浅谈再生混凝土利用现状的研究?
21世纪初以来,随着城市化进程的不断加快,作为城市化最重要物质基础的混凝土的需求也在迅速增加。目前世界混凝土年产量约为28×108m3,我国混凝土年产量占世界总量的45%,达到13×108 ~ 14×108 m3。在这些混凝土原材料中,粗细骨料约占混凝土总量的四分之三。按此计算,全球每年需要粗、细骨料约21×108 m3,而我国建筑业正在蓬勃发展,对粗、细骨料的需求量很大。中国对粗细骨料的需求约占世界需求的一半,而且随着发展,会越来越多。如此大的消耗量,地球天然的原生粗细骨料将会枯竭,因此从资源的合理开发和可持续发展的角度寻找原生骨料的替代品非常重要。
与混凝土粗细骨料的巨大需求相对应的是大量的废弃混凝土。全世界每年拆除的废弃混凝土量,新建建筑产生的废弃混凝土量,混凝土厂和预制构件厂产生的废弃混凝土量都是惊人的。根据2006年4月在厦门召开的建筑垃圾综合利用及新技术推广研讨会上的最新信息,我国每年因拆除建筑产生的固体废物在2亿吨以上,新建建筑产生的固体废物约为6543.8+亿吨,合计约3亿吨。但目前对这些废弃混凝土的处理方法显然不多,传统的处理方法主要是运到郊区露天存放或填埋。这种方法带来的巨大处理成本和环境问题十分突出。废弃混凝土中含有大量的砂石骨料。如果能将它们合理回收,生产出用于新建建筑的再生混凝土,不仅可以降低成本,节约自然资源,缓解骨料供需矛盾,还可以减少废弃混凝土对环境的污染,是可持续发展战略的重要组成部分。因此,如何充分、高效、经济地利用建筑垃圾,尤其是废弃混凝土,已成为许多国家研究的课题。
再生骨料是废弃混凝土经过破碎、清洗、分级、按一定比例配比后得到的骨料。用再生骨料作为部分或全部骨料配制的混凝土称为再生骨料混凝土,简称再生混凝土。再生骨料按其大小可分为再生粗骨料和再生细骨料;按来源可分为道路再生骨料和建筑再生骨料;按用途可分为混凝土再生骨料、砂浆再生骨料和砌块再生骨料。利用再生骨料混凝土技术,可以对废弃混凝土进行再加工,恢复其原有的性能,形成新的建材产品,使有限的资源得到再利用,解决一些环保问题。这是发展绿色混凝土,实现建筑资源与环境可持续发展的主要措施之一,为子孙后代留下了宝贵的财富。
第一,发达资本主义国家对再生混凝土的利用
美国、日本、欧洲等发达国家对废弃混凝土的再利用研究较早。二战后,德国、日本等国家对废弃混凝土进行了研究和回收,并先后召开了三次废弃混凝土再利用国际会议,提出混凝土必须绿色化。混凝土的使用已成为发达国家的研究课题,一些国家还通过立法来保证专门研究和应用的发展。一些发达国家已在实际工程中得到广泛应用。
(1)日本
由于国土面积小,资源相对匮乏,日本将建筑垃圾视为副产品,非常重视废弃混凝土作为可再生资源的再开发利用。早在1977年,日本政府就制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》,并陆续在各地建立了处理混凝土废弃物的再生处理厂,制定了多项法律法规来保障再生混凝土的发展。此外,日本还对再生混凝土的吸水率、强度、配合比、收缩和抗冻性进行了系统研究。
(2)美国
美国政府颁布的《超级基金法案》为再生混凝土的发展提供了法律保障。美国不仅鼓励再生混凝土的应用,还研究其性能。例如,根据美国密歇根州用再生混凝土铺设的两条道路,研究了再生骨料混凝土的干缩性能,试验表明,再生骨料混凝土的收缩率大于天然骨料混凝土。美国公司利用微波技术制作再生沥青混凝土路面,其质量与新型沥青混凝土路面面料相同,而成本却降低了1/3,同时节省了垃圾清运和处理的费用,大大减少了城市的环境污染。
(3)欧洲国家
目前,德国等欧洲国家主要将再生混凝土用于公路路面。1998年8月,德国钢筋委员会提出了《混凝土中使用再生骨料的应用指南》,要求用再生骨料配制的混凝土必须完全符合天然骨料混凝土国家标准;奥地利的相关试验表明,用50%再生骨料配制的混凝土强度值可以达到奥地利标准,并且发现再生骨料混凝土的弹性模量降低。法国还用碎混凝土和碎砖块生产了混凝土砌块,所获得的混凝土砌块被确定符合与混凝土砌块材料相关的标准。
二、再生混凝土在中国的利用
虽然中国短期内不会突然出现混凝土原材料危机,但未来中国肯定会面临原材料短缺的问题。而且中国建筑业的发展远远超过一些发达国家,再生混凝土的发展研究也晚于工业发达国家。因此,我国政府也鼓励废弃物的研究和应用,国内一些专家学者也加紧了对再生混凝土的研究和利用。如上海建筑构件制品有限公司利用建筑工地爆破拆除的基坑支护等废弃混凝土制作混凝土空心砌块,其产品技术指标完全符合上海市混凝土小型空心砌块工程规范。在一些改建或重建工程中也使用废弃混凝土的破碎或压碎碎片作为新拌混凝土的骨料。
中国的再生混凝土不仅用于建筑行业,还用于交通行业。当混凝土道路的混凝土路面达到其使用寿命时,或者由于重物碾压而损坏时,就需要进行修复或重建。现在一般的做法是将旧的水泥混凝土表面处理掉,丢弃,修补基层,然后重新铺装。目前,我国水泥混凝土路面再生技术的主要应用是现场再生技术,即将现有路面进行破碎或粉碎,然后将破碎或粉碎后的路面作为新路面结构中的基层或底基层,在我国公路养护中得到广泛应用。例如,合肥至南京的高速公路使用再生混凝土骨料作为新拌混凝土的骨料来浇筑混凝土路面。合肥至南京高速公路,水泥混凝土路面,1991建成通车。随着交通量的增加和使用年限的延长,路面出现了各种各样的病害,每年路面维修量很大,产生了大量的旧混凝土。因此,在养护过程中,根据高速公路快速通行的特点,采用再生混凝土骨料和早强剂来达到快速通行的目的。施工前,对再生混凝土骨料的表观密度、吸水率、压碎值、坚固性和冲击值进行检测,充分重视骨料的最大粒径和级配。用再生混凝土骨料代替天然骨料,再生混凝土骨料利用率可达80%,每年可节省大量骨料的运输费用。同时节省了废弃混凝土占用的土地成本。这不仅节省了大量的维修资金,而且有利于环境保护,取得了良好的社会效益和经济效益。
一般来说,虽然再生骨料的某些性能不如天然骨料,但用再生骨料研制生产的混凝土构件性能也比天然骨料差。但是,如果加入外加剂,再生混凝土的性能可以大大提高。只要选择合适的外加剂,再生混凝土是可以广泛应用的。而且,利用废弃混凝土作为骨料生产再生混凝土,对于循环利用资源、净化环境、造福子孙后代具有重要意义。所以这就需要政府加强宣传,出台一些强制性措施限制废弃混凝土的排放,建立相应的垃圾处理厂。同时,政府应提供资金和政策支持,制定再生混凝土行业标准,促进再生混凝土这一新型建筑材料的发展,促进我国经济发展。
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