RAC在西藏高原環(huán)境下的可行性分析

摘要：文章論述了西藏高原地區(qū)發(fā)展RAC的必要性，從技術(shù)層面論證了RAC抗凍性能和抗碳化性能及在西藏高原環(huán)境下的應(yīng)用可行性，結(jié)合價(jià)值工程論證了RAC在西藏高原環(huán)境下的經(jīng)濟(jì)合理性。

[基金項(xiàng)目]西藏民族大學(xué)科研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：19MDQ04）

[作者簡(jiǎn)介]張曉（1990—），男，碩士，講師，研究方向?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加固。

貫徹新發(fā)展理念，著眼西藏建筑行業(yè)，根據(jù)西藏自治區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳發(fā)布[1]，對(duì)于建筑材料要求規(guī)定：“嚴(yán)禁采用高能耗、污染超標(biāo)及國(guó)家和地方限制使用或淘汰的材料”，“提高材料的使用效率”，“優(yōu)先采用獲得綠色標(biāo)識(shí)的綠色材料及制品”。再生混凝土（RAC）作為一種綠色建材，可以有效解決大量建筑垃圾填埋占用土地資源、降低土壤質(zhì)量、破壞市容市貌等問(wèn)題。高原環(huán)境下RAC的應(yīng)用從一定意義上不僅可以加快區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)，而且對(duì)于區(qū)域建筑行業(yè)的發(fā)展也是一個(gè)新的契機(jī)。

1 高原發(fā)展RAC的必要性

如表1所示，對(duì)比了西藏地區(qū)2016—2019年水泥鋼筋消耗量、年鋼筋消耗量和木材消耗量，西藏地區(qū)逐漸從木結(jié)構(gòu)、土石結(jié)構(gòu)、木石結(jié)構(gòu)開始向鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化。特別是縣城以上人口較為密集的地方，主要結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)增加的同時(shí)暴露出混凝土材料的缺口也在增大。區(qū)內(nèi)混凝土主要材料多半以上要靠區(qū)外運(yùn)輸，據(jù)調(diào)查，區(qū)內(nèi)石材70 %～80 %從區(qū)外運(yùn)輸，年水泥消耗量遠(yuǎn)大于生產(chǎn)量，每年缺口逐漸增大，供求矛盾日益突出。

近年來(lái)，隨著建設(shè)量的增大建筑垃圾也有所增加。從2016—2019年以來(lái)，西藏自治區(qū)房屋建筑竣工量大致呈增加趨勢(shì)，同比增長(zhǎng)20.1 %～49.6 %不等。4年竣工量累計(jì)721.86×104 m2，按照每1×104 m2建筑建設(shè)期產(chǎn)生550 t建筑垃圾來(lái)進(jìn)行計(jì)算，因新建建筑產(chǎn)生建筑垃圾就有39.71×104 t，按照1/3的拆除新建比率和每萬(wàn)平建筑拆除所產(chǎn)生7 000 t建筑垃圾來(lái)計(jì)算，因廢舊建筑物拆除產(chǎn)生的垃圾將近166.1×104 t，4年總建筑垃圾產(chǎn)量可達(dá)205.81×104 t。與此同時(shí)，建筑垃圾破碎再利用技術(shù)在西藏已有雛形。拉薩市建筑與裝潢垃圾資源化處理中心在2020年7月已投入使用，預(yù)計(jì)年處理30×104 t建筑垃圾，實(shí)現(xiàn)98 %的建筑垃圾高效利用率。因此，再生混凝土在西藏地區(qū)的發(fā)展不僅能夠解決區(qū)內(nèi)混凝土缺口問(wèn)題，同時(shí)能夠提升高原建筑垃圾循環(huán)利用率，促進(jìn)高原建筑行業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。

2 技術(shù)層面可行性

在力學(xué)性能方面，當(dāng)按照規(guī)定的再生粗骨料類別要求和取代率配置RAC，其標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊抗壓和抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與普通混凝土可以達(dá)到一致，彈性模量相對(duì)略小[2]，但相差不大。西藏地處高原環(huán)境，特別是阿里、那曲等地區(qū)海拔均在4 500 m以上，常年大風(fēng)，氣溫較低，冬季氣溫可能在-30～-40℃，RAC能否在西藏很好利用，其抗凍性和抗碳化性顯得尤為重要。

