废弃混凝土再生系列材料用于预拌混凝土的试验研究与应用

建筑材料与城市环境　２０１１年“华夏建设科学技术奖”获奖项目（三等奖）　主要完成单位　淮安市散装水泥及商品混凝土管理办公室　淮安市捷达混凝土有限公司　主要完成人　尹家美　朱金才、李洪军、杨波、　淮阴工学院　单文武、刘丽丽　王从军、董云　一　立项背景　开展建筑垃圾的综合、高效利用　完全满足世界环境组织提　（１）技术方案及特点　①研究再生系列材料掺加到混凝土中的不同比例。②研究　混凝土拌合物性能　并调整各项技术参数　达到满足施工要求　的目的。③研究该混凝土物理力学性能与耐久性能，达到满足　普通混凝土要求的各项质量指标。④本项目的特点在于，在建　筑垃圾再生处理过程中，能够将废弃混凝土破碎后产生的粒径　小于５ｍｍ￣５分全部高效利用，不产生二次污染，还可以产生显　出的　绿色”三大含义　、节约资源、能源；２、不破坏环境．　更有利于环境；３　可持续发展，既可满足当代人的需求．又不危　害后代人满足其需要的能力。本项目的研究正是基于上述背景，　从以往传统的　自然资源一产品一垃圾“的资源消耗模式转到　”自然资源一产品一再生资源（又称为绿色建材或生态建材）”　著的经济效益。　（２）试验方法　用再生掺合料取代矿粉、用再生粗骨料取代部分天然碎　石．配制Ｃ１０－Ｃ４０各个等级的混凝土．研究混凝土拌合物的施　工性能，测试其物理力学性能、耐久性能。　循环利用模式的思路上来，以废弃混凝土为原料，生产再生混凝　土系列材料用于预拌混凝土，实现废弃混凝土的全部、高效利用　的目标。　＝　科技内容　１、总体思路　（１）收集分选路面废弃混凝土．生产废弃混凝土再生系列材　（３）试验研究　①试验原材料　水泥（“Ｃ”）：采用淮安海螺水泥厂Ｒ０４２．５水泥。粉煤　灰（”ＦＡ”表示）：华能淮安电厂产Ｉｌ级灰。砂（“Ｓ”）、　石（天然碎石“Ｇ”，再生粗骨料　ＲＧ”）：砂采用宿迁骆马　料：经破碎筛分．将粒径大于５ｍｍ的部分作为再生粗骨料：将　粒径小于５ｍｍ的颗粒进行粉磨．并加入相应激发剂．生产再生　掺合料。　（２）测试再生系列材料的各项质量指标，研究再生系列材料　生产的混凝土施工性能。　湖中砂，细度模数２．７．含泥量２．３％．泥块含量Ｏ．５％　碎石选　用邳州产５～３１．５ｍｍ粒径的连续级配碎石，压碎值８．７％，含泥　量１．０％．泥块含量为０：再生粗骨料为自产５－３１．５ｍｍ粒径的连　续级配，压碎值１Ｏ％　含泥量１％．泥块含量为０．１％。　（３）用再生系列材料生产混凝土成型各类试件．测试其力学　性能、耐久性能　并建立淮安市混凝土再生掺合料工程技术研　究中心。　外加剂（“ａ　）：采用淮安明旺ＭＴ＿２型脂肪族系缓凝高　效减水剂，减水达１　８＿Ｏ％：　矿粉（　Ｓ　Ｊ”）：淮安淮龙有限公司生产的￥９５级矿粉。　再生混凝土掺合料（　ＷＦ”）：采用道路改造工程产生的　废弃混凝土，加入适量的激发剂研磨成掺合料。　②水泥胶砂、混凝土拌和物施工性能与物理力学性能　～（４）将小试成果在工程实践中试用，并分析其经济、环境、　社会效益，形成专利。　（５）中试成果在工程实践中组织批量生产和使用。　水泥胶砂试验结果见表１、２：　２．技术方案与创新成果　从表１的试验数据看出　在相同水胶比的情况下．采用再生　ｈ别关注　ｅ　Ｓｐｅｃｉａｌ　Ｆｏｃｕｓ　复奖　薏警榜　－　＿表１水泥胶砂性能　掺再生掺合料的混凝土拌和物在相同用　性能指标　水量的情况下，１ｈ坍落度损失指标、粘聚性　与保水性均与掺加矿粉的相当：从表２可以　抗压强度（ＭＰａ）　看出再生掺合料混凝土拌和物和矿粉拌合物　凝结时间稍有些提前：试验表明：再生混凝　３ｄ　７ｄ　２８ｄ　土在施Ｔ性能方面能够满足施工要求。　一混凝土耐久性能　ＪＳ　１７．９　２４．