关于混凝土材料的完全循环利用的研究_开题报告

随着我国经济的快速发展，越来越多的建筑工程项目正在修建或将要修建，在此过程中免不了有许多建筑物需要被拆除，不过无论是新建筑的修建还是旧建筑的拆除都会产生大量的废弃混凝土，废弃混凝土不仅污染环境、占用了可利用的空间，而且还造成了粗骨料资源的紧缺，所以要合理地利用废弃混凝土，将废弃混凝土用来再生循环生产混凝土。废弃混凝土中含有大量的砂石骨料，如果能将它们合理地回收利用，生产再生混凝土用到新的建筑物上，不仅能降低成本，节省天然资源，缓解骨料供求矛盾，还能减轻废弃混凝土对环境的污染，是可持续发展战略的一个重要组成部分。因此，如何充分、高效、经济的利用建筑垃圾，特别是废弃混凝土已经成为许多国家共同研究的一个课题。

（一）国外研究状况

1.日本

由于日本国土面积小，自然资源相对比较匮乏，所以日本政府高度重视对废弃混凝土的开发和利用。早在1977年，日本建筑业协会就制定了JIS TRA 0006《再生骨料和再生混凝土使用规范(案)·同解说》，限定再生粗骨料的吸水率不得超过7%。1991年，日本政府制定了《资源重新利用促进法》，规定在建筑工程施工过程当中产生的渣土、混凝土块、沥青混凝土块、木材、金属等建筑垃圾，必须送往“再生资源化设施”进行处理。日本已在全国各地建立了再生骨料与再生混凝土加工厂。据日本建设省的统计，2000年日本废弃混凝土资源化利用率从1990年的48%提升到96%，而2003年的再生利用率达到了98%， 日本政府将应用于非承重结构的再生粗骨料分为三类，将再生细骨料分为两类,同时为了推广使用再生骨料，日本工业标准(JIS)颁布了应用于承重结构的再生骨料及再生混凝土标准，并于2005年、2006 年分别颁布了《高级再生骨料使用规范》及《低级再生骨料混凝土使用规范》。

2.美国

1980年，美国政府在其颁布的《超级基金法》中规定 “任何生产过程中产生工业废弃物的工场企业，必须自行将其妥善处理，不得擅自进行随意倾卸。”1982年，美国材料与试验协会(American Society for Testing and Materials ，ASTM )在其颁布的标准ASTM C—33—82中规定，将废弃混凝土块体破碎后可用作再生粗、细骨料但该标准中未能给出再生粗、细骨料的技术标准，再生混凝土在美国很多州被普遍应用，尤其是在交通工程中。据美国有关部门统计，美国目前已经有超过20个州的公路在建设中采用再生骨料，并将其应用于底基层材料和基层材料，有15个州制定了有关再生骨料及再生混凝土的规范，还有很多州将再生混凝土应用于高速公路。据美国建筑材料再生利用委员会数据统计，2005 年美国的混凝土和其他建筑废料数量为3.25亿吨，而其中1.4亿吨混凝土得到了再生利用。

3.德国

德国是开展废弃混凝土再生利用较早的国家，也是世界上最早推行环境标志制度的国家。第二次世界大战之后，德国就开展了将废砖用作再生混凝土骨料的研究。1997年，德国开始实施《再生利用法》。1998年，德国的钢筋混凝土委员会颁布了《再生混凝土骨料应用指南》，要求用再生的骨料制备而成的混凝土必须与用天然骨料配制而成的混凝土国家标准完全符合。2002年，德国标准委员会颁布了《DIN 4226 100:混凝土和砂浆骨料—100:再生骨料》规范。2004年，德国钢筋混凝土委员会颁布更新后的《再生骨料混凝土应用指南第一部分》。德国的每个地区都有大型建筑废物再加工综合厂，仅在柏林就有20多个。20世纪90年代以来，德国在废弃混凝土回收利用方面做了大量工作，主要体现在以下几个方面:1994年，德国第一所利用再生混凝土建造的办公楼诞生；1996 年，德国科技部在1996年至1999年资助群体联合科研项目的支持下，相继建成几座样板建筑物。

4.荷兰

荷兰国土面积小、人口密度大、自然资源相对贫乏，对建筑垃圾的循环再利用非常重视，是最早研究和应用再生混凝土的国家之一, 在建筑垃圾资源化利用方面处于欧洲领先地位。20世纪80年代，荷兰就制定了利用再生骨料制备普通混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土的规范，该规范明确规定了有关利用建筑垃圾再生骨料来制备前述混凝土的技术要求，并指出，若再生骨料占骨料总含量(质量计)的百分比不超过20%，混凝上的制备生产就可以完全按普通的采用天然骨料的混凝土的配合比设计和制备方法进行。1996年，荷兰废弃混凝土的资源化利用率高达90%以上。自1997年开始，荷兰严禁对建筑垃圾进行掩埋处理，建筑垃圾再生利用率几乎达到100%。

