国外再生混凝土应用概述及技术标准

'第30卷第4期青岛理工大学学报Vol.30No.42009JournalofQingdaoTechnologicalUniversity国外再生混凝土的应用概述及技术标准全洪珠(青岛农业大学建筑工程学院,青岛266109)摘要:随着环保意识的不断深化,世界各国都在加强废混凝土再生利用的技术研究.日本、美国、德国等国家凭借经济实力与科技优势,发展了许多再生骨料制备技术及再生混凝土应用技术,有的国家已制定了相应的技术标准,并得到了推广应用.通过对国外废混凝土再生利用概况以及再生混凝土的技术标准进行文献调查,分析研究了国外再生混凝土的发展趋势,为我国再生混凝土技术的推广应用及相应规范的制定提供参考依据.关键词:再生骨料;再生混凝土;废混凝土;技术标准;力学性能;耐久性中图分类号:TU528文献标志码:A文章编号:1673—4602(2009)04—0087—06ApplicationOverviewandTechnicalStandardsofRecycledConcreteinOtherCountriesQUANHong2zhu(CollegeofArchitectureandCivilEngineering,QingdaoAgriculturalUniversity,Qingdao266109,China)Abstract:Withthecontinuousdeepeningofenvironmentalawareness,thetechnicalresear2cheswithcirculationutilizationofwasteconcretewereenhancedinmanycountriesintheworld.Relyontheeconomicstrengthandtechnologyadvantages,somecountriesdevelopedanumberofmanufacturetechnologyofrecycledaggregateandapplicationtechnologyofre2cycledconcretesuchasJapan,theUniteStatesandGermanyandsoon.Insomecountries,theyhavedevelopedtheappropriatetechnicalstandards,andhavebeenextendedandap2plied.Thetendencyofrecycledconcreteinsomeforeigncountrieswasanalysisedandre2searchedbyinvestigatingthecirculationutilizationofwasteconcreteandthetechnicalstand2ardsofrecycledconcreteinthispaper.TheobjectivesweretoprovidethereferencefortheapplicationofrecycledconcretetechnologyandtheformulationofcorrespondingstandardforChina.Keywords:recycledaggregate;recycledconcrete;wasteconcrete;technicalstandards;me2chanicalproperties;durability随着建筑业的快速发展,全球混凝土产业每年消耗数10亿t的天然骨料.与此同时,每年又产生大量的建筑废料和垃圾.经统计,2005年我国建筑废物总量(建筑施工废物和旧建筑拆除废物之和)至少达21000万t,而其中废混凝土总量(混凝土生产过程中的废混凝土和建筑拆除废物中的废混凝土之和)至少收稿日期:2009—05—22作者简介:全洪珠:(19682),男,黑龙江鸡西人.博士,副教授,主要从事建筑废弃物在混凝土中的应用方面的研究.E2mail:quanhz719@yahoo.com.cn.©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net 88青岛理工大学学报第30卷[1]达10000万t,约占建筑废物总量的50%.而如此巨量的建筑废物,其绝大部分未经任何处理,便被施工单位运往郊外或乡村,采用露天堆放或填埋方式进行处理.不仅耗用大量的征用土地费、垃圾清运费,而且造成了严重的环境污染.随着环保意识的不断深化,世界各国都在加强废混凝土再生利用的技术研究,再生混凝土技术已成为国外工程界和学术界共同关注的热点和前沿课题.日本、美国、德国等国家凭借经济实力与科技优势,发展了许多再生骨料制备技术及再生骨料混凝土应用技术,有的国家已制定了相应的技术标准,并得到了推广应用.目前,我国再生骨料以及再生混凝土的应用还处于初级阶段,缺乏较系统的应用基础研究,同时也缺少较完善的再生骨料和再生混凝土的技术规程、技术标准.