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一、废弃混凝土再利用现状
混凝土材料是人类文明建设中扮演者最重要的角色。随着人类文明的进步，混凝土的使用量逐渐增多，与此同时产生的环境问题也越来越显著。
据资料统计，全世界水泥2004年产量已达到20亿吨，混凝土使用量大约为30亿m3[ ]，可以说，混凝土是全世界使用最广泛的建筑材料。而我国的混凝土年产量占世界的45%约为13亿m3，为此，据统计我国一年就要开采50亿吨粘土、石灰石、大量的砂石骨料等原材料用于生产制造水泥和混凝土，且烧制1吨水泥熟料还需燃烧标准煤178kg左右，如此消耗了大量的自然资源和能源。
长期以来，由于砂石骨料来源广泛易得，价格低廉，被认为取之不尽、用之不竭的原材料而不被重视，任意开采。结果造成山体滑坡、河床改道，严重破坏自然环境。而且随着世界人口的日益增多，对砂石骨料的需求量仍在不断增长。最终造成资源枯竭，使得原有砂石骨料源源不断的现象不复存在[ ]。
不仅是资源问题，伴随着我国经济发展，大量的建筑物被拆除重建，从而产生大量的建筑垃圾，目前我国建筑垃圾数量占到城市垃圾总量的30%~40%。根据有关资料，经过对砖混结构和框架结构等建筑施工材料损耗的粗略估计，每万m2建筑施工过程中，仅建筑废料就会产生500~600吨。据此测算，我国每年仅施工建设产生和排除的建筑废渣就有4000万吨。这些垃圾影响了城市生活环境，造成了环境污染。把它们运送到郊外进行掩埋，碱性废渣会令大量的土壤“失活”。此举不仅会花费大量的运费，还会造成二次污染[ ]。
因此废弃混凝土的处理和再利用是节约能源，保护环境的必然选择，也是当今社会研究的重要课题。
目前国内外针对废弃混凝土再利用的研究主要集中在再生骨料和再生混凝土性能的研究，其它方面，例如利用废弃混凝土生产胶凝材料的研究也初具规模。
日本国土面积小，资源相对匮乏，因此日本对废弃混凝土利用的研究十分重视。早在1977年，日本政府就制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》，同时《资源重新利用促进法》规定了混凝土等建筑垃圾必须进行再利用处理。到1995年其废弃混凝土利用率达到65%，在2000年达到90%。日本队废弃混凝土的处理方法是将其破碎，分离骨料和水泥组分，所产生的水泥组分用于地基的改进材料，分离出的骨料与天然骨料一样用于结构物，达到100%利用[ ]。
美国政府制定了《超级基金法》，其中规定工业废弃物由企业自行处理，严禁随意倾倒。美国不但鼓励再生混凝土的利用，而且还对再生混凝土的性能做了系统的研究。而欧洲和其它各国在混凝土在利用方面也取得了很大的成果：丹麦在1990年产出的1220吨混凝土建筑拆除废料中，有820万吨被回收利用，利用率高达67.2%；荷兰内阁环境策划书中，2000年建筑废料计划回收率高达90%[ ]。
总的来说，我们国家对再生混凝土的研究较晚，但现在也已成为混凝土研究领域的一个热点。目前国内建筑垃圾循环再生骨料的应用大多处于试验、谨慎使用状态，缺乏系统的应用基础研究，技术上也缺少较完善的再生骨料和再生混凝土技术规程、标准，其大规模应用还存在着诸多的问题。因此，我们对废弃混凝土的处理方式仍然以堆放和填埋为主，这是传统的材料生产-使用-废弃而不可持续发展的循环过程[ ]。正因为再生混凝土的运用在我国受到这些因素的限制，所以我们必须对再生混凝土进行系统研究，并拓宽废弃混凝土的处理方式，以提高其回收利用率。
在接下来的讨论中，本文将对废弃混凝土的处理进行分析探讨，对包括生产再生混凝土在内的各种废弃混凝土再利用方式进行总结。
