董自修

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，山西 太原 030000）

1 研究背景與意義

2000年后國(guó)家逐步禁止使用實(shí)心粘土磚，探究實(shí)心粘土磚的替代材料迫在眉睫；另一方面隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷深入和20世紀(jì)60、70年建筑物的報(bào)廢拆遷，廢棄混凝土的安全處置問(wèn)題也越發(fā)的急切。

大連理工大學(xué)的王立久教授提出了建筑材料的全生命周期的概念。產(chǎn)品全生命周期概念啟發(fā)我們：把廢棄混凝土用來(lái)做生產(chǎn)再生制品的原料，這對(duì)保護(hù)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)廢棄資源再生利用具有重要的意義，同是也為實(shí)現(xiàn)環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙豐收提供了一個(gè)良好的切入點(diǎn)。

2 研究現(xiàn)狀

中外很多學(xué)者就廢棄混凝土的再生利用的試驗(yàn)研究表明，廢棄混凝土可以用來(lái)生產(chǎn)再生骨料、再生水泥和再生微分，由于我國(guó)的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)工藝的落后，廢棄混凝土的再生制品性能不盡如人意。利用廢棄混凝土作為再生磚的生產(chǎn)原料，生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，并且在我國(guó)也有較廣闊的市場(chǎng)前景。

根據(jù)廢棄混凝生產(chǎn)再生磚側(cè)重點(diǎn)的不同，大致可以分為砂漿砌塊型和硅酸鹽制品型。

為了獲得更好的再生制品，提高廢棄混凝土再生產(chǎn)品性能，有一部分人專(zhuān)注研究廢棄混凝土再生微粉的活性激發(fā)，以期解決廢棄混凝土再生制品性能不佳、成本較高的難題。

2.1 砂漿砌塊

膠凝性材料（水泥）、細(xì)骨料、水和外加劑是砂漿的主要成分。用廢棄混凝土生產(chǎn)砂漿砌塊，具體的做法如下：再生骨料（部分或全部等量取代標(biāo)準(zhǔn)砂）+再生微粉（部分或全部等量取代水泥），充分混合后，加水使?jié){體固化，養(yǎng)護(hù)生產(chǎn)各種建材制品，在這我們以生產(chǎn)再生磚為例。

廢棄混凝土中含有大量的硅酸鹽、氯酸鹽、碳酸鹽系的混合物，在理論上存在被利用的潛在價(jià)值。陳勝利、李炳言[1]將廢混凝土和廢燒結(jié)磚等建筑垃圾研磨成粉，然后再添加一定量的固化劑，加水混合攪拌均勻后，在一定的壓力下成型，自然養(yǎng)護(hù)就可得到免燒免蒸磚。

張義利[2]則將廢棄混凝土再生成不同級(jí)配的細(xì)集料，采用水玻璃、石膏和礦渣混合材料作為膠凝性材料，然后加水?dāng)嚢?，試壓成型，最后自然養(yǎng)護(hù)。結(jié)果表明28d的再生磚平均強(qiáng)度約為25MPa，強(qiáng)度來(lái)源主要為膠凝材料的水化產(chǎn)物。

徐麗娜、張豐慶等[3]將廢棄混凝土先進(jìn)行預(yù)處理，待混凝土高溫裂解后，再破碎、粉末成廢棄混凝土粉，然后添加適量的激發(fā)劑、活性混合材混合均勻，和水?dāng)嚢?，試壓成型，制得再生磚。再生磚的抗壓性能、耐久性等相關(guān)指標(biāo)符合MU20標(biāo)號(hào)磚的要求；在25~90℃范圍內(nèi)低溫水熱固化時(shí)，抗壓性能隨養(yǎng)護(hù)溫度的升高逐漸增強(qiáng)，達(dá)到最佳抗壓性能時(shí)所需時(shí)長(zhǎng)也越相應(yīng)縮短。

將廢棄混凝土再生為砂漿砌塊，有一定的合理性，但是這些再生產(chǎn)品性能深受成型壓力、養(yǎng)護(hù)制度（溫度、時(shí)間）、再生骨料性能等因素的影響，質(zhì)量不穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)性不高，有待進(jìn)一步探索。