９　４５９　．再生系列材料混凝土的耐久性试验资料　较少，本试验重点从混凝土的碳化性能、抗　胶砂　ＪＳ２　ｌ９．０　２５．１　４４０　．冻性能与抗渗性能三个方面进行再生混凝土　的耐久性评价。　一混凝土的碳化性能　表２混凝土凝结时间对比　＼强度等级　＼　凝结　＼　从ＲＣ３０ＳＩ、ＲＣ３０ＷＦ￣，Ｅ凝土中分别取　ＲＣ２５Ｓｉ　ＲＣ２５ＷＦ　ＲＣ３０ＳＩ　ＲＣ３ＯＷＦ　ＲＣ３５Ｓｌ　ＲＣ３５ＷＦ　样．按ＧＢ／Ｔ　５００８２－－２００９《普通混凝土长　期性能和耐久性能试验方法标准》测定其碳　化深度。　初凝时间　７ｈ３０ｒａｉｎ　６ｈ５５ｍｉｎ　８ｈ２５ｍｉｎ　７ｈ４５ｍｉｎ　８ｈ４Ｏｍｉｎ　７ｈ３Ｏｍｉｎ　其中ＲＣ３ＯＳ　Ｊ碳化深度为１　０．４ｍｍ，　ＲＣ３ＯＷＦ碳化深度为９．８ｍｍ，数据表明：　终凝时间　１０ｈ１Ｏｍｉｎ　９ｈ１Ｏｍｉｎ　１Ｏｈ３５ｍｉｎ　９ｈ４Ｏｍｉｎ　１Ｏｈ３Ｏｍｉｎ　９ｈ２５ｍｉｎ　再生掺合料的混凝土碳化性能略优于掺加矿　粉的混凝土，其原因为一方面再生掺合料由　备注：环境温度为２Ｏ±５。ｃ，湿度为５０％。　于具有较大的比表面积与良好的细度，同样　具有矿粉的微集料效应，细化混凝土中的水　与空气通道，具有良好的密实性；另一方面　掺合料／）＂，９ＪＳ２，其３ｄ与７ｄ的抗压强度略高于或与采用等量矿粉的ＪＳ１相当．而　２８ｄ强度略低于掺矿粉的强度。原因在于掺合料的制备时采用的激发剂含早强成　则是因为用再生掺合料取代矿粉后。由于掺　合料中含有废弃混凝土中引入的部分水泥矿　物．较矿粉混凝土相比再生掺合料混凝土中　水泥矿物含量有所增加．有利于抗碳化性能　的提高。因此，再生掺合料混凝土具有良好　分，因此早期强度发展较快，而后期强度偏低则是因为掺合料的活性指数略低　于矿粉。　一混凝土拌和物施工性能　表３混凝土抗冻融性能　冻融试验前　混凝土强　度等级　１００次冻融循环　１５０次冻融循环　强度值　（ＭＰａ）　质量　（ｇ）　强度值　（ＭＰａ）　强度　损失　（％）　质量　（ｇ）　质量　损失　（％）　强度值　（ＭＰａ）　强度　损失　（％）　质量　（ｇ）　质量损失　（％）　ＲＣ３０Ｓｌ　３８．７　９６２５　３７．４　３．２　９４２ｌ　２．１２　３７．２　３．９　９３１４　３．２３　ＲＣ３０ＷＦ　３６．９　９６２２　３５．８　３．Ｏ　９４２１　２．０９　３５．５　３．８　９３ｌ３　３．２１　表４混凝土抗渗性能　混凝土强度等级　ＲＣ２５Ｓ１　Ｐｌ２　ＲＣ２５ｗ　Ｐ１２　ＲＣ３０Ｓ１　Ｐ１２　ＲＣ３０ｗ　Ｐ１２　Ｃ４０Ｓｌ　Ｐ１２　Ｃ４０ｗ　Ｐｌ２　混凝土抗渗等级　未渗透　未渗透　未渗透　未渗透　未渗透　未渗透　的抗碳化性能．具有良好的护筋能力。　混凝土抗冻融性能（表３）从ＲＣ３０ＳＩ、ＲＣ３０ＷＦ￣凝土中　分别取样，按ＧＢ／Ｔ　５００８２－－２００９　普通混凝土长期性能和耐久　性能试验方法标准》进行快冻法冻融试验。　其对混凝土抗冻融性的影响有以下几个方面：再生掺合料　活性效应固定了氢氧化钙．使之不致于因浸析而扩大冰冻劣化　所产生的孔隙；填充效应可使截留空气量和泌水量减少，并使　孔隙细化　有助于使引气剂产生的微细气孔分布均匀，从而大　大改善了混凝土的抗冻性能。　一混凝土的抗渗性能（见表４）　从表４可以看出．再生掺合料混凝土与矿粉混凝土的抗渗性　能指标差别并不明显。　３，再生混凝土系列材料及再生混凝土质量控制　（１）检验产品质量的依据　①普通混凝土拌合物性能试验方法标准（ＧＢ／Ｔ　５００８０—　２００２）．　