利用再生骨料制备透水混凝土研究进展

俞 璐 张春光 潘文杰

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450000）

0 前言

近年来，随着人们环保意识的提高和我国生态型、环保型城市建设的快速发展，透水混凝土需求量不断增加。透水混凝土作为环境负荷减少型混凝土，在我国城市建设中对雨水径流控制起着较大的作用，因此被广泛应用于公园、人行道、轻量级车道、停车场以及各种体育场所。目前，基于海绵城市建设需求，对透水混凝土的研究开发也越来越受到重视，其中研究应用最为广泛的就是水泥基透水混凝土[1]。

透水混凝土的生产离不开大量砂石骨料的使用。长期以来，砂石骨料来源广泛，价格低廉，被认为是取之不尽、用之不竭的原材料而被随意开采，导致了山体滑坡、河床改道，严重破坏了自然环境。与此同时，随着我国的城镇化进程的进一步发展和城市的逐步更新，棚改、道路、桥梁等城市建设中原有建筑物的拆除和改造，产生了大量的建筑垃圾。大部分建筑垃圾未经任何处理，被运往郊外或城市周边进行简单填埋或露天堆存，这不仅浪费了土地和资源，还污染了环境[2]。

水泥基透水混凝土是指内部孔隙率大于10%，一般为15%～30%，多数孔径大于1 mm，具有一定透水透气性能的混凝土。透水混凝土由特殊级配的骨料、水泥、水和胶接剂按一定比例拌制而成的一种多孔材料，不含或者少含细骨料，由粗骨料表面包裹一薄层水泥浆体黏结而形成的空穴均匀分布的蜂窝状结构，具有透气性、透水性和重量轻的特点[3]。

由废弃混凝土制备的骨料即再生骨料，生产和利用建筑垃圾再生骨料对于节约资源、保护环境和实现建筑业的可持续发展具有重要意义[4]。在建筑垃圾中，废弃混凝土、废弃砂浆块和废砖占比约为80%，将其合理回收并加以利用将会是未来的一个必由之路[5]。将建筑拆除后产生的建筑垃圾加工后用于制备透水混凝土，对建筑材料的回收利用、节能减排有着重要的意义[6]。因此，如何将建筑垃圾制备成骨料，实现再生粗骨料在透水混凝土中的应用，是重要的研究方向[7]。

1 国内再生骨料制备透水混凝土的研究进展

再生骨料透水混凝土在我国的研究还处于初步阶段，有待进行系统的研究。透水混凝土良好的透水性和强度是一大技术矛盾。

华南理工大学的黄健鹏等人通过调整水胶比以及骨料级配，研究了在不同变量条件下透水混凝土的性能。研究结果表明，水胶比和骨料级配是影响强度和透水系数的重要因素。他们提出了“造壳法”来制备透水混凝土，并制备出了能够符合预定要求的透水混凝土。刘宇等提出用再生骨料配制净水型生态混凝土,并参照相关试验分析论证了该方法的可行性。国内学者刘荣贵、刘军、邹志鹏、肖汉宁、何政卿等进行的有关再生砖骨料透水混凝土研究。池漪、杜婷、李秋义和杨青等研究了废弃混凝土再生骨料的强化技术。张剑波和黄莹等研究了利用废弃混凝土再生骨料制备的再生骨料混凝土的孔隙结构特点和耐久性影响机理。姜新佩等研究了砖混结构的建筑垃圾人工砂用于混凝土细骨料的可行性。研究结果表明，建筑垃圾人工砂用作低强度等级的混凝土细骨料是可行的，人工砂的取代率越高，混凝土的强度下降越大，所配制的混凝土强度越高，再生骨料混凝土的强度下降也越大。谢玲君研究了废弃烧结砖瓦再生骨料的基本性质、化学浆液强化再生骨料的效果和利用烧结砖瓦再生骨料所配制的再生骨料混凝土的力学性能。

