摘要：目前利用廢棄混凝土制備的再生混凝土集料在實際應用過程中由于其表面粗糙、吸水率高和自身強度低等特點，限制了其應用領域和利用率。通過熱－機械力技術方法成功分離建筑混凝土廢棄物中的原狀天然骨料和膠凝砂混合組分相，并使得兩種分離產物分別在配制新拌混凝土和建筑干混砂漿中得到有效應用，實現建筑混凝土廢棄物的高效再生循環利用。
關鍵詞：建筑混凝土廢棄物 再生利用 干混砂漿
隨著我國基礎設施建設加強，每年拆除的建筑廢棄結構混凝土、改造的路面舊混凝土板、混凝土預制構件廠排放的廢料等產生了巨量的建筑固體垃圾，不僅占用土地，污染環境，而且還浪費資源，其妥善處理成為當前的一個緊要問題[1]。
世界許多國家已經將建筑混凝土廢棄物作為資源對待，而不再將它們作為無用的垃圾。廢棄混凝土經破碎加工后用于路基土的處理，與天然砂石配合作為路面基層材料，并可部分代替天然骨料生產新的混凝土。我國政府近年來對建筑垃圾的循環再利用也高度重視，根據國家“十五”計劃綱要要求，目前再生混凝土集料已經應用于實際工程中。
然而，由于再生混凝土集料表面粗糙、吸水率高和自身強度低等特點，限制了其應用領域和利用率。而且在再生混凝土集料逐級破碎過程中，由于破碎工藝、基體混凝土強度的不同產生了重量約基體混凝土總重量15％～20%左右的廢棄混凝土細骨料粉[2]。這部分細骨料粉由于密度小、顆粒形狀規則度差、孔隙率高、吸水率大和易性差及強度低等特點，影響了再生混凝土骨料制品的性能，常常被認為是無利用價值的廢料而拋棄，導致了環境的二次污染。
為實現廢棄混凝土垃圾的高效利用，本文通過熱－機械力分離方法得到廢棄混凝土的原狀天然骨料和熱活化膠凝砂混合組分相，再將兩種分離產物完全回收應用于建筑領域。
1 廢棄混凝土熱－機械力分離機理
1.1 混凝土材材料體系的熱不相容性
水泥混凝土是一種多相非均質材料，硬化的水泥石、水泥砂漿和粗骨料（石子）具有不同的熱膨脹性能，這種熱相容性的差異會對混凝土的高溫性能產生一系列的影響。實驗室用Workhorse-1型熱膨脹儀（美國Anter公司生產）測試了常溫至高溫下(600 ℃)廢棄混凝土組成相的線熱膨脹性能，表1列出了C40混凝土組成相（粗骨料、砂漿和水泥石三相）在常溫到不同溫度點的平均熱膨脹系數。由組成相的熱膨脹性能可知，當混凝土遭受高溫后，一方面水泥石由于自身成份的熱化學反應會產生體積的收縮；另一方面砂漿組成相與粗骨料的熱不相容性差異產生熱應力作用于界面處[3]。因此，兩者相互聯系的蠕變形式在高溫差作用下將會產生混凝土內部結構的一系列性能變化。
1.2 骨料界面過渡區的細觀熱致損傷
混凝土中骨料界面過渡區是最薄弱的區域。當溫度發生變化時，兩個熱性能不同的組成相(骨料和硬化水泥漿)在界面處有相對的運動或錯動的趨勢，使得界面產生微裂紋損傷且界面粘結力降低[4]。實驗室通過偏光顯微鏡（Zeiss Axioskop 40， 德國）的反光原理，可以明顯地觀察到廢棄混凝土在熱處理過程中骨料過渡區的變化情況，表明在熱作用下其界面結構在弱化。圖1為不同處理溫度后混凝土界面的熱致結構損傷。
1.3 機械力分離
在熱處理過程中骨料與水泥漿體界面發生了脫粘，再利用砼塊體之間的磨擦和碰撞作用，可以使得兩者達到分離，這個過程可在球磨機筒體或類似設備中實現。通過控制適當的轉速及安裝適宜的襯板類型使廢棄物混凝土塊處于拋落狀態。此時，在筒體轉動離心力的作用下被提升至一定高度后自由降落，具有一定的動能。在廢棄混凝土之間接觸時，它們之間發生瞬間的能量和動量傳遞。在此過程中，廢棄混凝土整個體積內受到粉碎力的作用，且在內部缺陷局部薄弱處產生明顯的應力集中，由于其骨料界面過渡區的弱化，實際上經過一定機械力作用很容易分離出原狀天然粗骨料和熱活化廢棄混凝土膠凝砂混合相。
