冶金工业厂房拆除废料制作混凝土骨料的研究进展

发布时间：2021-05-21

　　摘要介绍了国际上回收建筑拆除废料再利用制作混凝土骨料的研究进展，为我国相关研究提供帮助。由于我国工业化和城市化进程加快及自然环境保护方面的硬性要求，大量老旧冶金工业厂房拆除，同时建筑混凝土骨料需求量增大。利用老旧冶金工业厂房建筑拆除废料制作混凝土骨料，既节约自然资源又能保护环境。

　　关键词冶金工业厂房拆除废料混凝土骨料混凝土砌块

　　前言

　　由于我国工业化进程的加快及城市化的飞速扩张，原来位于城市的大量冶金工业企业，由于环保的要求面临着拆除、搬迁和改造，这就产生了大量的工业厂房建筑拆除废料，破坏自然环境。同时城市化进程的飞速发展，又急需大量的建筑混凝土骨料。所以回收老旧工业厂房建筑拆除废料，用于制作混凝土骨料的研究，对于保护自然环境和节约自然资源至关重要。

　　1世界各国的研究进展及实际应用

　　世界各地每年都产生大量的建筑拆除废料。欧盟产生了8.2亿t建筑拆除废料[1]，这是欧盟产生的最重和最大的废物料之一(约占所有废料的25%～30%)。建筑拆除废料的组成是不均匀的，可能由许多材料组成，包括混凝土、砖块、石膏、木材、玻璃、金属、塑料和挖掘土壤。建筑拆除废料的主要成分是混凝土(根据来源而异，从32%到75%不等)、陶瓷和砖石[2-5]。根据欧洲集料协会的数据，欧盟每年生产27亿t以上的集料[6]。因此，回收建筑拆除废料和替代天然聚集体对于保护环境和节约自然资源至关重要。《欧盟废物框架》(2008/98/EC)为迈向资源效率高的欧洲回收社会，提供了一个框架。具体而言，第11.2条规定，“各成员国应采取必要措施，争取到2020年，在废物清单中不包括第170504类自然产生材料的非危险建筑拆除废料，至少有70%(按重量计算)用于再利用、再循环和其他材料回收(包括利用废物替代其他材料的回填作业)”[7]。到目前为止，大多数回收的建筑拆除废料已被用作道路建设、工程填充或填埋工程[8，9]中的基础或次基础材料，而在混凝土工业中，仅有一小部分被用作混凝土骨料[5，10-13]。

　　最近，在结构混凝土中使用再生骨料已被纳入欧洲标准，EN206:2013A1。“混凝土规格、性能、生产和符合性”[14]只涉及使用粗再生骨料;它们的使用仅限于较不严重的环境。再生混凝土骨料和再生砌体骨料的物理机械性能，可能影响其在混凝土中的使用[15，16]。用再生混凝土骨料制成的混凝土应进行测试，以确认其力学和耐久性性能，如冻融和抗硫酸盐的预期用途[17，18]。在整个欧洲，5500家拥有8000家生产工厂的公司正在生产混凝土预制产品。据欧洲预制混凝土工业联合会估计，该部门在2015年创造了240亿欧元。欧洲预制混凝土工业联合会估计，大约25%的混凝土生产是由混凝土预制产品代表的[11]。用于制造砌块的原材料可以是来自建筑拆除废料的原始骨料、轻质或回收材料。

　　2目前可再生混凝土骨料各项研究成果

　　Poon和Lam(2008)[19]评价了可再生骨料与水泥比的影响以及可再生骨料组合对块体性能的影响。骨料主要是由来自香港一个建筑拆除废料回收设施的105个混凝土碎石来源。所有骨料的最大尺寸小于5mm;混凝土砌块生产中(200mm×100mm×60mm)分别骨料(吸水率=10.3%)代替25%、50%、75%和100%天然碎石;骨料与水泥的比例为4;这些砌块是在实验室用三层制造的。笔者发现，随着骨料与水泥比的增加，铺装砌块的抗压强度降低。在混凝土砌块生产中使用再生骨料代替天然碎石，降低了密度和强度，但增加了砌块的吸水率。用再生骨料对天然碎石进行0%、25%、50%、75%和100%的置换，28天后砌块的抗压强度分别为79.9MPa、67.4MPa、65.8MPa、63.5MPa和64.8MPa。

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　　Poon等(2009)[20]报告了低品位可再生骨料对混凝土砌块性能的影响。低等级的可回收的骨料来自一个建筑废物分类设施，并且它们被较高比例的无混凝土成分所污染(>10%土壤、砖、瓷砖等)。砌块采用粗回收骨料和骨料与水泥的比为10∶1制备。细回收骨料代替了25%、50%、75%、100%不同水平的碎细砂。结果发现，砌块的机械强度随着低品位回收细骨料含量的增加，机械强度降低(参考块和100%细回收骨料块的抗压强度分别为37MPa和25MPa)。砌块的干燥收缩率随着细回收骨料含量的增加而增加。

　　Soutsos等(2011)[21]调查了用回收拆除骨料部分取代石灰石骨料在制造预制混凝土砌块中的作用。在实验室中，使用了一种特殊改进的电锤钻头来压实砌块。粗分数回收砌体骨料的最大置换率为60%，细分数回收砌体骨料的最大置换率为20%:这对块体的力学性能没有显著的不利影响。对于所有在最大置换水平以下的100kg/m水泥混合，28天后砌块的抗压强度约为7.5～8.5MPa，高于目标强度(7MPa)。他们发现，最大置换水平是20%的粗分数回收砌体骨料和20%的细分数回收砌体骨料。工厂试验表明，在制造预制混凝土砌块时使用回收的建筑拆除废料制作的骨料没有实际问题。

　　Guo等(2018)[22]探讨了使用75%的可再生骨料生产混凝土砌块的可能性。结果表明，掺加可再生骨料对混凝土砌块的抗压强度略有下降，破坏了混凝土砌块的耐久性。然而，75%可再生骨料的混凝土砌块满足中国标准规定的混凝土砌块的强度、干燥收缩和抗冻融性能要求。可再生骨料砌块砌体的抗压、抗剪性能与常规混凝土砌体相似。

　　3结论

　　以上研究表明，可再生骨料可以成功地用于铺路砌块的生产。然而，大多数现有的研究都是基于实验室测试经验，并使用了建筑拆除废料回收设施的可再生骨料。它们主要侧重于混凝土砌块的力学性能和特定耐久性，来自工业规模经验的知识仍然有限。此外，最近只进行了几项研究，涵盖在生产混凝土砌块时使用再生骨料的环境影响。需要更多的研究来更好地评估在工业规模生产混凝土砌块中使用再生骨料的环境影响。——论文作者：白刚