参考、借鉴国外较成熟的再生混凝土的应用技术及技术标准,对国内再生骨料混凝土技术的推广应用及相应规范的制定具有十分重要的意义.1国外废混凝土再生利用概况第二次世界大战之后,日本、前苏联、美国、德国、英国、丹麦、荷兰等国家都开始了对废混凝土进行有效处理和再生利用的研究工作,其中前苏联早在1946年就研究了废混凝土再生利用的可能性.近几年,日本、荷兰、丹麦、德国等发达国家在再生混凝土有效利用方面取得了显著成效.1.1日本日本由于天然资源相对匮乏,因而十分重视废旧混凝土的再生资源化和有效利用,多年来将建筑废弃物视为“建筑副产品”.日本对再生混凝土的研究始于20世纪70年代,早在1977年,日本建筑业协会(BCS)就制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范(案)·同解说》,其中规定再生粗骨料的吸水率为7%[2][3]以下.1992年,日本建设省提出了《建筑副产物的排放控制以及再生利用技术的开发》5年发展规划,[4]于1994年制定了《不同用途下混凝土副产物暂定质量规范(案)》,并于1996年推出了《资源再生法》,为废旧混凝土等建筑副产品的再生利用提供了法律和制度保障.2003年,日本开始启动了对再生骨料以及再生混凝土的国家标准的制定工作,并分别于2005年制定了《混凝土用再生骨料H》(高品质)的国家标准[5][6](JISA5021)、于2006年制定了《使用再生骨料L的混凝土》(低品质)的国家标准(JISA5023)、于[7]2007年制定了《使用再生骨料M的混凝土》(中品质)的国家标准(JISA5022),为再生骨料的推广应用提供了必要的技术支持和技术保障.据统计,2005年日本全国建筑废物资源总利用率达到85%,其中废混凝土的排放量约为3200万t,废混凝土再生利用3100多万t,再资源化率高达98%.但其中大部分用于公路路基材料中,做为再生骨料所[8]使用的比例不足20%.1.2荷兰荷兰由于国土面积狭小,人口密度大,再加上天然资源相对匮乏的原因,该国对建筑废弃物的再生利用十分重视,是最早开展再生骨料混凝土研究和应用的国家之一,其建筑废物资源利用率位居欧洲第1位.1996年荷兰全国建筑废物排放量约为1500万t,其中废混凝土的再资源化率高达90%以上.自1997[9]年起,规定禁止对建筑废弃物进行掩埋处理,建筑废弃物的再利用率几乎达到了100%.参考国际材料与结构研究实验联合会(RILEM)关于再生骨料的相关技术标准,荷兰制定了自身的再[10]生骨料国家标准.其中规定了再生骨料取代天然骨料的最大取代率(质量计)为20%等.1.3英国英国国土面积相对狭小,因此新建建筑垃圾掩埋场地比较困难.为了降低建筑废弃物的排放,减少环境污染,促进建筑废弃物的再生利用,英国政府于1996年设置了建筑垃圾掩埋税,并对建筑垃圾加工企业进行了政策及资金方面的援助,同时大力支持对再生骨料的研究以及再生骨料标准的制定工作等.据统计,英国全国建筑废物资源利用率为45%,其中废混凝土的排放量约为2800万t,再生利用1480万t,废混凝土再资源化率为52%.但其中大部分用在路基材上,用于混凝土的再生骨料所占比例为10%[9]左右.再生骨料标准则参考国际材料与结构研究实验联合会(RILEM)关于再生骨料的相关技术标准,将再生粗骨料分为3个等级,并指出再生粗骨料中掺加天然骨料会改善再生骨料的性能.©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net 第4期全洪珠:国外再生混凝土的应用概述及技术标准891.4丹麦丹麦是建筑废弃物有效利用技术比较成熟的国家,最近10～15年间,其建筑废弃物再利用率达到75%以上,超过了丹麦环境能源部门于1997年制定的60%的目标.最近,丹麦政府的政策目标从单纯的废弃物再利用开始向建筑材料的全生命周期管理模式的方向发展.丹麦1997年全国建筑废物资源利用率为75%,其中废混凝土的排放量约为180万t,再生利用175[9]万t,再资源化率高达97%.1989年10月,丹麦混凝土协会制定了再生骨料技术标准,将再生粗骨料分为2个等级,并对再生骨料的饱和面干表观密度、轻骨料含量、杂质含量以及粒度分布等做了详细规[11]定.1.5德国第二次世界大战之后,德国已经有了将废砖经破碎后作为混凝土材料使用的经验,是较早开始对废混凝土进行再生利用研究的国家之一.1997年德国实施再生利用法,1998年8月制定了《混凝土再生骨料应用指南》,在再生混凝土开发应用方面稳步发展,取得了一系列的成果.德国1994年全国建筑废物资源利用率为17%,其中废混凝土的排放量约为4500万t,再生利用870[9]万t,再资源化率为18%.而其中大部分用在公路路基材上.再生骨料技术标准,将再生粗骨料分为4个[12]等级,并对再生骨料的最小密度、矿物成分、沥青含量、最大吸水率等做了详细规定.1.6欧洲其他国家法国1990—1992年全国建筑废物资源利用率为15%,其中废混凝土的年排放量约为1560万t,再资[9]源化率不明.