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废弃混凝土块再生循环基料应用研究 朱效荣1，2?? 孙辉1，2 1前言 在我国，建筑业作为国民经济的支柱产业，二十余年来得到突飞猛进的发展，在其生产过程中产生的建筑垃圾也空前增加，据不完全统计，其数量已占城市垃圾总量的34%，并且绝大部分建筑垃圾未经处理，直接运往郊外或乡村采用露天堆放或填埋的方式进行处理，耗用大量的征用土地费、垃圾清运费、处理费等建设费用；同时，清运和堆放过程中的遗散和粉尘、灰砂飞扬等问题又造成了严重的环境污染，严重破坏了生态环境。随着混凝土建筑物及构筑物施工、生产、维修及使用寿命的到达，必将产生大量的废弃混凝土。寻求一种可以循环利用的混凝土取代现有的普通混凝土已经成为建筑行业和环境保护部门所面临的一个重要课题，研究这一课题将具有巨大的社会效益、环境效益和经济效益。 1.1 废弃混凝土块循环利用的必要性 1.1.1混凝土材料与地球环境问题 混凝土体积的70～80%为集料，生产混凝土所用水泥的原材料是天然的石灰石和粘土，所以生产混凝土的原材料主要是天然的矿物质资源。为开采这些原材料以及生产水泥，还需要消耗大量的能源，对资源、能源的消耗不可忽略。在我国的一些大中城市，浇筑混凝土所用的砂石已显短缺，需从外地远距离运进且价格昂贵。因此，混凝土原材料的生产方式及使用方式已经对人类的生存、生产及生活环境造成无法挽回的负面影响，制备一种可循环利用的混凝土材料势在行。 地球的典型7种公害和环境9大问题如图1-1所示。图1-2形象地描述了地球的环境问题的广泛程度。面对大量的建筑垃圾和地球有限资源的不足，混凝土材料与环境共存问题越来越引起人们的高度重视。与此相适应的混凝土材料的生态化(见图1-3)已经成为重要的研究课题。在混凝土生命循环的过程中，面向环境保护型混凝土的方向，应进一步从图1-4的技术路线出发，改善混凝土的性质。 环境混凝土的分类与用途如图1-5所示，由图1-5可知，环境混凝土主要从减少环境负荷的混凝土和生态混凝土两个方面出发，具有可持续发展意义的混凝土技术。而再生循环混凝土是减少环境负荷的重要方面。 1.1.2由建筑废弃混凝土引发的环境问题 根据日本建设省的统计，日本各产业界所有废弃物中混凝土废弃物约为37%；美国每年废弃混凝土大约6,000万吨；欧共体废弃混凝土的排放量16,200万吨左右。我们应看到旧建筑拆除废弃混凝土是不容忽视的，每平方米旧建筑拆除废料约0.3～0.5吨，旧房拆除面积按新建面积的10%计算，则房屋拆除垃圾在2,000万吨左右（按照我国每年新增建筑6.5亿平方米计算）。 建筑生产中的废弃混凝土的问题也非常严重。建筑物的基础及主体工程绝大部分是混凝土结构，在施工过程中，不可避免会因施工工艺和人为等因素造成一定量混凝土的散落（通常概预算因工艺考虑不同的盈余系数约1.1～1.2），散落的混凝土由于在施工过程中超过凝结时间或触地时粘附大量泥土不能退返利用。商品混凝土搅拌站也因清理搅拌车、泵车及搅拌机时产生一定量的废弃混凝土（约占混凝土生产量的2.2%），其中的0.7%产生于清理工作中，相对比较均匀，但因已供应完毕而废弃，其余的1.5%因包含残余水分及残余集料缺乏规律性不够均匀而难以得到利用。按照每年14亿平方米计算，仅我国因生产和施工就有3400万立方米废弃混凝土产生。这部分混凝土皆因无法使用而被作为垃圾 堆放或掩埋。 由此可见，产生巨量的废弃混凝土是社会进步和经济发展的产物，如此巨量的废弃混凝土的处理费用可想而知，由此引发的环境问题十分突出。因此，混凝土的可循环再生利用早已成为国家建设和环保部门所共同关注的课题，也由此引发了世界各国对废弃混凝土的再生利用的深入研究。 ? 1.2 混凝土材料循环再利用现状 1.2.1混凝土材料循环再利用的研究现状 再生集料混凝土可追溯到20世纪40年代，前苏联、日本、德国等国家，开始了再生混凝土集料的研究。日本明治大学向井毅教授从70年代就全力开展解体混凝土研究，并获日本水泥学会奖。1977年日本制定了《再生集料和再生集料混凝土应用规范》。1992年在芬兰召开的国际RELEM Workshop/Concrete technology in the future大会上，世界各地代表们提出了“从天然集料的枯竭和环境保护出发，必须开发新的集料生产混凝土”。德国Rinhaldt教授将解体混凝土、作为再生集料，将化学稳定性好的废弃物作为集料，并应用于建筑物获得成功。1993年日本著名材料学家笠井芳夫教授提出用解体混凝土作集料生产混凝土，用产业废弃物制作轻质混凝土非常重要，同时，研究集料对混凝土弹性性质的影响，探明集料与微粉物质的填充性十分必要。我国吴中伟院士在1997年提出要发展环保型高性能混凝土，其中包括工业废渣作胶结材和解体混凝土作集料。在国外，解体混凝土作路基材料和建筑的