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水泥工业对环境产生了很大影响，主要体现在以下几个方面：（1）大量的水泥需要消耗大量的自然资源；（2）每生产1t水泥需向空气排放约1t CO2气体，这占到CO2排放量的7％；（3）生产水泥需要消耗大量的水资源；（4）拆毁建筑物以及道路产生了大量的混凝土垃圾带来环境问题。建筑混凝土垃圾再利用是解决上述问题的有效途径，是目前土建和环境领域急需解决的重要问题，也是各国尤其是工业国家研究的热点。美国每年产生的建筑垃圾达到13.6亿t，欧盟前15个国家也达到18亿t。加拿大每年产生的建筑垃圾为1.1亿t，大约42％被再利用，其中混凝土垃圾占52％左右，73％的混凝土垃圾作为填埋材料或路基材料被重新利用。日本，98％的废弃混凝土可实现再利用，再生混凝土被用于路面地基和回填材料，一些甚至被重新用于建筑结构材料。澳大利亚，81％的建筑垃圾为建筑废弃混凝土，再生利用率为40％左右，且大多为一些低档应用。预计我国混凝土垃圾2010年将达到2.39亿t，2020年将达到6.38亿t，以平均每年8％的量增长。
废弃混凝土最有效的利用途径是加工成再生骨料用于生产再生混凝土。混凝土再生骨料表面残留部分水泥浆，这种多孔水泥浆使得混凝土再生骨料具有更低的颗粒密度和更高的孔隙率，性质不稳定且吸水率更高。混凝土再生骨料与水泥浆体界面过渡区结合较弱，混凝土中存在气孔和横断裂纹以及高的硫、氯含量，富含杂质，不同来源的混凝土再生骨料还存在碎玻璃、废橡胶、沥青混凝土、废弃粘土砖以及其它软性易碎颗粒物质等，废弃混凝土利用成本较高且应用领域有限等是限制其被广泛利用的原因。本文介绍了目前国内外废弃混凝土再生利用技术的研究现状。
1混凝土再生骨料对再生混凝土性能的影响
1.1混凝土再生骨料替代传统骨料的比率（下简称“替代量”）
1.B.Topcu研究了质量替代量分别为0％、30％、50％、100％（28天抗压强度为16MPa）时再生混凝土的性能。结果表明，随着混凝土再生骨料替代量的增加，混凝土的密度、工作性、施密特硬度、超声速率以及抗压强度均下降。在混凝土再生骨料利用之前，需对混凝土再生骨料的相关性质进行测试，当混凝土再生骨料用于制造高强混凝土时，其吸附性能以及强度是需重点考虑的因素。当混凝土再生骨料应用于暴露处时，磨耗量也是需要考虑的因素。混凝土再生骨料利用前还需对其中的杂质材料进行清理。Iblker Bekir Topcu研究了混凝土再生骨料质量替代量为30％、50％、70％以及100％时混凝土的物理化学性质及冻融性。结果表明，C14混凝土再生骨料替代量少于30％时，可得到28天抗压强度为16MPa的混凝土。混凝土再生骨料使混凝土单位质量、可使用性以及耐久性降低的同时抗冻融性得到提高。A. Domingo-Cabo等考察了再生混凝土的收缩和徐变行为，研究表明再生混凝土在28天后收缩增加，混凝土再生骨料替代量为20％时与传统混凝土在早期具有相似的收缩。6个月龄期后，再生混凝土收缩率较传统混凝土高4％。当混凝土再生骨料替代量为50％时，6个月龄期后再生混凝土收缩率较传统混凝土高12％；当替代量为100％时，180天龄期后混凝土的收缩和徐变分别较传统混凝土高70％和51％；当替代量低于50％时，其收缩趋势与传统混凝土相似。
1.2混凝土再生细骨料对再生混凝土性能的影响