5.澳大利亚

澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)于1998年、2002 年分别颁布《非承重结构再生骨料使用规范》及《再生混凝土及砌体材料使用规范》,规范中将应用于非承重混凝土结构的再生骨料划分为级别1和级别2:级别1主要从构成及性质方面将再生骨料分为4类，级别2则从应用范围上将再生骨料分为6类。目前对路面基础工程中应用的再生骨料，澳大利亚已有明确的技术标准，正积极探讨制定再生混凝土的技术性能规范。

（二）国内研究状况

尽管我国在再生混凝土研究与应用方面起步较晚，但近年来，废弃混凝土的再生利用已经成为混凝土研究领域中的热点课题。众多高校、科研机构对再生骨料和再生混凝土进行了大量研究，取得了一系列丰硕的成果。2007年，同济大学编写了地方标准《再生混凝土应用技术规程》(DG/T J08一2018—2007)， 2010 年，我国颁布了国家标准《混凝土用再生粗骨料》(GB/T 25177—2010)和《混凝土和砂浆用再生细骨料》(GB/T 25176—2010)，为再生混凝土技术的应用提供了明确的指导。我国在实际工程应用方面也取得了实质性的突破。1990年，上海市第二建筑工程公司在“华亭”和“霍兰”2项工程的7幢高层建筑施工过程中，将建筑垃圾分拣、剔除并把有用的废渣碎块粉碎后作为细骨料，用于抹灰砂浆和砌筑砂浆，共计回收利用建筑废渣480吨。1992 年，北京城建集团一公司先后在9万平方米不同结构类型的多层和高层建筑的施工过程中，回收利用建筑废渣840多吨，用于砌筑砂浆、内墙和顶棚抹灰、细石混凝土楼地面和混凝土垫层。2004 年，上海市建筑科学研究院萃庄科技发展园区内建成的生态建筑示范楼，采用了大量绿色材料，墙体全部采用再生骨料混凝土空心砌块，其再生材料使用率达到60%，具有超低能耗和很好的经济指标。2008年，湖北省襄樊市公路建设中大量采用了破损的混凝土路面，共利用混凝土路面旧板5000吨以上;同时，在水稳基层中采用30%左右的再生骨料，使水稳基层的性能得到改善，成本也有所降低，取得了良好的经济效益和社会效益。

二、^范文提纲

 引言  

再生骨料混凝土是指用废混凝土、废砖块、废砂浆作为混凝土的骨料，加入水泥砂浆拌制的混凝土。建筑垃圾中的许多废弃物经过分拣、剔除或粉碎后，大多是可以作为再生资源重新利用的，如砖、石、混凝土等废料经破碎后，可以代替部分砂石，重新用于砌筑砂浆、抹灰砂浆、混凝土垫层和浇注混凝土等，还可以用于制作砌块、花格砖等建材制品，由此可见，再生混凝土的研究和应用，综合利用建筑垃圾，不仅具有重要的社会效益和经济效益，有利于社会的可持续发展，而且是节约资源和能源、保护生态的有效途径。

一、废弃混凝土的循环利用

（一）建筑固体废弃物循环利用的可行性

1.废混凝土块

2.碎砖块

3.废砂浆

（二）废弃混凝土材料完全循环再利用

1.用废弃混凝土制备再生水泥

2.用废弃混凝土制造混凝土再生骨料

二、再生骨料及其制备技术

（一）再生骨料的性能

1.骨料粒形

2.颗粒级配

3.表观密度

4.堆积密度及空隙率

5.吸水率

6.压碎指标值

（二）再生骨料的改性处理

1.机械活化

2.酸液活化

3.化学浆液活化

4.水玻璃溶液处理

（三）再生骨料的制备技术

(四)再生骨料的其他运用

1.再生混凝土粉用于建筑砂浆

2.再生骨料应用于商品混凝土

三、再生骨料混凝土性能及配合比设计

（一）再生骨料混凝土的一般性质

1.力学性能

2.弹性模量

3.和易性

4.物理性能

（二）再生骨料混凝土的变形特性

（三）再生骨料混凝土的耐久性能及改善措施

1.抗渗性

2.抗硫酸盐侵蚀性

3.抗磨性

4.抗裂性

5.抗冻性

6.抗碳化能力

（四）再生骨料混凝土配合比设计

1.用水量

2.水灰比

3.基于自由水灰比的再生骨料混凝土配合比设计

四、再生骨料混凝土在实际工程中的应用 

（一）工程简介

北京建筑大学土木与交通学院试验6号楼。建筑面积1100m2，三层框架-剪力墙结构的建筑垃圾再生混凝土试验建筑。2007 年9月完成主体建设，采用建筑垃圾全级配骨料，C30混凝土质量达到质量控制优级水平，未见结构质量问题。

（二）再生混凝土的原材料

   再生骨料混凝土供应商为北京新航公司的下属单位—向佳混凝土公司。

   全级配再生骨料：由北京市昌平区金峰方盛科贸有限公司提供，其主要成分为废混凝土块。建筑垃圾骨料送至现场后，科学取样，进行了材性分析，取4.75mm以上为再生粗骨料，4.75mm以下为再生细骨料。筛分结果见表1、表2