②普通混凝土力学性能试验方法标准（ＧＢ／Ｔ　５００８１—　２００２）；　③普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准（ＧＢ／Ｔ　５００８２—２００９）；　④混凝土结构工程施工质量验收规范（ＧＢ　５０２０４—２００２）：　⑤用于混凝土、砂浆中的再生掺合料（Ｑ／３２０８０１　ＪＤ０１—　２０１０）　：　⑥混凝土用再生粗骨料（Ｑ／３２０８０１　ＪＤ０２—２０１０）；　⑦再生混凝土（Ｑ／３２０８０１　ＪＤ０３—２０１０）。　（２）控制产品质量的方法和手段　①原材料方面．用优质的原材料生产满足各项性能的混凝　土。②生产前．根据具体的工程要求与做对比试验．根据试验　结果确定配合比。在生产过程中建立质量控制点，按照生产工　艺流程做好监控工作。③生产过程中检测混凝土坍落度、和易　性、流动性等　成型各类试件检测混凝土各性能指标。　（５）产品质量管理综合分析　在生产过程中，对水泥应充分了解其混合材的品种与掺入　量．对于砂石等粗细骨料除了应关注其颗粒级配外，应重点关　注其含泥量指标。应采用高效￣ｌ，／Ｊｌｌ剂和其他掺合料，减小收缩　变形、提高抗渗防裂抗碳化能力。在混凝土生产过程中　坍落　度控制要稳定。混凝土浇筑成型后．早期养护是混凝土质量保　证的关键后续工作。　三，创新点　本项目的创新点主要体现在以下三方面：　１、解决了以往废弃混凝土利用中细颗粒难以利用的问题　．通过研磨生产再生混凝土粉，部分替代粉煤灰．水泥等预拌混　建筑材料与城市环境　凝土．实现了废弃混凝土的全部、高效再生利用。　２、项目研究研发的再生混凝土粉的活性指数达￣ＪＳ９５矿粉　技术指标．完全满足混凝土掺合料的技术指标要求，可以作为　一种新型的建筑材料推广应用。　３、在行业内率先制订了《用于混凝土、砂浆中的再生掺合　料》（Ｑ／３２０８０１　ＪＤ０１－２０１０）、《再生混凝土》（Ｑ／３２０８０１　ＪＤ０３—２０１０）、　再生混凝土粗骨料》（Ｑ／３２０８０１　ＪＤ０２—　２０１０）是三个企业标准，可以作为再生混凝土掺合料的生产、　应用的技术依据。　四　国内外同类研究、同类技术的综合比较　废弃混凝土再生利用对于厉行节能减排有着重要贡献及优　良的技术经济指标，目前在日本　欧美等国家已得到广泛的应　用，德国的　废物利用及建筑业”集团则对废物和建筑拆除物　进行科学的分析和评估．对废物中的可再生材料进行分离和回　收再利用。国内外关于再生混凝土的研究工作．多数研究了再　生骨料混凝土的相关性能　其解决了破碎后粒径大于５ｍｍ的废　弃混凝土再利用问题．而粒径小于５ｍｍ的部分未能得到充分了　利用而产生二次污染。本课题项目组在查阅了大量关于再生混　凝土文献的基础上．通过在实验室将废弃混凝土破碎后粒径小　于５ｍｍ的部分粉磨成掺合料，同时将粒径大于５ｍｍ的部分作为　再生粗骨料．研究其综合性能。　五　应用情况　课题组首先在企业内部厂区地坪工程中应用研究成果．验　证了研究成果的可靠性。然后积极地推广、应用，目前研究成　果已在淮安市多个项目中得到应用．应用结果表明：此再生混　凝土在物理力学性能及耐久性等方面完全满足规范要求，项目　研究提出的配合比设计方法可行，施工工艺合理、可靠。　六，社会效益　我国在城市建设过程中需要大量的混凝土．以江苏省淮安　市为例，２００９年就生产预拌混凝土约３１　Ｏ万立方米．混凝土所　用的材料均是一次性资源和天然资源。而废弃混凝土再生系列　材料的产业化生产解决了废弃混凝土的再生利用问题．再生系　列材料制得的混凝土（矿粉的销售价目前为３９０元，吨．再生掺　合料的成本价为１Ｏ０元，吨）与普通矿粉混凝土的物理力学与相　应耐久性能等方面均较接近．不需要增加额外成本．利用效率　大大提高，已节约工程造价近百万元。且达到保护环境、节约　资源和能源的目的，实现社会的可持续发展。　因此．用再生系列材配制普通混凝土　具有良好的技术、　经济效益，具有良好的发展前景和社会效益。固