二、废弃混凝土再利用方式分析
1.废弃混凝土的特性
混凝土结构损坏主要包括设计施工过程中的缺陷、环境因素引起的损坏及在服役过程中的损坏[ ]。设计施工缺陷包括组成配合比不适宜，用水量过大，这会导致强度下降、塑性及硬化后的干缩增加、孔隙率增大、徐变增加、耐磨性下降，达不到强度或耐久性要求；另外还有施工中搅拌不均匀，夹裹大量的气体，密实和养护不充分等。混凝土结构在使用过程中会受到各种环境因素的影响，主要表现为化学介质的侵蚀，例如盐酸盐的侵蚀、碱集料反应等等。化学介质的侵蚀机理多种多样，但其表现的形式大多为化学产物膨胀导致混凝土结构的开裂、剥落。混凝土结构在使用过程中受到各种应力荷载的作用，并产生应变。当应力超过其极限强度，或是其应变达到一定的值时，混凝土结构就会产生裂纹，并可能会继续扩展，导致混凝土结构的破坏。一些特殊的混凝土结构还会受到各种磨蚀作用，这会导致混凝土表面的损坏，例如，一些混凝土水工建筑物受到带有砂石水流的高速冲击而导致严重磨损。
随着时间的推移，新生产的混凝土受到以上因素引起破坏的影响，逐渐丧失其功能而被废弃。由自然灾害和人工拆除产生的废弃混凝土也可归为在服役工程中损坏的混凝土。从破坏方式中，我们可以看到，废弃混凝土的主要特点有：孔隙大，裂纹多，强度低，抵抗环境影响能力差；中低强度混凝土和非由荷载引起破坏的高强混凝土损坏的主要是硬化水泥浆，而骨料还保持很好的性能。而且，不同的破坏方式下的混凝土也有不同的特点：由设计施工问题和环境因素引起的混凝土破坏是整体性的；而由外荷载导致的破坏往往是局部的损坏，混凝土质量较高，有更好的再利用价值。因此对废弃混凝土进行质量评定有利于提高再利用效率。
2.废弃混凝土再利用方式
由以上特点，可将废弃混凝土再利用方式分为两类，第一类是将废弃混凝土进行简单破碎或者磨细或者煅烧，连骨料和硬化水泥浆一起使用；另一类是将混凝土骨料与硬化水泥浆分离，用各种方式分别处理再利用。
2.1. 第一类：骨料和硬化水泥浆一起使用
对废弃混凝土简单机械破碎、磨细或者煅烧后再利用，其工艺较为简单，处理的成本相对较为低廉，比较符合我们国家废弃混凝土技术比较缺乏现状。由简单机械破碎得到的混凝土碎块强度低，不能用在影响工程的关键部位，只能用在要求较低的工程中，例如用于填筑海岸、充当道路和建筑物的基础垫层，土地平整。而将混凝土磨碎或煅烧后的产物，由于其独特的物理化学性质可用作土壤的改性剂等。以下对一些具体运用和研究的介绍：
（1）用于道路垫层[ ]。道路垫层的主要功能是隔水、排水、防冻及改善基层和土基的工作条件。垫层材料强度要求不高，但要求水稳定性好和隔热性好。因此，设置垫层时，一般可用水稳定性好的粗粒料或各种稳定类材料辅筑。常用的垫层材料有：砂、砾、炉渣或片石组成的透水性垫层和石灰土或炉渣石灰土等。因为垫层对材料的要求不高，所以废弃混凝土可用于道路垫层。混凝土本身有很好的耐水性，所以能够满足水稳定性的要求；混凝土破碎后产生的碎块有很高孔隙率，因此能够满足垫层的隔热性要求。
（2）用于土石坝。在土石坝中土质防渗体是应用最为广泛的防渗结构，可用作防渗体的土料用量范围很广。材料的性能应满足：防渗性（宜小于10-5cm/s）、抗剪强度、压缩性、抗渗稳定性、含水量、颗粒级配、膨胀量及体缩值、可溶盐和有机物含量（有机盐含量小于2%，水溶盐含量小于3%）[ ]。对于废弃混凝土，这些性能大部分可以做到好于普通粘土，因此可以部分替代传统用于土石坝的材料。但需要考虑到经济成本，土石坝所用材料一般就地取材，如果使用废弃混凝土可能需要较高额的运输费用。
