗壓強度。劉鳳利等[18]將廢棄陶瓷制成再生細骨料，部分取代天然砂制成陶瓷再生混合砂的砂漿。以天然中砂砂漿、黃河特細砂砂漿及陶瓷再生粗砂砂漿等3種砂漿為對照組，對比了和易性和力學性能的差異。試驗表明，陶瓷再生混合砂砂漿具有良好的流動性和力學性能。

3.3 不同取代率對再生砂漿的性能研究

陳宗平等[19]采用再生細骨料11種取代率(0～100%，級差為10%)的水泥砂漿制成標準試塊，并研究了其抗壓強度。結(jié)果表明，再生細骨料砂漿具有流動性好、保水性差的特點，與天然細骨料水泥砂漿相比，抗壓強度降低明顯。而段邦政等[20]對湖北襄陽地區(qū)的建筑垃圾破碎篩分得到再生砂，并用粉煤灰作為摻合料配制再生砂漿的試驗結(jié)果表明，再生砂漿用水量隨著取代率的增大而增加，保水性趨于提高，獲得良好骨料級配時的取代率為40%，強度提高。李如雪等[8]以不同再生骨料和不同取代率配制再生砂漿的試驗結(jié)果表明，再生細骨料取代率在0～10%，再生砂漿強度是不斷增加的；若取代率>10%，強度呈下降趨勢。

4 結(jié)語

再生細骨料的研究與應(yīng)用，對于建筑垃圾的充分資源化和環(huán)境保護意義重大，符合我國國情和可持續(xù)發(fā)展的理念，同時也是建筑材料技術(shù)的一種拓展和革新。但目前我國在再生砂漿的大規(guī)模應(yīng)用上還有許多問題亟待解決。

(1)再生細骨料具有地域性差異。由于原混凝土的配制所采用的水泥、骨料、摻合料、外加劑和破碎方式的不同，會導(dǎo)致破碎之后的再生骨料存在差異，各地應(yīng)因地制宜地制定地方性標準，完善再生細骨料研究與應(yīng)用的規(guī)范體系。

(2)目前關(guān)于再生細骨料種類、取代率對再生砂漿抗壓強度和和易性的研究較多。而對于力學性能中的抗折強度、彈性模量等指標，耐久性中的抗凍性、抗?jié)B性、抗碳化性能等指標，再生砂漿的強度形成機理、水泥漿與再生細骨料的界面分析等的研究還比較缺乏，有待于不斷補充和完善。

(3)再生細骨料制品的新產(chǎn)品開發(fā)以及配套設(shè)備的生產(chǎn)相對缺乏，目前推廣應(yīng)用較好的大多是再生磚和再生砌塊，對再生細骨料更深層次的產(chǎn)品如再生保溫砂漿、再生粘結(jié)砂漿、再生抗裂砂漿及再生預(yù)拌砂漿等的開發(fā)尚不充分。

(4)政府應(yīng)在政策層面予以支持，制定相應(yīng)的法規(guī)和標準，加大對綠色工程的補貼、扶持力度和環(huán)保宣傳；相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的開發(fā)和工廠化生產(chǎn)作業(yè)流水線的建設(shè)，需要同步研究與設(shè)計。

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