2.2 硅酸鹽制品

混凝土組成成分可以分為粗骨料、細(xì)骨料、膠凝材料、水和外加劑。混凝土硬化過(guò)程中，膠凝材料在水化作用下，大部分水化生成硅酸鹽類(lèi)、氯酸鹽類(lèi)等凝膠，起到膠結(jié)作用，但通常會(huì)遺留下一部分未水化的膠凝材料；另外就是已經(jīng)水化生成的凝膠也會(huì)在研磨、加熱等條件下，脫水后重新獲得再水化能力。外加上原混凝土中未反應(yīng)的骨料，經(jīng)研磨后具有硅質(zhì)原料和鈣質(zhì)原料，這兩部分原料的活性很低，通常需要經(jīng)過(guò)一系列的復(fù)合激發(fā)措施，才能使其具備活性。在這基礎(chǔ)上，可通過(guò)增加適當(dāng)?shù)幕钚孕Ｕ险{(diào)節(jié)鈣硅比，用來(lái)制備硅酸制品。

通過(guò)研磨處理后的廢棄混凝土，可以通過(guò)篩分，分離生產(chǎn)我們所需要的骨料、再生微粉，或者直接研磨到一顆粒級(jí)配作為再生原料使用。大批學(xué)者研究了采用部分再生廢棄混凝土產(chǎn)品、或全組分再生混凝土作為原料，根據(jù)實(shí)際需要增添普通膠凝材料，輔以不用的堿激發(fā)方案，蒸壓養(yǎng)護(hù)措施，成功制備了符合相關(guān)技術(shù)性能的塊狀產(chǎn)品。例如，馬保國(guó)等[4]利用部分篩分的再生混凝土制品成功制備了強(qiáng)度MU15的承重墻體磚，其廢棄物總用量高達(dá)95%；佟鈺、田鑫等[5]利用全組分廢棄混凝土作為原料成功制備了具有高性能力學(xué)強(qiáng)度的塊料產(chǎn)品。

利用廢棄混凝土再生產(chǎn)品作為原料來(lái)制備硅酸制品在技術(shù)上是可行的，但是產(chǎn)品性能深受配料比、堿激劑種類(lèi)、成型壓力、蒸養(yǎng)制度（蒸養(yǎng)溫度、蒸養(yǎng)時(shí)間）的影響。原材料配比是決定產(chǎn)品性能的決定因素，它決定著水熱固化后膠凝材料結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量的上限；蒸養(yǎng)溫度可以決定膠凝材料水化后種類(lèi)的類(lèi)別以及生成的速率；蒸養(yǎng)時(shí)間在一定程度上直接決定水化凝膠的產(chǎn)量；試壓成型的壓力對(duì)硅酸制品塊料強(qiáng)度有一定的影響，它決定了塊料初始強(qiáng)度的大小，對(duì)塊料后期強(qiáng)度的發(fā)展有一定的影響。

3 再生微粉活性激發(fā)

廢棄混凝土的主要成分為水泥石、石灰石顆粒，含有未水化的水泥顆粒，具有潛在的活性，在本質(zhì)上有被利用的價(jià)值。因此，選擇高效、經(jīng)濟(jì)的活性激發(fā)方式，成為廢棄混凝土再生利用的技術(shù)突破口。

目前為止，再生微粉的活性激發(fā)方式主要有三種，分別為物理激發(fā)、化學(xué)激發(fā)和復(fù)合激發(fā)。物理激發(fā)主要是通過(guò)改變研磨時(shí)間、研磨方式及養(yǎng)護(hù)制度（溫度、時(shí)間）來(lái)激發(fā)再生微粉的活性。

研磨時(shí)間、研磨方式的對(duì)再生微粉活性的影響主要體現(xiàn)在廢棄混凝土中再生活性材料在內(nèi)化學(xué)力的作用下，活性材料的比表面逐漸增大，被包裹的活性材料得以釋放，發(fā)揮活性作用。同一研磨方式下，活性激發(fā)的效果有一個(gè)最經(jīng)濟(jì)的時(shí)間點(diǎn)，超過(guò)這個(gè)時(shí)間點(diǎn)后，活性不再增加。例如，徐如林[6]與郅真真、蹇守衛(wèi)等[7]研究了粉磨時(shí)間對(duì)建筑垃圾粉料激發(fā)效果。試驗(yàn)表明：粉料砂漿的抗折、抗壓強(qiáng)度隨粉磨時(shí)間的增加呈現(xiàn)先增加后平緩的趨勢(shì)，當(dāng)粉磨時(shí)間超過(guò)40min后，強(qiáng)度基本不再增加。物理研磨這種激活模式對(duì)再生微粉活性激發(fā)的效果有限，并且往往是不經(jīng)濟(jì)的，效果有限。