（3）利用碱渣和机械破碎废旧混凝土对淤泥质土进行改性[ ]。文献[10]中通过对航道工程产生的非适用淤泥质土进行改性,研究其作为公路路基填土的可行性,得到了航道工程淤泥质土的改性配方为72%淤泥土、4%水泥、4%碱渣和20%废混凝土。通过无侧限抗压强度试验、CBR试验、扫描电镜试验与重金属浸出试验对其用于路基填筑的方案及其经济可行性进行了研究。试验结果表明: 使用同比例的碱渣和废砼改性的淤泥质土的7 d无侧限抗压强度相比于使用石灰集料改性增加了2%;相比于原状土,改性土的CBR值提高了437% ,膨胀量值降低了94%;相对于固化淤泥质土所用的原材料,改性土中Cd、Zn、Ni、Cu和Pb等重金属的浸出量减少了15. 2%～68. 5%;碱渣、废砼改性淤泥质土的成本相比于石灰、集料改性淤泥土和素土分别降低了63. 88%和50. 72%。
（4）作路基土壤稳定剂[ ]。文献[11]对废弃混凝土作路基土壤稳定剂的研究。它分析了废弃混凝土化学成分和煅烧后废弃混凝土的有效CaO含量，发现不同地点采集的废弃混凝土其化学成分波动很大，但主要是以SiO2和CaO为主，其中煅烧后CaO含量较高的废弃混凝土有利于制备稳定土。并用煅烧混凝土试样作为稳定剂制备稳定土，进行无侧限抗压强度测验等实验，探讨了废弃混凝土化学成分对稳定土的强度和水稳定性的影响。实验结果表明，有部分煅烧废混凝土试样适合做土壤稳定剂，利用试样制备的稳定土28天无侧限抗压强度达到1.04MPa，软化系数为79.4%，水稳定性良好。
（5）制造蒸压制品[ ]。文献[12]对废混凝土蒸压制品的性能进行研究。研究了利用废混凝土（以花岗岩为粗骨料）制作蒸压制品时，其组成材料对废混凝土蒸压制品性能的影响。实验结果表明，在1.2MPa饱和蒸汽压下，废混凝土中各主要组成材料均参与了水热反应；其中，水泥石的存在有利于废混凝土蒸压制品强度的提高，但水泥石量的多少对制品最大强度值影响并不大；制品强度与废混凝土原始配合比没有明显的相关性。废混凝土制得的蒸压制品强度明显优于现阶段广泛用的石英砂石灰系统（灰砂砖）、粉煤灰石灰系统（粉煤灰砖）蒸压制品。
2.2.第二类：骨料和硬化水泥浆分离再利用
将混凝土骨料和硬化水泥浆分离，能够获得质量较好的再生骨料用于生产再生骨料混凝土，并且分离出的水泥组分可用于生产再生胶凝材料或者当做路基改性材料。在一定的技术条件下，废弃混凝土的再利用率甚至可以达到100%。其中，制造再生骨料混凝土是最重要的废弃混凝土处理方式。下面将介绍再生骨料混凝土和利用硬化水泥浆制造再生胶凝材料。
再生骨料混凝土
将废弃混凝土块经破碎、清洗、分级和按一定比例配合后得到的“再生骨料”作为部分或全部骨料替代天然骨料配置混凝土即为再生混凝土。
（1） 再生骨料的生产加工
再生骨料的加工方法大多都是将各种破碎设备、传送机械、筛分设备、清除杂质设备一体化，经破碎、筛分、去除杂质等工序，获得符合质量要求的再生骨料。在再生生产过程中，废弃混凝土块在机械破碎的过程中不断受到冲撞、挤压、研磨，损伤累累，再生骨料内部产生大量微裂纹，混凝土块中天然骨料和水泥浆体的原始界面受到破坏，粘结力下降。因此骨料包裹的硬化水泥体越少，再生骨料性能就越高。一般生产工艺生产的再生混凝土与天然骨料相比含有30%左右的硬化水泥浆。日本采用加热研磨法、螺旋粉碎法、机械粉碎法、重力浮选法等先进工艺改善再生骨料的品质，其性能甚至与天然骨料相当，可用以配置高性能混凝土[ ]。
（2） 再生骨料的基本性质[ ]
再生骨料的粒形。再生骨料的粒形与卵石、碎石相差很远，但用传统的三轴形状系数的计算方法的测试结果却相差无几。大量研究表明，再生骨料的粒形与天然骨料相近或稍好。
再生骨料的表面结构。再生骨料颗粒绝大部分为表面附着部分废旧砂浆的此生颗粒，少部分为与废旧砂浆完全脱离的原状颗粒，还有很少一部分为废旧砂浆颗粒。由于再生骨料表面附着砂浆的存在，其相对表面粗糙度比一般碎石要高10%-15%。因此再生骨料拌制混凝土时，砂率应比碎石拌制时有所提高。