添加混凝土再生粗骨料制备的混凝土与传统混凝土的力学性能相当甚至更高，因此混凝土再生粗骨料已被应用于制备新混凝土和路面地基材料等领域中；而混凝土再生细骨料由于吸水性强，对混凝土力学性能和耐久性不利，限制了其应用。Shui等将混凝土再生细骨料热处理后作为建筑砂浆主要成分，通过TG-DSC和XRD研究混凝土再生细骨料脱水和相转变温度。对热处理后混凝土再生细骨料的力学性能、微结构和化学组成进行分析，结果表明，其具有再水化活性。添加粉煤灰和水泥后，混凝土再生细骨料再水化强度增加。Weerachart Tangchirapat等采用100％再生粗骨料，0％、5％、100％再生细骨料代替河砂，添加谷壳和桉树皮灰作为火山灰活性材料制备混凝土。结果表明，该再生混凝土强度低于传统混凝土，添加谷壳和按树皮灰提高了再生混凝土的强度，但其相对传统混凝土坍落度损失增大。谷壳和桉树皮灰未改变再生混凝土的拉裂强度极限，其平均拉裂强度极限为抗压强度的8.15％，稍低于传统混凝土。再生混凝土的弹性模量低于传统混凝土，较美国标准ACI318低4％。L. Evangelista等采用部分混凝土再生细骨料替代河砂等细骨料用于结构混凝土中，通过考察再生混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量以及抗磨损性等，认为混凝土再生细骨料掺量在30％以下时对混凝土的力学性能没有危害。1.3混凝土再生骨料龄期对再生混凝土的影响
Amnon Katz将28天抗压强度为28MPa的混凝土分别在其龄期为1天、3天和28天时粉碎用作混凝土再生骨料。研究表明，再生混凝土性质低于传统混凝土，不同龄期混凝土再生骨料对混凝土性质影响不大，其中添加龄期为3天的白水泥基混凝土骨料的再生混凝土性质较其它龄期的商，但添加普通水泥基混凝土骨料的再生混凝土却相反。
1.4混凝土再生骨料的化学和矿物学特征
M. C. Limbachiya等研究了混凝土再生粗骨料的化学和矿物学特征以及对再生混凝土性能的影响。X射线荧光分析表明混凝土再生骨料对再生混凝土中主要成分以及化学组成具有负面影响，X射线分析表明再生混凝土中存在氧化钙、氢氧化钙以及少量白云母／伊利石等。添加少于30％混凝土再生粗骨料对混凝土中SiO2、Al2O3和CaO含量没有影响，而超过30％后，混凝土中SiO2量减少，Al2O3和CaO量增加，从而影响了混凝土的组成。
2混凝土再生骨料的应用研究
2.1混凝土再生骨料用于沥青混凝土
Suzneda Paranavithana等利用混凝土再生骨料制备沥青混凝土，研究表明，相对于传统沥青混凝土，混凝土再生骨料沥青混凝土的堆积密度、骨料空隙率、粘合剂的空隙填充率以及膜厚度等均低于传统沥青混凝土。随着胶结料的增加，由于低强度的水泥浆和相对低质量的骨料，混凝土再生骨料沥青混凝土的弹性模量降低，但其值符合澳大利亚路面研究机构制定的要求。沥青混凝土弹性模量随着密实度的增加而增加。沥青混凝土中再生骨料剥脱性较高，而且在干湿条件下其强度具有较大变化。Yiik Diew Wong等采用混凝土再生骨料部分替代花岗岩骨料用在热拌沥青混凝土中。通过马歇尔混合设计法分别评价混凝土再生骨料质量替代量为6％、45％（未热处理）以及45％（热处理后）的热拌沥青混凝土，其适宜的黏合剂含量分别为新加坡标准等级Pen60/70沥青的3％、16.5％和7.0％。所有3种热拌沥青混凝土均满足新加坡陆路交通管理局马歇尔标准W3B，且替代量较高的混凝土再生骨料热拌沥青混凝土具有更好的性能。X射线衍射分析表明热处理混凝土再生骨料中存在游离石灰，扫描电镜表明热拌沥青混凝土中可观察到明显的混凝土颗粒，以上分析表明混凝土再生骨料可部分替代花岗岩用于热拌沥青混凝土。
