建筑垃圾再生骨料在房建中應(yīng)用

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摘要：主要介紹了我國建筑垃圾目前所處的現(xiàn)狀，分析了近些年我國關(guān)于再生混凝土不同取代率、粒徑對再生骨料混凝土性質(zhì)的影響以及再生骨料房建應(yīng)用中各部位構(gòu)件性能的研究進(jìn)展。探討阻礙建筑垃圾再生骨料房建應(yīng)用的突出問題，并從一些方面提出了建議，為建筑垃圾再生骨料房建應(yīng)用提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：再生骨料；房屋建設(shè)；構(gòu)件性能；應(yīng)用

0前言

近些年，我國的建筑行業(yè)發(fā)展迅速，所取得的成果令人矚目，但隨之產(chǎn)生的建筑垃圾數(shù)量逐年增加、無法處理的問題逐步凸顯。在2015年北京舉辦的建筑垃圾資源化利用大會(huì)上有學(xué)者統(tǒng)計(jì)近些年我國建筑垃圾年產(chǎn)生總量近35億t，同時(shí)我國建筑垃圾每年仍以16％增量逐年增加。這些建筑垃圾能否妥善處理成為我國建筑行業(yè)健康發(fā)展的重要問題，同時(shí)也是成為城市的發(fā)展的主要難題之一。圖1為建筑垃圾資源浪費(fèi)常見場景。建筑垃圾的主要成分是礫石、砂和其他骨料。將這些材料進(jìn)行回收利用，制成再生骨料（見圖2）用于建筑工程，既可以減少當(dāng)前建筑工程所需要的石塊開采，又可以解決城市建筑垃圾對環(huán)境所造成的污染。因此，建筑垃圾資源化利用無論從環(huán)境、資源、能源、經(jīng)濟(jì)等角度，對建設(shè)綠色社會(huì)都有很大幫助。

1再生骨料混凝土研究

2011年，關(guān)于再生骨料應(yīng)用的《再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ／T240—2011）［1］，規(guī)定了再生骨料應(yīng)用的基本規(guī)定和技術(shù)要求。2017年編制的《建筑業(yè)10項(xiàng)新技術(shù)》。其中，規(guī)定再生骨料混凝土技術(shù)成為混凝土的一種新技術(shù)，應(yīng)逐步開展相關(guān)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我國的環(huán)境、資源壓力正逐步加大，應(yīng)努力尋找合適的非天然骨料作為工程建設(shè)天然骨料的替代，而再生骨料未來將成為重要替代，表1為再生骨料與天然骨料的特性對比有研究認(rèn)為再生混凝土抗壓強(qiáng)度隨水灰比的增大而降低，增大再生粗骨料取代率將會(huì)降低再生混凝土的力學(xué)性能［2］。對不同取代率下再生混凝土進(jìn)行抗壓強(qiáng)度研究分析得到在再生骨料取代率為50％時(shí)再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度較高［3］。通過對五種不同級配的再生混凝土的試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)粒徑較小的再生粗骨料有利于提高混凝土的強(qiáng)度［4］。通過設(shè)計(jì)研究了再生骨料混凝土在不同再生骨料取代率下的抗壓強(qiáng)度。結(jié)果如圖3所示。當(dāng)再生骨料粒徑為5．0～10．0mm時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度隨取代率的增加而降低；當(dāng)連續(xù)粒徑為16．0～31．5、5．0～31．5mm時(shí)，抗壓強(qiáng)度隨取代率的增加先增大后減小，50％左右的取代率為抗壓強(qiáng)度的轉(zhuǎn)折點(diǎn)［5］。

2再生骨料高性能建筑構(gòu)件研究

為了解再生骨料的房建應(yīng)用前景，不斷有學(xué)者開展關(guān)于房屋構(gòu)件梁、板、柱、墻體的受力、形變、抗震、壽命等相關(guān)特性的研究。

2．1再生骨料建筑構(gòu)件梁的研究

通過對再生骨料混凝土以及再生骨料混凝土梁的一系列研究，結(jié)果表明普通混凝土的抗剪強(qiáng)度高于再生骨料混凝土，如圖4～5所示，在再生骨料混凝土梁的剛度隨著混凝土中再生骨料的增加而略有降低，但再生骨料的變形、破壞與普通混凝土相似，能滿足實(shí)際工程要求，并提出關(guān)于再生骨料混凝土梁技術(shù)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)的可行方案［6］。通過對不同替代率的再生骨料梁進(jìn)行抗彎性能研究，得出再生骨料梁與普通梁受彎破壞過程的差異不大，同時(shí)分析再生骨料梁承載力和抗裂性能研究，結(jié)果顯示性能均滿足現(xiàn)行房屋建設(shè)施工要求，表明再生混凝土梁用于房建符合安全標(biāo)準(zhǔn)［7］。圖6為再生骨料混凝土梁實(shí)驗(yàn)圖。