普通情況下，由于拆除建筑垃圾主要組分是混凝土、砂漿和磚塊，這些材料與天然骨料的母巖相比，通常內(nèi)部孔隙要大得多，使得RAC的抗凍性隨著再生粗骨料取代率的增加而變差，但摻入相應(yīng)添加劑后，RAC的抗凍性能卻可以比及普通混凝土。研究表明：當(dāng)再生粗骨料取代率小于50 %時(shí)循環(huán)凍融下抗凍性降低程度不是很明顯[3];當(dāng)在再生粗骨料取代率為50 %的RAC中摻加引氣劑，抗凍性能可以等同于普通混凝土[4]。模擬高原環(huán)境下實(shí)際施工中的低溫養(yǎng)護(hù)環(huán)境，將加入YJ-4型防凍劑（摻量為水泥用量的1 %，由北京紐維勛公司生產(chǎn)）的RAC在（-10±1） ℃下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)28天齡期后，對(duì)比同樣養(yǎng)護(hù)條件下的普通混凝土，研究表明：YJ-4型防凍劑可以提高凍融試驗(yàn)后的抗壓強(qiáng)度10 %～20 %[5]。同時(shí)，再生骨料的種類對(duì)混凝土的抗凍性能也會(huì)產(chǎn)生影響。試驗(yàn)表明，采用50 %的GB/T 25177-2010《混凝土用再生骨料》中規(guī)定的Ⅰ類骨料配置的RAC，抗凍性能優(yōu)于普通混凝土，300次凍融循環(huán)下，質(zhì)量損失率小于5 %。同樣，RAC的抗碳化性能與普通混凝土具有略微的差距，但當(dāng)選用顆粒級(jí)配良好的再生粗骨料，摻入粉煤灰、礦渣微粉（摻量為50 %）的細(xì)骨料，控制再生粗骨料取代率在30 %以內(nèi)，RAC的抗碳化性與普通混凝土基本相同[6]。另外，高效減水劑和廢棄纖維的摻入也可以增加RAC的抗碳化性，且纖維長(zhǎng)度越長(zhǎng)，增強(qiáng)效果越明顯[7]。

因此，RAC在進(jìn)行生產(chǎn)的過(guò)程中，滿足幾點(diǎn)將有利于其在高原上發(fā)展：①通過(guò)工廠破碎后篩分控制再生骨料的品質(zhì)為Ⅱ類及以上;②增加防凍劑或引氣劑等措施，根據(jù)種類不同，摻量控制為為1 %～5 %;③嚴(yán)格控制再生混凝土工程施工季節(jié)氣溫環(huán)境，保證施工溫度處于5 ℃之上;④控制再生骨料取代率在30 %以內(nèi)。

3 價(jià)值工程分析

就材料成本分析，經(jīng)研究：C40及以下RAC比對(duì)應(yīng)普通混凝土從材料成本上節(jié)約了8.03 %～16.80 %，結(jié)合市場(chǎng)上RAC和普通混凝土售價(jià)分析，RAC利潤(rùn)率最高可以達(dá)到55.39 %[9-10]。結(jié)合西藏2020年造價(jià)信息，以拉薩為例，對(duì)比每1 m2 C30普通混凝土和摻有防凍劑RAC的材料成本如表2所示。其中再生骨料取代率為30 %，防凍劑摻量為水泥量的1 %。通過(guò)表格可以看出，在普通混凝土直接材料費(fèi)用為498.85 元/m3，RAC直接材料費(fèi)用為474.01 元/m3，考慮到普通混凝土到建筑垃圾場(chǎng)存在儲(chǔ)存費(fèi)用，按照每8元/m3增加成本，普通混凝土直接材料費(fèi)用為506.85元/m3，RAC節(jié)約材料成本6.78 %。