2.2混凝土再生骨料用于路基材料
Chi-Sun Poon等把混凝土再生粗骨料和混凝土再生细骨料用于路基材料，研究结果表明，材料的自胶结性主要来源于混凝土再生细骨料表面粘附的未水化水泥，通过X射线衍射、pH值、抗压强度以及不同粒度分布的混凝土再生细骨料的渗透性来评价材料的自胶结性，表明粒度小于0.15mm和0.3～0.6mm的混凝土再生细骨料对材料的硬化产生主要影响。当混凝土再生细骨料中活性部分受整个细骨料质量因素限制而减少时，混凝土再生细骨料对路基材料的性能会产生负面影响。原始混凝土龄期、等级以及胶凝物的不同会影响混凝土再生细骨料表面枯附的未水化水泥及C2S含量。
2.3混凝土再生骨料制造混凝土砖
C. S. Poon等采用混凝土再生骨料制备混凝土砖和铺路砖。研究表明，混凝土再生粗骨料和再生细骨料用量分别为25％和50％以下时，其对砖块的抗压强度影响较小，超过此用量抗压强度将会下降。然而砖块的抗挠强度随再生骨料的增加而增加。当混凝土再生骨料替代量为100％时，混凝土砖28天抗压强度不到40MPa，铺路砖的抗压强度不到30MPa。混凝土砖和铺路砖的收缩性和抗滑性测试结果也满足实际要求。唐晓翠采用再生骨料生产混凝土砖，研究表明，再生骨料含量对混凝土空心砌块的抗压强度存在一定影响，特别是粗、细骨料全部为再生骨料时，抗压强度的降低程度可达10％左右。通过合理的配合比设计，再生混凝土空心砌块的抗压强度等级可达MU5，因此用于承重墙是可行的。全部采用再生骨料时，空心砌块墙体的热绝缘系数较普通混凝土墙体增加17％左右，表明混凝土再生骨料空心砌块墙体保温性能提高。掺入1kg／m3聚丙烯纤维后，墙体的热绝缘系数较普通混凝土墙体增加22％，保温性能进一步提高。
2.4混凝土再生骨料用于高聚物混凝土
Byung-Wan Jo等用再生聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料和混凝土再生骨料制备高聚物混凝土，通过改变树脂和粗／细混凝土骨料的量来调整复合高聚物混凝土的强度和耐酸碱性能。研究表明：（1）高聚物混凝土的强度随树脂量的增加而增大，当树脂量超过一定值时，混凝土强度变化不大；（2）100％传统混凝土骨料和100％混凝土再生骨料高聚物混凝土的应力-应变曲线表现出不同的破坏机理；（3）HCl对于树脂量为9％的高聚物混凝土几乎没有影响，含100％再生骨料的高聚物混凝土耐酸性很差，耐碱性很好。
3提高再生混凝土性能的方法
3.1热处理Claudio Javier Zega等对混凝土再生骨料按水灰比为0.4和0.7进行配比，经水化后在500℃处理1h，通过超声方法、共振频率、静态弹性模量以及抗压强度等指标评估处理前后的混凝土性能，结果表明经热处理后的再生混凝土的性能较未经热处理的混凝土的性能有所提高。水中和等在500℃对混凝土再生骨料进行处理，研究表明热作用下再生混凝土粗骨料界面和砂浆基体结构发生弱化，混凝土再生骨料之间的机械碰撞与磨擦作用会产生粗骨料分离。分离制备的再生粗骨料与天然骨料具有相似的物理性能，并且配制的混凝土具有良好的工作性能和力学性能。
3.2水玻璃改性
程海丽等研究了水玻璃对混凝土再生骨料性能的影响，研究表明，水玻璃改性混凝土再生骨料对中低强度再生混凝土的早期强度具有明显的提高作用。用5％的水玻璃溶液浸泡混凝土再生骨料1h，再生混凝土拌合物的流动性不受明显的影响，再生混凝土的7天、28天、60天抗压强度分别可提高66％、21％、19％。高浓度水玻璃溶液和再生骨料的长时间浸泡均不利于提高混凝土拌合物的流动性及混凝土的抗压强度，甚至会使再生混凝土的后期强度下降。用3％的水玻璃溶液于常温下浸泡混凝土再生骨料1h，配制的再生混凝土抗压强度可得到大幅度提高，其7天、28天、60天的抗压强度与未经水玻璃溶液浸泡的再生骨料基准试样相比，分别提高了30.6％、27.1％、17.8％。增加水玻璃溶液浓度，有利于提高再生混凝土的抗冻性及抗硫酸盐侵蚀性。