2 熱－機械力分離產物的再生利用
廢舊混凝土塊在經過高溫煅燒（工業熱尾氣）、球磨破碎、磨擦等處理后，粗骨料與砂漿脫粘分離，砂漿內部的膠凝組成相與砂子也產生分離，最終能夠得到回收骨料（原狀天然骨料）和活性的砂膠凝混合組分（活化廢棄混凝土粉）。溫度控制在450～550 ℃，首先避開了石英組分在573 ℃附近的化學轉變，不影響回收石灰巖骨料和砂子品質；另一方面實現廢棄混凝土內部結構的最大熱應力破壞。
2.1 原狀天然骨料混凝土
經過500 ℃處理過的廢棄混凝土塊，通過廢棄混凝土熱－機械力分離作用分離出的原狀天然粗骨料見圖2，圖3為天然石灰巖骨料的表面形態。可以觀察到熱回收骨料比天然石灰巖骨料顏色稍淺，主要原因是回收骨料表面仍存在細小的硬化水泥漿。回收骨料與天然骨料的各項物理性能指標見表1，測得的結果顯示回收骨料與天然骨料物理性能相近。用再生回收骨料替代全部天然骨料配制混凝土C30混凝土，其工作性能良好，力學性能與天然骨料混凝土完全一致，見表3。
2.2 再生干混砂漿
熱活化廢棄混凝土膠凝砂混合相可以看作是水泥水化產物脫水相與砂子的混合物，水泥水化產物脫水相XRD定性分析結果表明[5]，水泥石高溫后的脫水相含有的主要晶態成分為Ca2SiO4和CaO，還有多種無定型物質及非晶態物質，這些具有水化能力的活性物質能夠構成其再水化的來源。
由于脫水相具有極大的比表面積，顆粒粒徑小，可在短時間里吸收水分，達到凝結狀態，因此不足以制成干混砂漿，需要加入其他膠凝材料進行改性。為了盡可能多地利用工業廢棄物和降低材料成本，試驗選用了粉煤灰(Ⅱ級)、磷石膏和水泥(普硅42.5#)來改善干混砂漿的力學性能，并采用正交試驗分析材料組成。表4是三水平三因素正交試驗方案及結果，其中材料的比例以熱處理舊水泥砂漿為基準進行配制。
由試驗結果可知，水泥用量是對強度影響最大的因素。摻入水泥量越多，試塊強度越高。對水泥摻量僅占活舊混凝土粉質量5%的第五組，試塊28 d抗壓強度達到了18.4 MPa，完全不摻水泥的第二組試件抗壓強度平均值也超過10 MPa。目前我國不同強度等級建筑砂漿的水泥用量為10％～20%，而且由于多層砌體的修筑原因，建筑砂漿的水泥用量很大。從降低材料成本和追求最高性價比的角度來調整配合比時，可以將水泥摻量確定為分離砂漿質量的5%甚至更少。因此利用建筑混凝土廢棄物研究新型環保型建筑砂漿，對于開拓建筑砂漿領域具有重要的現實意義。
3 結 論
建筑混凝土廢棄物的高效利用對于解決環境污染、節約天然資源和實現資源的可持續發展具有重大現實意義。本文的研究技術有利于實現資源的高效可持續利用，預防環境二次污染，對中國建筑垃圾再生利用和固體廢棄物治理具有一定意義。
參考文獻
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[2] 肖建莊，孫振平，李佳彬，等.廢棄混凝土破碎及再生工藝研究[J].建筑技術，2005，36(2)：141-144.
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properties of carbonate rocks[J].ACI Mater J.，1990，87：602-608.
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[5] 曹蓓蓓，梁志剛.高溫條件下混凝土結構與性能的變化[J].國外建材技，2004，25(6)：17-21.
