再生粗骨料在混凝土中应用的可行性研究

李 根

(山西建筑职业技术学院,山西 晋中 030619)

引言

再生粗骨料作为再生混凝土的主要原材料之一,近些年被我国各研究机构和高校研究,通过在再生混凝土中添加其他辅助材料从而可达到相应工程需要的指定性能,如抗压强度、抗拉强度、抗折强度、耐久性、抗渗性等。再生粗骨料是从拆迁的建筑物中,经破碎、筛分、清洗后替代部分天然粗骨料应用至混凝土中。在混凝土中使用再生粗骨料替代天然石子,具有环保、再生循环使用、破坏生态小等优点。

截至目前,再生混凝土在实际工程中的应用较少,应用范围最大的是将再生混凝土应用在道路工程中,其次是应用在农房建设中,真正应用于高层混凝土结构建筑中的实例几乎没有。目前单纯研究再生混凝土的相关课题较少,多数是通过在再生混凝土中加入一定量的其他外加剂或掺料从而得到的新型再生混凝土,如太原理工大学研究的再生保温混凝土[1]、同济大学研究的海水海砂再生混凝土[2]、沈阳建筑大学研究的废弃纤维再生混凝土[3]、新疆大学研究的掺锂渣再生混凝土[4]等。本文对再生粗骨料在混凝土中的应用进行可行性分析,主要通过原材料供应量指标、经济指标、性能指标和实际应用四个方面进行可行性分析研究。

1 原材料供应量指标

再生粗骨料的主要产生地是拆迁工地,而能在混凝土中掺入的再生粗骨料为混凝土构件拆除后经破碎、筛分、清洗而得到的石子。但在目前,我国拆迁工地拆迁的房屋多数为砖混结构,极个别情况下是对老旧的框架结构进行拆除,剪力墙结构拆除的数量较少。目前再生粗骨料的主要来源为市政道路、公路拆除所得到的道路混凝土废弃物,此类再生粗骨料的产量大、产地较为集中,可小范围内的生产、应用。

在我国北京、上海、广州、深圳、杭州、苏州、成都、西安、武汉、郑州、天津等一二线城市中混凝土结构、混凝土道路拆除的数量相对其他城市较多,能够供应一定数量的再生粗骨料,而在其他城市中,由于经济发展相对落后,城市建设发展的步伐相对较慢,混凝土结构和道路拆除的数量较小，总体不适合规模化生产应用。

2 经济指标

再生粗骨料经现场拆除后,为避免在现场破碎生产而产生相应的噪声污染和粉尘污染,需将拆除后的废弃混凝土运送至特定的破碎厂进行破碎处理,破碎处理完成后需将初步处理的再生骨料进行筛分,选用合理的粒径,将砖块、泥土块、碎玻璃等杂质人工筛分,最后将得到的再生粗骨料进行清洗,再运输至商品混凝土搅拌站,经试配后应用至商品混凝土中。

在此一系列的生产、加工、应用过程中,产生较高的成本费用。而若废弃混凝土不进行加工使用,则直接运输至建筑垃圾处理厂进行处理,产生的费用为:拆除费用+运输费用+垃圾处理厂处理费用(目前垃圾厂主要将建筑垃圾用于回填城市周边沟壑，此费用较低可以忽略不计)。而若将废弃混凝土再次利用则产生的费用为:拆除费用+运输费用+破碎费用+筛分费用+清洗费用+二次运输费用。两者相比,废弃混凝土再次利用较直接拆除再处理的多余费用为:破碎费用+筛分费用+清洗费用+二次运输费用+垃圾处理厂处理费用。在这些多余的费用中,破碎费用主要为机械化破碎,破碎费用相对较低;筛分费用为机械化筛+人工配合分检,产生的人工费用相对较多;清洗费用主要为机械化清洗,产生的费用相对较低;二次运输费用与初次运输费用基本相同,产生的费用与再生粗骨料运输远近有关;垃圾处理用主要用以回填沟壑,此费用较低。据统计,目前全国多数省份的石子价格在正常供货期内的单价为35元/吨,而质量较差的再生粗骨料单价为80元/吨,质量上乘的再生粗骨料单价为200元/吨。质量较差的再生粗骨料一般应用于道路工程中,质量上乘的再生粗骨料一般应用于科研和学术研究中,在建筑工程中的应用较少。质量较差的再生粗骨料可小规模化生产,质量上乘的再生粗骨料可定制化少量生产。