養(yǎng)護(hù)制度對(duì)再生微粉活性激發(fā)的效果比較明顯，他能較大程度的激活火山灰反應(yīng)的進(jìn)程，打破活性材料間的物質(zhì)隔離，破壞顆粒表面的堅(jiān)硬外殼，加速硅、鋁的溶解以及鈣離子的滲透，生成更多的膠凝材料，使內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加牢固。郅磊[8]采用50%的混凝土粉料、2%的Ca（OH）2和0.6的水灰比進(jìn)行配料，然后研究了蒸養(yǎng)溫度對(duì)廢棄混凝土粉料活性的影響，結(jié)果表明：在一定的溫度范圍內(nèi)，蒸養(yǎng)溫度的提高的確可以有效提高再生產(chǎn)品的力學(xué)性能。然而，采取煅燒的方式不能有效提高廢棄混凝土燒結(jié)建材制品的性能，因?yàn)閺U棄混凝土等建筑垃圾中含有較多的石灰石質(zhì)原料，其高溫下生成CaO等產(chǎn)物，在大氣中使燒結(jié)制品產(chǎn)生石灰爆裂，不能用來(lái)生產(chǎn)燒結(jié)磚[9]。

化學(xué)激發(fā)可以高效激活惰性材料的活性，迅速破解活性材料之間的物質(zhì)隔離，并且能夠有效改變膠凝材料的結(jié)構(gòu)形式，激活效果明顯，但是其堿激發(fā)劑種類(lèi)對(duì)堿激發(fā)效果影響比較大。例如，郝先成等人研究了建筑垃圾粉料在堿激發(fā)條件下取代50%膠凝材料時(shí)的活性指數(shù)，并進(jìn)行活性評(píng)定。結(jié)果表明：在取代50%膠凝材料時(shí)，當(dāng)Ca（OH）2的摻量為3.5%、NaOH摻量為4%、Na2CO3摻量為3.5%或Na2SiO3·9H2O摻量為5%時(shí)，均對(duì)建筑垃圾粉料有明顯激發(fā)作用，28d活性指數(shù)最大可70MPa。其微觀機(jī)理是：在OH-的作用下，建筑垃圾粉料顆粒表面的SiO2和Al2O3鍵斷裂，SiO2、Al2O3網(wǎng)絡(luò)聚合體的聚合度降低，表面形成游離的不飽和活性鍵，容易與Ca（OH）2反應(yīng)生成水化硅酸鈣和水化硅酸鋁等膠凝性產(chǎn)物[10]。

廢棄混凝土再生利用的關(guān)鍵技術(shù)在于潛在活性材料的激活，這涉及一個(gè)系統(tǒng)性處理的問(wèn)題。單一的激活措施，要么效果不理想，要么成本較高。工業(yè)化產(chǎn)品化生產(chǎn)需要一個(gè)系統(tǒng)性的優(yōu)選，涉及廢棄混凝土收集、粉碎研磨工藝優(yōu)選、復(fù)合堿激發(fā)劑的優(yōu)化、養(yǎng)護(hù)制度的優(yōu)選，以期降低能耗，提高產(chǎn)品性能，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝流程，提高經(jīng)濟(jì)賦值，只有這樣才能產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，投放市場(chǎng)。

4 總結(jié)與展望

隨著黏土資源的匱乏和廢棄混凝土再生利用的迫切性，將廢棄混凝土作為再生磚的生產(chǎn)原料，在利廢的同時(shí)還可以取得相當(dāng)好的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。利用廢棄混凝土生產(chǎn)再生制品，工藝簡(jiǎn)單并且見(jiàn)效比較快，但是面臨著一些關(guān)鍵性的難題，比如再生磚的性能不穩(wěn)定、缺乏相關(guān)的行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及市場(chǎng)推廣力度，這同時(shí)也對(duì)我們提出了更高的要求。

廢棄混凝土再生制品的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，需要大量的研發(fā)資金和政府獎(jiǎng)勵(lì)政策以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，只有這樣廢棄混凝土再生制品才能推廣開(kāi)，產(chǎn)生預(yù)期的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。

隨著相關(guān)難題的逐漸解決，我們可以預(yù)見(jiàn)，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，利用廢棄混凝生產(chǎn)的再生制品也將迸發(fā)出蓬勃的生命力，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。