2．2再生骨料建筑構(gòu)件板的研究

有學(xué)者通過集中荷載作用對再生骨料混凝土板進(jìn)行研究，如圖7所示。得出不同取代率再生骨料混凝土板開裂荷載和極限荷載都有不同程度的降低，但是受力過程曲線大致與普通混凝土板一致，都存在彈塑性和屈服階段；用ANSYS對再生骨料混凝土板進(jìn)行了彎矩分析，得出再生骨料混凝土板的彎矩計(jì)算公式與普通混凝土板的彎沉曲線吻合較好［8］。通過對再生骨料混凝土板力學(xué)性能的試驗(yàn)研究和再生骨料混凝土板工程實(shí)例的實(shí)測，證實(shí)再生骨料混凝土板的力學(xué)性能滿足《建筑隔墻用輕質(zhì)條板》（JG／T169—2016）的要求，同時(shí)再生骨料混凝土板具有隔聲、隔熱、耐腐蝕、表面光滑、成本低等特點(diǎn)，在實(shí)際工程中完全可行［9］。

2．3再生骨料建筑構(gòu)件柱的研究

在再生骨料混凝土柱與普通混凝土柱進(jìn)行軸心、偏心受壓對比實(shí)驗(yàn)中，如圖8為軸心受壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，可以看出不同取代率再生骨料混凝土柱的荷載－應(yīng)變曲線走勢大致相同，隨著荷載的不斷增大，曲線斜率逐漸變小，同時(shí)對再生骨料混凝土柱進(jìn)行側(cè)向撓度實(shí)驗(yàn)，分析得到再生骨料混凝土柱不會(huì)因構(gòu)件中再生骨料替代率的增加發(fā)生較大變化［10］不斷有學(xué)者通過大量試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了再生骨料混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能，并總結(jié)出再生混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)不同軸壓比下的抗震性能，分析房建領(lǐng)域下實(shí)施再生骨料混凝土梁柱的可行性［11］。

2．4再生骨料建筑構(gòu)件墻的研究

通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對比再生骨料混凝土剪力墻與普通混凝土剪力墻在力學(xué)特性和延展性方面的差異，結(jié)果如圖9所示。再生混凝土剪力墻與普通混凝土剪力墻有著大致相同的承載力、剛度特性。同時(shí)也對不同取代率的混凝土墻進(jìn)行延性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表2所示，隨著再生骨料取代率逐漸增加，墻的彈塑性最大位移和墻的延性都會(huì)有所下降，在工程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的取代率［12］。通過性能增強(qiáng)材料對再生骨料混凝土框架進(jìn)行性能增強(qiáng)后再生骨料混凝土框架結(jié)構(gòu)損傷明顯降低，再生骨料混凝土框架關(guān)鍵部位壽命明顯提升［13］表2中，Uc為表示墻體開裂水平位移；Uz為墻體正負(fù)兩向屈服水平位移平均值；Ur為墻體正負(fù)兩向彈塑性最大位移的均值。有學(xué)者通過對再生骨料混凝土框架、框架－剪力墻、長柱等多種類型房建構(gòu)件進(jìn)行抗震研究［14］。結(jié)果顯示，隨著再生骨料混凝土房建構(gòu)件中再生骨料含量的增加，構(gòu)件的抗震性能逐漸降低。通過軟件對比分析再生骨料房建構(gòu)件與普通房建構(gòu)件的結(jié)構(gòu)性能，表明不同類型再生骨料房建構(gòu)件均具有良好的抗震性能，可應(yīng)用于較高城市樓層建設(shè)使用。圖10為再生骨料混凝土墻。

3再生骨料應(yīng)用經(jīng)濟(jì)效益分析

現(xiàn)在的研究如果僅從市場盈利的方面來看，再生骨料的生產(chǎn)利潤很低，但隨著生產(chǎn)工藝的改進(jìn)以及對環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，再生混凝土的綜合經(jīng)濟(jì)效益潛力無限。Toši′C等［15］通過對建筑材料經(jīng)濟(jì)研究，得到了建筑材料的成本計(jì)算方法，如式（1）～（3）所示。RefC＝Ec＋Cm（1）Ec＝ReC＋Ct（2）Ct＝Dt×Cd（3）式中，RefC為成本，Ec為生產(chǎn)成本；Cm為管理成本；ReC為回收成本；Ct為廢物運(yùn)輸成本；Dt為行駛距離；Cd為每單位距離成本。通過上式進(jìn)行計(jì)算，得到西班牙再生混凝土的成本為46．55?／m3，而普通混凝土則為60．51?／m3。因此，再生混凝土具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。