3.3混凝土再生骨料混合方法
混凝土再生骨料传统混合方法是将一半再生粗骨料与再生细骨料混合，再与水泥混合，最后与另一半再生粗骨料混合，迅速加水后搅拌。VivianW.Y.Tam等采用的两步混合法是将混合过程分为两部分，再生细骨料与再生粗骨料混合1min，加入一半水，搅拌混合1min，加入水泥，搅拌混合30s，加入另一半水，搅拌混合2min得到混凝土试样，结果表明两步混合法提高了再生混凝土的强度并降低了强度的不稳定性。这是由于预混合过程可填充再生骨料的孔隙和裂缝得到更为密实的混凝土，再生混凝土界面区结合力增强，从而使混凝土强度较传统混合法增大。利用差热扫描量热器以及扫描电镜对混合浆体进行分析，结果表明混凝土体系存在4种物理化学反应，包括C3S2H3的脱水反应，钙钒石离子替代，CH的脱羟基反应，90℃、135℃、441℃和570℃C6S3H的形成。DSC分析结果显示再生混凝土样品的4种物理化学反应活性低于未加再生骨料样品的活性，这主要是由于再生骨料中存在大量微小裂纹，小裂纹吸收部分水泥水化所需水分，阻碍了C3S2H3、钙钒石、CH和C6S3H的形成，从而降低混凝土的强度，因此再生混凝土的性能低于常态混凝土的性能。Li Jiusu等采用两步混合法，首先使混凝土再生骨料表面包覆一层水泥浆，再与水按照一定的水胶比进行混合。采用颚式破碎机和冲击式破碎机充分破碎后得到较传统方法性能更好的再生混凝土。塌落度实验结果表明，两步法制备的再生混凝土较传统方法制备的再生混凝土具有更好的稳定性，且抗压强度和挠曲强度得到明显提高。
3.4活性掺合料
再生混凝土的渗透性较传统混凝土高，但耐久性较差。另外，再生混凝土碳化速度较快，从而限制了其在钢筋混凝土中的应用。Roumiana Zaharieva在再生混凝土中添加粉煤灰或硅灰等，认为添加物可降低再生混凝土的孔隙和渗透性。影响耐久性的主要因素是再生细骨料，因此应限制混凝土再生细骨料的用量，可通过在湿环境下长时间养护增强再生混凝土的耐久性。B. Gonzalez-Fonteboa等的研究表明，采用50％混凝土再生骨料和6.2％水泥制备的再生混凝土与传统混凝土28天抗压强度和密实度（以塌落度6～9cm评价）相当。添加硅灰的再生混凝土与传统混凝土也具有相似的抗压强度，而28天龄期后，再生混凝土的抗压强度高于传统混凝土，另外，当硅灰添加量为8％时有利于提高再生混凝土的抗压强度。再生混凝土与传统混凝土的拉裂强度极限差别不大。Sasha Achtemichuk等只采用混凝土再生骨料与矿渣、粉煤灰等混合物，不添加水泥制备可控低强度材料，水凝性矿渣、高钙粉煤灰与混凝土再生骨料残留的水泥浆中的碱性物质和氢氧化钙发生火山灰反应。测试结果表明，矿渣再生混凝土混合物7天抗压强度较粉煤灰再生混凝土混合物高70％左右。对混凝土再生细骨料可控低强度材料和混凝土再生细骨料／粗骨料可控低强度材料分别进行研究，结果表明这种新型的可控低强度材料适用范围较广，特别适用于结构支撑和快硬混凝土领域。吴建华等采用聚丙烯纤维和硅粉对再生混凝土的强化试验表明，聚丙烯纤维和硅粉双效可以使再生混凝土的抗压强度提高33.7％，且硅粉对混凝土抗压强度的影响较聚丙烯纤维的大。聚丙烯纤维和硅粉双效可以使再生混凝土的劈拉强度提高33.3％，且聚丙烯纤维对混凝土劈拉强度的影响较硅粉的大。硅粉的掺入会使再生混凝土的拉压比变小，脆性增大，而聚丙烯纤维能够弥补硅粉给再生混凝土带来的不利影响，有效地改善混凝土的脆性。
