建筑垃圾再生骨料在房建中应用

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摘要：主要介绍了我国建筑垃圾目前所处的现状，分析了近些年我国关于再生混凝土不同取代率、粒径对再生骨料混凝土性质的影响以及再生骨料房建应用中各部位构件性能的研究进展。探讨阻碍建筑垃圾再生骨料房建应用的突出问题，并从一些方面提出了建议，为建筑垃圾再生骨料房建应用提供一定的借鉴。

关键词：再生骨料；房屋建设；构件性能；应用

0前言

近些年，我国的建筑行业发展迅速，所取得的成果令人瞩目，但随之产生的建筑垃圾数量逐年增加、无法处理的问题逐步凸显。在2015年北京举办的建筑垃圾资源化利用大会上有学者统计近些年我国建筑垃圾年产生总量近35亿t，同时我国建筑垃圾每年仍以16％增量逐年增加。这些建筑垃圾能否妥善处理成为我国建筑行业健康发展的重要问题，同时也是成为城市的发展的主要难题之一。图1为建筑垃圾资源浪费常见场景。建筑垃圾的主要成分是砾石、砂和其他骨料。将这些材料进行回收利用，制成再生骨料（见图2）用于建筑工程，既可以减少当前建筑工程所需要的石块开采，又可以解决城市建筑垃圾对环境所造成的污染。因此，建筑垃圾资源化利用无论从环境、资源、能源、经济等角度，对建设绿色社会都有很大帮助。

1再生骨料混凝土研究

2011年，关于再生骨料应用的《再生骨料应用技术规程》（JGJ／T240—2011）［1］，规定了再生骨料应用的基本规定和技术要求。2017年编制的《建筑业10项新技术》。其中，规定再生骨料混凝土技术成为混凝土的一种新技术，应逐步开展相关应用和产业发展。我国的环境、资源压力正逐步加大，应努力寻找合适的非天然骨料作为工程建设天然骨料的替代，而再生骨料未来将成为重要替代，表1为再生骨料与天然骨料的特性对比有研究认为再生混凝土抗压强度随水灰比的增大而降低，增大再生粗骨料取代率将会降低再生混凝土的力学性能［2］。对不同取代率下再生混凝土进行抗压强度研究分析得到在再生骨料取代率为50％时再生骨料混凝土的抗压强度较高［3］。通过对五种不同级配的再生混凝土的试验研究，发现粒径较小的再生粗骨料有利于提高混凝土的强度［4］。通过设计研究了再生骨料混凝土在不同再生骨料取代率下的抗压强度。结果如图3所示。当再生骨料粒径为5．0～10．0mm时，混凝土抗压强度随取代率的增加而降低；当连续粒径为16．0～31．5、5．0～31．5mm时，抗压强度随取代率的增加先增大后减小，50％左右的取代率为抗压强度的转折点［5］。

2再生骨料高性能建筑构件研究

为了解再生骨料的房建应用前景，不断有学者开展关于房屋构件梁、板、柱、墙体的受力、形变、抗震、寿命等相关特性的研究。

2．1再生骨料建筑构件梁的研究

通过对再生骨料混凝土以及再生骨料混凝土梁的一系列研究，结果表明普通混凝土的抗剪强度高于再生骨料混凝土，如图4～5所示，在再生骨料混凝土梁的刚度随着混凝土中再生骨料的增加而略有降低，但再生骨料的变形、破坏与普通混凝土相似，能满足实际工程要求，并提出关于再生骨料混凝土梁技术经济实现的可行方案［6］。通过对不同替代率的再生骨料梁进行抗弯性能研究，得出再生骨料梁与普通梁受弯破坏过程的差异不大，同时分析再生骨料梁承载力和抗裂性能研究，结果显示性能均满足现行房屋建设施工要求，表明再生混凝土梁用于房建符合安全标准［7］。图6为再生骨料混凝土梁实验图。

2．2再生骨料建筑构件板的研究

有学者通过集中荷载作用对再生骨料混凝土板进行研究，如图7所示。得出不同取代率再生骨料混凝土板开裂荷载和极限荷载都有不同程度的降低，但是受力过程曲线大致与普通混凝土板一致，都存在弹塑性和屈服阶段；用ANSYS对再生骨料混凝土板进行了弯矩分析，得出再生骨料混凝土板的弯矩计算公式与普通混凝土板的弯沉曲线吻合较好［8］。通过对再生骨料混凝土板力学性能的试验研究和再生骨料混凝土板工程实例的实测，证实再生骨料混凝土板的力学性能满足《建筑隔墙用轻质条板》（JG／T169—2016）的要求，同时再生骨料混凝土板具有隔声、隔热、耐腐蚀、表面光滑、成本低等特点，在实际工程中完全可行［9］。

2．3再生骨料建筑构件柱的研究

在再生骨料混凝土柱与普通混凝土柱进行轴心、偏心受压对比实验中，如图8为轴心受压实验数据分析，可以看出不同取代率再生骨料混凝土柱的荷载－应变曲线走势大致相同，随着荷载的不断增大，曲线斜率逐渐变小，同时对再生骨料混凝土柱进行侧向挠度实验，分析得到再生骨料混凝土柱不会因构件中再生骨料替代率的增加发生较大变化［10］不断有学者通过大量试验，系统研究了再生骨料混凝土梁柱节点的抗震性能，并总结出再生混凝土梁柱节点不同轴压比下的抗震性能，分析房建领域下实施再生骨料混凝土梁柱的可行性［11］。