4再生骨料房建產(chǎn)品化應(yīng)用的問題和措施

4．1再生骨料房建產(chǎn)品化應(yīng)用存在的問題

1）建筑垃圾集中化困難。雖然我國每年都會(huì)產(chǎn)生大量的建筑垃圾資源等待被利用，但大部分建筑垃圾被簡單利用甚至填埋處理，而大規(guī)模的商業(yè)化回收并最終制成再生骨料混凝土產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢。這導(dǎo)致再生骨料企業(yè)的原材料來源和數(shù)量不穩(wěn)定。2）缺乏相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。擁有再生骨料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，方可約束和引導(dǎo)再生骨料產(chǎn)品品質(zhì)，在社會(huì)上推廣再生骨料房建產(chǎn)品。目前再生骨料的標(biāo)準(zhǔn)較為模糊，無法對再生骨料產(chǎn)品進(jìn)行推廣。同時(shí)，如何制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在給定成本下合理分類建筑垃圾等級也是制約再生骨料產(chǎn)品生產(chǎn)的關(guān)鍵問題。3）再生骨料產(chǎn)品尚存在的技術(shù)問題。再生骨料產(chǎn)品存在能否勝任普通混凝土的力學(xué)特性、抗震、抗壓等問題。此外，對再生骨料生產(chǎn)廠家缺少產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化監(jiān)督，再生骨料產(chǎn)品質(zhì)量無法統(tǒng)一，難以讓建筑單位放心使用。4）再生骨料產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性問題。在推廣再生骨料產(chǎn)品在住宅建設(shè)中的應(yīng)用時(shí)，控制市場上生產(chǎn)的再生骨料產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性是非常重要的。要對企業(yè)進(jìn)行認(rèn)證，提高再生骨料建筑產(chǎn)品的認(rèn)可度。

4．2再生骨料房建產(chǎn)品化應(yīng)用的可行性措施

1）加速建筑垃圾系統(tǒng)回收進(jìn)程。加快建立建筑垃圾源頭回收體系，按照標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格分類，開發(fā)和引入現(xiàn)代化建筑垃圾破碎、分揀設(shè)備，提高回收效率。同時(shí)要求房建單位在新建和改擴(kuò)建房屋時(shí)，對產(chǎn)生的廢棄建筑垃圾進(jìn)行回收利用。2）完善再生骨料市場營運(yùn)政策體系。我們可以參考發(fā)達(dá)國家在再生骨料利用制度方面的相關(guān)政策，完善我國相應(yīng)的法律制度，制定再生骨料房屋建筑生產(chǎn)的精細(xì)標(biāo)準(zhǔn)，使建筑垃圾再生利用的全過程、各方面都有法可依。同時(shí)，也可以出臺(tái)相關(guān)的地方政策，引導(dǎo)地方政府開展再生骨料房建應(yīng)用的生產(chǎn)建設(shè)。3）加大對再生骨料產(chǎn)品的扶持力度。大力扶持再生骨料企業(yè)發(fā)展，促進(jìn)企業(yè)技術(shù)研發(fā)、設(shè)備改進(jìn)和產(chǎn)品推廣。再生骨料的利用對環(huán)境保護(hù)具有重要意義。政府應(yīng)制定相應(yīng)的建造或購房減免稅政策，以促使社會(huì)積極選擇能耗較低的再生骨料產(chǎn)品用于住宅建設(shè)。4）加大宣傳引導(dǎo)工作。公眾對再生骨料在住宅建設(shè)中應(yīng)用的認(rèn)可程度影響該產(chǎn)業(yè)在社會(huì)上的發(fā)展。政府應(yīng)加強(qiáng)再生骨料應(yīng)用的宣傳力度，強(qiáng)化公眾對建筑垃圾再生骨料住宅的認(rèn)識(shí)。提高公眾對環(huán)境和資源危機(jī)的認(rèn)識(shí)，從而促進(jìn)再生骨料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

5結(jié)論

大力研究和發(fā)展住宅建筑再生骨料技術(shù)，回收建筑垃圾，這對保護(hù)我國資源具有重要的戰(zhàn)略意義，環(huán)境問題也將得到有效緩解。這也符合社會(huì)資源可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需要，對減少建設(shè)項(xiàng)目投資具有重大效益。政府必須在再生骨料住宅建設(shè)的應(yīng)用和推廣中發(fā)揮主導(dǎo)作用，制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，開展相關(guān)活動(dòng)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈的形成和發(fā)展；重視再生骨料在住宅建設(shè)中的應(yīng)用。

作者:孫飛 孫金釗 高強(qiáng) 鐘藝寧 黃鈺程 單位:江蘇建院營造股份有限公司 蘇州大學(xué)