3.5混凝土再生骨料的鉴别
A. Abbas等采用图像分析方法迅速检测混凝土再生骨料中残留水泥浆，确定混凝土再生骨料的结构级别。该方法是基于机械和化学应力来排除混凝土再生骨料中残留水泥浆。采用图像分析法分析河砂骨料混凝土再生骨料和碎石骨料混凝土再生骨料，通过观察2种混凝土再生骨料断面不同形貌，发现河砂骨料混凝土再生骨料中河砂表面均匀包覆残留水泥浆，碎石骨料混凝土再生骨料中占50％的碎石表面含少于15％的残留水泥浆。这主要是由于相对较多的表面粘附水泥浆的河砂颗粒在建筑拆毁过程中容易脱落。研究结果证实这种快速实验室测试方法可精确分析混凝土再生骨料中残留的水泥浆。
4建筑废弃粘土砖再生利用技术
F. Bektas等研究了粘土砖粉体对混凝土性能的影响，研究表明，当加量为10％～20％时，其对混凝土的抗压强度不产生负面影响；当加量为20％时，粘土砖粉体使水泥砂浆的自由收缩性能降低；当加量为10％时，水泥砂浆的自由收缩性能较混合料有所提高。随着粘土砖粉体加量的增加，砂浆的抗冻融性能也有所提高。当加量为30％时，骨料中会出现强烈的碱骨料反应，为了使废弃粘土砖在混凝土中得到有效利用，需对这种碱骨料反应现象进行深入细致的研究。Paulo B. Cachirn等研究了建筑粘土砖在混凝土中的应用，结果表明替代量在15％以下时混凝土强度不会下降，当掺量为30％以上时混凝土性能会有所下降。适量的预湿粉碎粘土砖可为水泥水化提供水分且不影响初始水灰比，从而产生自养护作用。但当粉碎粘土砖用量增大时，由于其多孔性会导致混凝土性能下降。Christos-Triantafyllos Galbenis等利用含石灰质成分的建筑混凝土垃圾和含硅酸盐成分的建筑砖瓦垃圾作为水泥原料，向传统水泥原料中添加不同量的2种混合物，再分别在1350℃、1400℃以及1450℃焙烧得到波特兰水泥。通过测试水泥中游离CaO的含量来评价水泥活性，结果表明添加混凝土垃圾在提高水泥原料易烧性的同时不会对水泥熔渣性产生负面影响。
5结语
大量的建筑废弃混凝土造成了严重的环境污染问题，将废弃混凝土加工成再生骨料用于再生混凝土的制备不仅解决了环境污染问题，也实现了资源再利用，减少了资源和能源的浪费，对于实现可持续发展具有重要意义。目前的研究内容包括以下几个方面：（1）混凝土再生骨料替代量、混凝土再生细骨料、混凝土再生骨料的龄期、混凝土再生骨料的化学和矿物学特征等性能对再生混凝土性能具有较大影响；（2）混凝土再生骨料可用于沥青混凝土、路面材料、混凝上砖以及高聚物混凝土等领域；（3）通过对混凝土再生骨料进行热处理、水玻璃改性、添加活性掺合料以及对混凝土再生骨料进行鉴别等可提高再生混凝土的性能；（4）废弃混凝上中存在的粘土砖等也可用于再生混凝土的制备。
关于废弃混凝土再利用方面的研究大多集中在国外，国内虽然有一定研究，但实际工业应用方面较少。因此，我国在进行废弃混凝土再利用基础理论方面研究的同时，应重点研究实际应用过程涉及的问题，具体注意以下几个方面：（1）政府应建立相关法律法规强制使废弃混凝土得到应用；（2）对废弃混凝土再利用在财政上给予支持；（3）制定并确立废弃混凝土再利用的技术规范、标准和应用范围等。这些政策、标准等的建立有利于使废弃混凝土得到有效的利用，最终实现废弃混凝土“零”排放。
参考文献略