綜合混凝土的環(huán)保性能，利用價(jià)值工程分析對(duì)比如上RAC（再生骨料取代率為30%）和普通混凝土，結(jié)合西藏高原環(huán)境實(shí)際使用過(guò)程中的情況給出個(gè)功能要求，并利用環(huán)比評(píng)分法（DARE法）確定出功能權(quán)重，根據(jù)文獻(xiàn)[11-14]對(duì)RAC和普通混凝土力學(xué)性能、耐久性能研究結(jié)果進(jìn)行打分評(píng)價(jià)，最終結(jié)果如表3所示。

綜合表2數(shù)據(jù)，根據(jù)式（1）～式（3）得出再生混凝土和普通混凝土功能系數(shù)、成本系數(shù)和價(jià)值系數(shù)如表4所示。

式中：F為功能系數(shù)，A為加權(quán)得分，i=1，為普通混凝土，i=2，為再生混凝土。

式中：C為成本系數(shù)，B為總成本，i=1，為普通混凝土，i=2，為再生混凝土。

V=F/C（3）

V為價(jià)值系數(shù)。

由此可見，從價(jià)值工程層面再生混凝土優(yōu)于普通混凝土，再生混凝土在西藏高原環(huán)境下發(fā)展具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語(yǔ)

RAC再生混凝土作為一種綠色建材可以填補(bǔ)西藏高原地區(qū)石材缺口，提高高原建筑垃圾的循環(huán)利用率。當(dāng)RAC采用再生骨料的品質(zhì)為Ⅱ類及以上，且取代率在30 %以內(nèi)時(shí)，通過(guò)增加防凍劑或引氣劑等措施，確保施工溫度處于0 ℃之上可以使得RAC在高原上得以應(yīng)用。同時(shí)，區(qū)內(nèi)RAC從價(jià)值工程層面由于普通混凝土，以其良好的經(jīng)濟(jì)性和性價(jià)比可以為高原建筑業(yè)的良好快速發(fā)展提供有利條件。

參考文獻(xiàn)

[1] 西藏自治區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳. 西藏自治區(qū)綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)： DBJ540002-2018[S].

[2] 上海市建設(shè)和交通委員會(huì). 再生混凝土應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)： DG/TJ08-2018-2007 [S]. 上海： 同濟(jì)大學(xué)出版社， 2007.

[3] 高翔.骨料添加對(duì)再生混凝土抗凍性能的影響[J].粉煤灰綜合利用，2019（2）：39-41+45.

[4] 高曉悅.引起再生混凝土路用抗凍耐久性研究[D].西安：西安工業(yè)大學(xué)，2020.6.

[5] 覃銀輝，鄧壽昌，張學(xué)兵.再生混凝土與普通混凝土抗凍性能的比較[J].混凝土，2007（7）：34-36.

[6] 黃辰玉.大摻量礦物摻合料再生混凝土力學(xué)性能和抗碳化性能的試驗(yàn)研究[J].福州建設(shè)科技，2020.（2），31-34.

[7] 陸佳韋.廢棄纖維再生混凝土的碳化性能研究[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)科技大學(xué)，2019.

[8] 謝棟城.再生混凝土經(jīng)濟(jì)性分析與發(fā)展建議研究[J].工程經(jīng)濟(jì)，2020（9）：77-80.

[9] 黃文杰.基于價(jià)值工程法的再生混凝土經(jīng)濟(jì)分析[J].低溫建筑技術(shù)，2015（6）：150-152.

[10] 金莉.再生混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J].新型建筑材料，2006（7）：11-13.

[11] 趙明等.再生混凝土耐久性研究進(jìn)展[J].粉煤灰綜合利用，2014（1）：45-48.

[12] 汪東奇等.再生混凝土耐久性研究綜述[J].人民長(zhǎng)江，2013（6）：164-167.

[13] 趙海燁等.再生混凝土力學(xué)性能綜述[J].建筑安全，2021（5）：49-52.

[14] 冀彩云.基于價(jià)值工程的再生保溫混凝土經(jīng)濟(jì)分析[J].土木工程與管理學(xué)報(bào)，2021（1）：79-85.