表1                        再生细骨料颗粒级配

筛孔孔径/mm

筛余质量/g

分计筛余（%）

累计筛余（%）

2.36

105

21.0

21

1.18

83

16.6

38

0.6

67

13.4

51

0.3

82

16.4

67

0.15

57

11.4

79

筛底

106

21.2

100

表2                        再生粗骨料颗粒级配

筛孔孔径/mm

筛余质量/g

分计筛余（%）

累计筛余（%）

19

960

19.2

19

16

468

9.4

29

9.5

1651

33.0

62

4.75

1698

34.0

96

筛底

222

4.5

100

注:

1.水泥：燕山P.042.5水泥，3d抗压强度24.4MPa，28天抗压强度45.1MPa。2.S95级矿粉：需水量比105%。

3.外加剂：萘系外加剂，减水率20%。

4.天然砂：细度模数2.9的II区砂、表观密度2600kg/m3、含泥量0.6%。

5.天然石：粒径5~25mm、表观密度2600kg/m3、针片状含量6.0%、压碎指标5.3%。

6.拌合水：自来水。

（三）混凝土公司的配合比表3

表3                         再生混凝土的配合比

水

/（kg/m3）

水泥

/（kg/m3）

天然石

/（kg/m3）

天然砂

/（kg/m3）

全级配再生骨料

/（kg/m3）

矿粉

/（kg/m3）

外加剂

/（kg/m3）

181

353

564

226

902

86

13.2

(四)建筑垃圾再生混凝土的现场施工

此次试验建筑的规模虽然较小，但施工过程中完全按照普通混凝土的施工过程，混凝土采用泵送。

试验建筑的基础及梁板柱均要求采用的是C30混凝土。混凝土公司将混凝土的初始坍落度控制在230mm左右，从搅拌站到达施工现场，运输时间为1~2h，混凝土送至现场后，课题对每车混凝土均进行了取样，对其坍落度进行试验，并留样成形做强度试验。试验结果见表4，结果表明混凝土的坍落度的损失波动还是比较大的，主要的原因还是由于砂率的波动引起的，现场施工中发现有时混凝土的粗骨料显多，而有时混凝土的粗骨料显少，混凝土的砂率很难保证在最优砂率，混凝土的施工性能很难得到保证。导致了混凝土的坍落度损失有时过大，送至现场时无法满足施工要求。加入部分水或外加剂后方满足泵送要求，这也造成了混凝土的强度产生了一定的波动，28d的强度差值最高达9MPa。

表4                         每车试样的试验结果

编号

坍落度/mm

抗压强度/MPa

3d

7d

28d

1

190

28.8

34.3

44.2

2

165

24.4

31.4

40.6

3

200

30.5

34.3

44.7

4

170

26.2

33.4

41.8

5

240

15.5

24.1

35.9

6

250

16.8

26.0

39.6

7

175

18.6

27.5

35.5

8

170

16.4

25.3

35.8

9

230

18.2

27.8

40.3

从试验工程结果来看，全级配再生骨料的粗细骨料的不筛分，给混凝土质量控制带来了很不利的影响。成为此次试验建筑的质量控制最不利因素，不过在制定配合比时，为了保证混凝土的强度满足要求，也充分考虑到了可能存在了强度的波动性，试配的强度达到C40，所以混凝土的强度虽然波动比较大，但从抽样结果来说，强度还是满足要求的。建材试验楼在2008年12月底完工，完工后进行大量的后期检测和评估，工程质量完全符合要求。

工程竣工后，北京建筑大学建材试验室对该楼进行了强度和时久性测试。对该楼现场实体进行回弹法检测，测得再生混凝土的平均强度为34．5MPa，为设计强度的115％。再生混凝土现场留样经100次冻融循环后质量损失为0．1％，强度损失为4．4％，氯离子渗透系数为1．861x10-12m2／s，达到中等水平。另外，与普通混凝土一样，再生混凝土的干缩主要发生在成形后的前45d，经过检测知，再生混凝土可以满足混凝土结构收缩性能的要求。水胶比为0．43和0．31时的混凝土都没有出现任何明显的碳化，检测结果说明在一般情况下，再生混凝土抗碳化性能都满足工程的要求。

该楼已经顺利通过工程验收，投人正常的教学使用阶段。该实验楼墙体表面裂纹结构专家鉴定均属砂浆裂纹，无结构裂纹，未见工程结构质量问题。再生混凝土楼板和墙体表面平整，无裂纹和蜂窝、麻面现象，经过近几年的使用情况，从各项性能综合分析，建筑垃圾再生混凝土、再生砖和再生细骨料砂浆可以作为一种新型建筑材料用于一般建筑工程。360d以后留样试块的长期强度测试结果55．0MPa左右。

三、参考文献

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