从上文可知,质量较差的再生粗骨料单价是普通石子的2.29倍,质量上乘的再生粗骨料加价是普通石子的5.71倍。在最常用的混凝土强度标号中,本文以C30为例,一立方米混凝土中所用的石子质量为1280 kg,而若以试验室配制的再生粗骨料在混凝土粗骨料中替代率为30%进行配制,则一立方米混凝土中使用的再生粗骨料量为384 kg,天然石子为896 kg。经计算后得到一立方米普通混凝土中的石子费用为44.8元,再生混凝土中所使用的质量较差的再生粗骨料与石子的总费用为62.1元,再生混凝土中所使用的质量上乘的再生粗骨料与石子的总费用为108.2元。综上所述,使用质量较差的再生粗骨料配制一立方米的混凝土仅粗骨料成本增加17.3元,使用质量上乘的再生粗骨料配制一立方米的混凝土仅粗骨料成本增加63.4元。常规的普通商品混凝土单价为350元/m3,而使用再生粗骨料配制的混凝土单价分别为367.3元/m3和413.4元/m3,费用增加4.94%和18.11%,经济可行性较差。

3 性能指标

再生粗骨料是由废弃混凝土经破碎、筛分、清洗而得到的再生石子。再生粗骨料在拆迁现场经爆破、机械拆除后,多数废弃混凝土已经受到较大的物理受力,之后再经破碎机破碎后产生的再生粗骨料中含有大量的裂缝,且粗骨料外部被水泥浆包裹,将其掺入至混凝土配合比中,由于原水泥浆与石子的粘结力受到一定破坏,因此所配制的混凝土抗压强度较低,抗拉强度更低,耐久性能及抗渗性更差。

尽管在后期筛分再生粗骨料中,人工将骨料中的多数砖块祛除,但仍含有大量的砖块。破碎的砖块与再生石子的压碎指标、强度等相差较大,若将此类再生粗骨料加入混凝土配合比中后,混凝土的强度会更低,其他性能指标也随之降低,再生粗骨料的掺量越高,性能下降的越多。在混凝土中掺入少量的再生粗骨料,对混凝土的性能影响较小,但掺入量低应用意义较小,不具备实用性和可行性。

4 实际应用可行性

再生粗骨料掺入至混凝土中,可改善混凝土内的孔隙结构。由于再生骨料自重相对较小,掺入至混凝土中可减小混凝土的自重,应用至建筑结构中利于结构抗震。

由于再生粗骨料来源不同必然会产生较大的离散性。混凝土本身就属于离散性较大的混合物,加之再生粗骨料性能离散性也大,最终配制出的再生混凝土离散性也较大。而随着现代建筑结构对高强度混凝土的要求以及业主对经济性能的要求不断提高,这种性能不稳定的混凝土材料并不能得到业主的青睐。只是在一些公益性的政府小型项目中、低层框架结构、砖混结构中可应用再生混凝土,在这些建筑结构中使用再生混凝土既可达到环保要求、又可产生废弃物再利用的社会效益,由于再生粗骨料的掺入量较小,因此原材料成本增加的也较少,在此方面实用性较强。

在对老旧道路进行拆除重新浇筑混凝土时,可将废弃混凝土现场进行破碎筛分,在商品混凝土搅拌站清洗后直接掺入再生粗骨料进行搅拌,可直接应用至对性能要求较低的原道路施工中,实用性也较高,目前再生混凝土也主要应用于道路工程中。

5 综合可行性研究

通过对上文的分析可知,目前在我国进行大面积推广再生混凝土的可能性和意义不大,原因为产量小、运输总费用高、筛检碎砖块难度大、人工筛检费用高、清洗再生骨料浪费大量的水资源、建设单位不敢用,市场认可度低。上述所列原因并非是绝对的限制再生混凝土的应用,首先目前在道路工程中已经在小范围的使用,其次上述所列原因未来可解决,如再生粗骨料产量小,该问题可随着时间的推移,大量混凝土结构达到寿命期限时则开始大面积拆除,产生大量的废弃混凝土,若对此类废弃物不进行有效利用,则无处安放;筛检碎砖块难度大、人工费用高,随着破碎筛分技术的不断发展,机械智能化水平也不断提高,将机械智能筛分应用至筛检工作中可降低人工操作,加快筛检速度,提高筛检质量。

通过上述分析,得知在目前的经济水平、城市发展水平不适合将再生混凝土大范围的应用到混凝土建筑结构中,而将其应用到道路工程中可行,但也仅限于小范围的道路改造工程。

6 结论

1)从原材料性能指标分析可知，在大中型城市中可一定规模的生产、应用再生粗骨料，而在其他城市中则不适宜规模化生产应用。

2)从经济指标分析可知，再生粗骨料混凝土的定价比普通混凝土的定价高4.94%和18.11%，经济可行性较差。

3)从性能指标分析可知，在混凝土中掺入再生粗骨料的量越大，混凝土性能越差，再生粗骨料的利用率越高；反之混凝土性能越好，再生粗骨料的利用率越低。

4)从实际应用可行性分析可知，再生粗骨料混凝土可直接应用于道路工程中，实用性较强。

5)从综合可行性研究分析可知，在我国目前的经济水平、城市发展水平中，不适合将再生粗骨料混凝土大范围的应用至混凝土结构中，而在未来却具有显著的经济效益和社会效益。