2．4再生骨料建筑构件墙的研究

通过设计实验对比再生骨料混凝土剪力墙与普通混凝土剪力墙在力学特性和延展性方面的差异，结果如图9所示。再生混凝土剪力墙与普通混凝土剪力墙有着大致相同的承载力、刚度特性。同时也对不同取代率的混凝土墙进行延性实验，结果如表2所示，随着再生骨料取代率逐渐增加，墙的弹塑性最大位移和墙的延性都会有所下降，在工程中应根据实际需要选择合适的取代率［12］。通过性能增强材料对再生骨料混凝土框架进行性能增强后再生骨料混凝土框架结构损伤明显降低，再生骨料混凝土框架关键部位寿命明显提升［13］表2中，Uc为表示墙体开裂水平位移；Uz为墙体正负两向屈服水平位移平均值；Ur为墙体正负两向弹塑性最大位移的均值。有学者通过对再生骨料混凝土框架、框架－剪力墙、长柱等多种类型房建构件进行抗震研究［14］。结果显示，随着再生骨料混凝土房建构件中再生骨料含量的增加，构件的抗震性能逐渐降低。通过软件对比分析再生骨料房建构件与普通房建构件的结构性能，表明不同类型再生骨料房建构件均具有良好的抗震性能，可应用于较高城市楼层建设使用。图10为再生骨料混凝土墙。

3再生骨料应用经济效益分析

现在的研究如果仅从市场盈利的方面来看，再生骨料的生产利润很低，但随着生产工艺的改进以及对环境保护意识的加强，再生混凝土的综合经济效益潜力无限。Toši′C等［15］通过对建筑材料经济研究，得到了建筑材料的成本计算方法，如式（1）～（3）所示。RefC＝Ec＋Cm（1）Ec＝ReC＋Ct（2）Ct＝Dt×Cd（3）式中，RefC为成本，Ec为生产成本；Cm为管理成本；ReC为回收成本；Ct为废物运输成本；Dt为行驶距离；Cd为每单位距离成本。通过上式进行计算，得到西班牙再生混凝土的成本为46．55?／m3，而普通混凝土则为60．51?／m3。因此，再生混凝土具有很好的经济效益。

4再生骨料房建产品化应用的问题和措施

4．1再生骨料房建产品化应用存在的问题

1）建筑垃圾集中化困难。虽然我国每年都会产生大量的建筑垃圾资源等待被利用，但大部分建筑垃圾被简单利用甚至填埋处理，而大规模的商业化回收并最终制成再生骨料混凝土产业发展缓慢。这导致再生骨料企业的原材料来源和数量不稳定。2）缺乏相关技术标准。拥有再生骨料产品标准，方可约束和引导再生骨料产品品质，在社会上推广再生骨料房建产品。目前再生骨料的标准较为模糊，无法对再生骨料产品进行推广。同时，如何制定相关标准，在给定成本下合理分类建筑垃圾等级也是制约再生骨料产品生产的关键问题。3）再生骨料产品尚存在的技术问题。再生骨料产品存在能否胜任普通混凝土的力学特性、抗震、抗压等问题。此外，对再生骨料生产厂家缺少产业标准化监督，再生骨料产品质量无法统一，难以让建筑单位放心使用。4）再生骨料产品的一致性和稳定性问题。在推广再生骨料产品在住宅建设中的应用时，控制市场上生产的再生骨料产品的一致性和稳定性是非常重要的。要对企业进行认证，提高再生骨料建筑产品的认可度。

4．2再生骨料房建产品化应用的可行性措施

1）加速建筑垃圾系统回收进程。加快建立建筑垃圾源头回收体系，按照标准严格分类，开发和引入现代化建筑垃圾破碎、分拣设备，提高回收效率。同时要求房建单位在新建和改扩建房屋时，对产生的废弃建筑垃圾进行回收利用。2）完善再生骨料市场营运政策体系。我们可以参考发达国家在再生骨料利用制度方面的相关政策，完善我国相应的法律制度，制定再生骨料房屋建筑生产的精细标准，使建筑垃圾再生利用的全过程、各方面都有法可依。同时，也可以出台相关的地方政策，引导地方政府开展再生骨料房建应用的生产建设。3）加大对再生骨料产品的扶持力度。大力扶持再生骨料企业发展，促进企业技术研发、设备改进和产品推广。再生骨料的利用对环境保护具有重要意义。政府应制定相应的建造或购房减免税政策，以促使社会积极选择能耗较低的再生骨料产品用于住宅建设。4）加大宣传引导工作。公众对再生骨料在住宅建设中应用的认可程度影响该产业在社会上的发展。政府应加强再生骨料应用的宣传力度，强化公众对建筑垃圾再生骨料住宅的认识。提高公众对环境和资源危机的认识，从而促进再生骨料产业的发展。

5结论

大力研究和发展住宅建筑再生骨料技术，回收建筑垃圾，这对保护我国资源具有重要的战略意义，环境问题也将得到有效缓解。这也符合社会资源可持续发展的战略需要，对减少建设项目投资具有重大效益。政府必须在再生骨料住宅建设的应用和推广中发挥主导作用，制定相应的标准规范，开展相关活动，促进产业链的形成和发展；重视再生骨料在住宅建设中的应用。

作者:孙飞 孙金钊 高强 钟艺宁 黄钰程 单位:江苏建院营造股份有限公司 苏州大学