再生骨料的级配。再生细骨料的尺寸一般为0.16~5mm，主要包含有砂浆体破碎后形成的表面粘附着水泥浆的砂粒、表面无水泥浆附着的砂粒、水泥石颗粒以及破碎过程中产生的少量石粉。此外，还往往会混入一些含有黏土、淤泥、粉砂等的有害杂质，它们粘附在骨料表面，会妨碍水泥与再生细骨料的粘结，降低混凝土强度。
再生骨料的表观密度、堆积密度和空隙率。硬化水泥浆密度低，表面粗糙，空隙率大，在破碎工程中内部产生大量微裂纹，这必然使再生骨料的堆积密度和表观密度低于天然骨料。再生骨料的空隙率比天然骨料的大，但对多种连续级配的再生混凝土的测试结果表明，空隙率并不太高，对工程应用的普通卵石和碎石而言，再生粗骨料的空隙率增加不多。
再生骨料的吸水特性。天然岩石由于孔体积含量很低，一般低于3%，极少超过10%，所以常用的天然骨料吸水速率和吸水率都很小。然而对于再生骨料，其颗粒棱角多，表面粗糙，组分中包含相当数量的硬化水泥浆，砂浆体重水泥石本身孔隙比较大，且在破碎过程中，其内部往往会产生大量的微裂纹。因此，再生骨料的吸水性和吸水速率比天然骨料要大得多；再生骨料不仅吸水率大，而且吸水速率也相当快。
再生骨料的强度。再生骨料的强度是指再生粗骨料的强度。由废弃混凝土块破碎加工而得的再生粗骨料的成分十分复杂，再生粗骨料中不仅含有设计强度等级高低不同的混凝土成分，而且含有许多低密度的建筑材料。废弃混凝土表面结构在自然界中已经发生碳化，或者由于经过了其它腐蚀性气体的侵蚀后已经变得疏松。总的来说，再生骨料压碎指标较高，抵抗抗压碎的能力较弱；再生骨料孔隙率大较易吸水，饱和后，其抗压强度明显降低；再生骨料具有很高的抗剪强度和临街摩擦角，而包含软弱颗粒的再生骨料的抗剪强度有所降低，抗剪强度还和再生骨料的均匀系数、试验所用剪切盒的尺寸与再生骨料的最大颗粒尺寸有关；再生骨料本身的质量是不均匀的，并且孔隙率大，破碎过程中还存在一些微裂纹，因此，其弹性模量明显低于天然骨料；再生骨料比天然骨料表面多一层硬化水泥浆，由于硬化水泥浆强度低，所以在压实、研磨的作用下更易于分散，导致再生骨料的耐磨性较差。
再生骨料的强化。再生骨料的主要缺陷就是再生骨料的颗粒较“软”，压碎指标值较高，强度较低。随着现代化混凝土技术的发展，研究人员发现经过对骨料进行强化处理后，可以提高再生混凝土骨料的强度。目前提高再生骨料强度和质量的方法主要有[ ]：机械活化、酸液活化、聚合物乳液处理、化学浆液处理、水玻璃溶液处理。
（3） 再生混凝土的性能[ ]
新拌再生混凝土工作性。因为再生骨料为碎石状，棱角多，表面粗糙，孔隙率大，存在较多的浆体碎屑，吸水性和吸水速率大，用浆量多，所以新拌再生混凝土的的塌落度明显降低。按照普通混凝土配合比设计的再生混凝土，必须增加单位用水量才能满足工作度要求。在相同水胶比和单位用水量的条件下，随着再生骨料取代率增加，混凝土的坍落度逐渐减小，降低幅度可达40%，但粘聚性和保水性好。再生混凝土的强度。再生混凝土的抗压强度随再生骨料用量的增加而降低。由于再生骨料表面包裹的水泥砂浆强度较低，再加上混凝土块在解体破碎过程中，由于损伤积累而使再生骨料内部存在大量微细裂纹，这些都对再生骨料混凝土强度产生不利影响。再生混凝土强度发展也与天然骨料混凝土不同。与天然骨料混凝土相比，同一水灰比的再生混凝土的28d抗压强度约降低15%，但其相查幅度会随着龄期的增长而慢慢缩小。所以，再生骨料混凝土通常适合配置中低强度混凝土，而在配置高强混凝土时，则需对再生骨料进行呢强化处理。