我国同时也开始将再生骨料混凝土应用到实际工程中。2007年，北京建筑工程学院建筑材料试验室建造了一栋建筑面积为1 100 m2的建筑垃圾再生骨料混凝土试验楼。工程竣工后，对其进行了检测和评估，工程质量符合标准及设计要求。2009年7月，青岛海逸景园6号工程的24层采用了强度等级为C40的再生骨料混凝土。工程结束后，经评估工程质量完符合要求。西安市一条Ⅰ级公路改扩建中，部分路段采用了再生骨料混凝土用于路面基层材料。工程完工后，使用效果良好。上海城建物资有限公司在“沪上·生态家”工程基础部分应用了700多m3再生骨料混凝土。工程完工后，经检测工程质量完全符合要求。深圳市华威环保建材有限公司在南方科技大学校区内的部分路面采用了再生骨料混凝土，使用效果良好。

国内目前对再生骨料制备透水混凝土所需的原材料、级配、配合比、成型方法、透水性能等均有所研究。结合上述原因，利用再生砖骨料制备透水混凝土并对其性能进行研究显得尤为重要和迫切。

2 国外再生骨料制备透水混凝土的研究进展

很多发达国家建筑垃圾资源化率都已经达到了相当高的水平。日本由于国土面积较小，天然资源相对较少，因此对再生骨料混凝土的研究和利用十分重视。从20世纪60年代末开始，日本就制定了相应的法律法规来促进建筑垃圾的转化和利用。经过几十年的发展，日本在再生骨料和再生骨料混凝土方面的技术处于领先地位，其再生骨料的加工设备也十分完善。日本的建筑废弃物资源化率已经超过了90%。日本的玉井元治等学者使用水泥作为胶凝材料，采用5～13 mm或者2.5～7 mm粒径的石子制备透水混凝土进行了试验研究。2016年，日本山口大学的Adel Gaddafi等学者在制备透水混凝土过程中加入了粉煤灰和轮胎碎片等。试验结果表明，这种透水混凝土可以改善混凝土的透水性能，提高抗折度，不过其中的轮胎碎片很容易堵塞混凝土内部的孔隙。

美国在再生骨料混凝土领域的研究起步较早，目前美国已有超过20个州将再生骨料混凝土用于公路建设，经济和环保效益十分明显。德国同样也是较早开展再生骨料混凝土研究和利用的国家，由于战争的破坏，德国出现了大量的废弃建筑垃圾。战争结束后，德国在重建过程中开始了将废弃混凝土破碎作为混凝土骨料的研究和利用，并成为了世界上最早循环经济立法的国家。

20世纪80年代，澳大利亚开始着手对利用再生骨料制备混凝土进行试验研究。墨尔本城市每年大约有35万t建筑垃圾被回收再利用。有研究认为，再生骨料中的片状指数、软弱物质含量及再生骨料的抗压强度等参数都会对回弹模量有着重要的影响。只要保证再生骨料能满足有关的质量检测标准，再生骨料就完全可以作为骨料制备混凝土。

总体而言，一些发达国家经过长期研究，在再生骨料制备或生产混凝土领域积累了大量的经验，已经形成了完备的成套技术和方法，实现了再生骨料混凝土的高性能化。

3 结论与展望

在世界范围内，很多发达国家经过长期的实践，在建筑垃圾资源化利用方面积累了大量的经验，已经形成了围绕建筑垃圾资源化制备再生骨料的成套技术和设备，以及再生骨料混凝土的高性能化和应用技术。国内目前对再生骨料制备透水混凝土所需的原材料、级配、配合比、成型方法、透水性能等也均有研究。但在应用领域尚有大量工作需要完成，成套技术和应用设备尚不成熟。

目前对建筑垃圾的综合利用还处于初级阶段，建筑垃圾资源化利用的数量同每年新增的建筑垃圾总量相比微不足道。因此，从企业的生存发展、环境保护、资源保护和建筑垃圾的综合开发利用来看，建筑垃圾的资源化利用是大势所趋，是符合我国持续发展、环境保护、节能利废等产业政策的。随着我国建筑垃圾资源化利用的不断深化发展，再生骨料的制备及其应用技术会逐渐成熟完善，资源化利用率也将不断提高。