再生混凝土的变形性能。由于再生骨料中有大量的硬化水泥浆附着于原骨料颗粒上，再生混凝土的弹性模量通常较低，一般约为基体混凝土的79%-80%。但在弹性性质上表现为受力时变形较大，韧性增强，故而具有较好的抗震性能和抵抗动荷载的能力。再生混凝土的干缩量和徐变量增加40%-80%，这通常认为是弹性模量较低的原因。
再生混凝土的耐久性。对混凝土的耐久性影响最大的是孔隙率和渗透性。由于再生混凝土中新旧水泥砂浆总含量较普通混凝土高，而砂浆的孔隙率高于普通混凝土，所以再生混凝土的孔隙率较普通混凝土高。渗透性直接与混凝土的孔隙率相关，孔隙率越大渗透性越大，而且再生混凝土中的界面区域不如普通混凝土牢固，水泥砂浆中的自然孔隙会由于界面区域的孔隙裂纹等得到扩展，成为贯通水泥砂浆体的连续通道，进而会使再生混凝土渗透性增加。因此，再生混凝土的耐久性不如普通混凝土。
总的来说，相对于普通混凝土，再生混凝土的新拌工作性较差，强度较低，体积稳定性较不理想，耐久性较差。
（4） 再生混凝土的使用
由再生骨料的性质可知，一般再生骨料应主要用来配置中低强度的混凝土，在道路工程建设中可用于路基、路面、路面砖、马牙砖、固化土体[ ]等工程，建筑工程中用于底板、充垫墙、非结构构件等部位。
而利用先进的生产工艺生产出的再生骨料完全可当做原生骨料使用，用其配置的再生混凝土与普通混凝土性能上的差别不大。例如，日本再生骨料工艺生产出来的骨料，完全满足日本工业标准和日本建筑标准规范规定的原生骨料和碎石的标准和建设中心提出的所有技术标准。
制备再生胶凝材料
废弃混凝土将骨料分理，生产出再生骨料，剩下的硬化水泥浆可用作地基改性材料，从而实现100%利用废弃混凝土。而将硬化水泥浆用作于制造再生胶凝材料目前也有一定的研究。
硬化水泥浆体约占混凝土中30%的质量，其中除了水泥水化产物外还包扩一定的为水化水泥颗粒，水灰比越低，未水化的水泥越多。吴中伟等认为，当水灰比为0.35时，理论上为水化水泥占硬化水泥浆体固体组分的16.2%。在实际施工中，未水化的水泥远高于这值。在C50，C60及以上强度等级混凝土水泥石中，未水化水泥甚至超过30%。这部分未水化的水泥与水接触后仍有水化能力。另外，一些其他学者的研究结果表明：水化硅酸钙的脱水相也具有水化胶凝能力。胡曙光等[ ]通过实验发现，利用低温煅烧处理，可以由废弃混凝土中分离出来的水泥石粉末制备得到具有水化活性的再生胶凝材料。其水化活性与煅烧温度有关，650 ℃煅烧制备得到的再生胶凝材料水化活性最高。
目前利用废弃混凝土硬化水泥浆部分生产再生水泥的实际运用不多。韩国一家装修公司成功开发从废弃混凝土中分离水泥，并使这种水泥能再生利用的技术，这项技术目前已经在韩国申请专利。据称每100 吨废弃混凝土就能够获得30 吨左右的再生水泥，这种再生水泥的强度与普通水泥几乎一样，有些甚更好，符合韩国的施工标准。而且这种再生水泥的生产成本仅为普通水泥的一半，而且在生产过程中不产生二氧化碳有利于环保[ ]。
除了将分离出的硬化水泥浆分离出用做制备胶凝材料的原料外，一些研究人员还直接利用以石灰石为骨料的废弃混凝土煅烧制备胶凝材料。袁启涛[ ]的硕士研究表明废弃混凝土样品破碎、分离后得到的颗粒，其中石灰石的含量约为75%-80%，含量比较稳定，适宜取代天然石灰石作为钙质原料配置水泥生料，其中含有的少量SiO2，还可以起到做部分硅质原料的作用。
三、结语
伴随着我国社会的发展，作为最重要的建筑材料的混凝土使用量逐年增多，产生的废弃混凝土也将随时间的推移而逐渐引起各发环境和资源问题。当前，我国的废弃混凝土处理还未取得较大成就，废弃混凝土再利用仍将继续成为研究的重要方向。希望我国能早日建立起废旧混凝土再利用的体系，在可持续发展战略上迈出重要一步。
参考文献：
略