但其中大部分用在公路路基材上,并且再生利用限制在道路工程和掩埋工程.再生骨料标准参考国际材料与结构研究实验联合会(RILEM)关于再生骨料的相关技术标准,并与西班牙、比利时共同计划制定《混凝土再生骨料的应用指南》.比利时1990—1994年全国建筑废物资源利用率为94%,其中废混凝土的排放量约为640万t,再生[9]利用620万吨,再资源化率为97%.再生骨料标准参考国际材料与结构研究实验联合会(RILEM)关于再生骨料的相关技术标准,并与法国、西班牙共同计划制定《混凝土再生骨料的应用指南》.瑞典1996年全国建筑废物资源利用率为20%,其中废混凝土的排放量约为112万t,再生利用22万[9]t,再资源化率为20%.再生骨料标准参考国际材料与结构研究实验联合会(RILEM)关于再生骨料的相关技术标准.1.7美国美国是较早提出环境标志制度的国家,政府制定的《超级基金法》规定“:任何生产有工业废弃物的企业,必须自行妥善处理,不得擅自随意倾卸”.1982年,在混凝土骨料标准ASTMC233282中已规定废混凝土块经破碎后可作为粗骨料、细骨料来使用,但没有制定再生骨料技术标准.美国陆军工程协会(SAME)在有关规范和指南中鼓励使用再生混凝土骨料.美国明尼苏达州运输局标准(MDOT)和俄亥俄州运输局[13]标准(MDOT)规定了再生混凝土作为道路铺装材料时的使用条件和试验方法.美国1996年全国建筑废物资源利用率为20%～30%,根据国内加工设备能力推算其废混凝土的再[9]生利用量约为5000万t(含沥青混凝土).1.8韩国韩国是继日本之后,较早着手研究废混凝土的处理与再生利用的亚洲国家之一.韩国国家标准(KS)针对废混凝土再生骨料、道路铺装用再生骨料以及废沥青混凝土再生骨料制定了相关技术标准.国家交通部制定了《建筑废弃物再利用要领》,根据不同利用途径对质量和施工标准做了规定.环境部制定了《再生骨料最大值数以及杂质含量限定》,对废混凝土用在回填土等场合时的粒径、杂质含量做了限定.韩国2001年全国建筑废物资源利用率为86%,其中废混凝土的排放量约为2410万t,占建筑废弃物[9]整体的61%.©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net 90青岛理工大学学报第30卷2国外再生骨料以及再生混凝土的相关技术标准2.1各国再生骨料的技术标准日本再生骨料的技术标准如表1所示.[527]表1日本再生骨料技术标准再生骨料H(JISA5201)再生骨料M(JISA5022付属A)再生骨料L(JISA5023付属A)再生粗骨料再生细骨料再生粗骨料再生细骨料再生粗骨料再生细骨料表观密度/(kg/m3)2500以上2500以上2300以上2200以上——(JISA1109)吸水率/%3.0以下3.5以下5.0以下7.0以下7.0以下13.0以下(JISA1110)填充率/%55以上53以上55以上53以上——(JISA5005)颗粒级配标准粒度标准粒度标准粒度标准粒度标准粒度JISA5023付属A(JISA5005)微粒含量/%1.0以下7.0以下1.5以下7.0以下2.0以下—(JISA1103)磨耗损失率/%35以下—————(JISA1121)杂质含量31/%合计3.0以下—合计3.0以下———(JISA5021)碱骨料反应(JISA1145)无害无害无害无害无害无害(JISA1146)无害无害无害无害无害无害(JISA1804)无害无害无害无害无害无害氯化物量/%0.04以下0.04以下0.04以下0.04以下0.04以下0.04以下(JISA5002)注:31表示杂质含量是废砖、废玻璃、废木片、废塑料片等各类杂质总和.国际材料与结构研究实验联合会(RILEM)再生骨料的技术标准如表2所示.丹麦再生骨料的技术标准如表3所示.[11]表2国际材料与结构研究实验联合会表3丹麦再生骨料技术标准[14215](RILEM)再生骨料技术标准GP1GP2试验方法TypeⅠTypeⅡTypeⅢ饱和面干表观密度22001800废砌筑材料废混凝土混合材料31试验方法3DS405.2/(kg/m)以上以上表观密度1500以上2000以上2400以上prEN109726密度<2200kg/m3/(kg/m3)10以下—DS405.4含量/%密度<2200kg/m3—10以下10以下prEN174421含量/%3密度<1800kg/m1以下5以下DS405.4密度<1800kg/m3Modified含量/%10以下1以下1以下含量/%ASTMC1233密度<1000kg/m3密度<1000kg/m1以下0.5以下0.5以下—含量/%0.5以下2以下DS405.4含量/%杂质含量/%5以下1以下1以下prEN93327氯化物量/%33DS423.19吸水率/%20以下10以下3以下prEN109726全材料吸水率/%33DS405.2注:31TypeⅢ是天然骨料与再生骨料的混合材.混合比率为:天然骨料粒度分布33DS405.9(80%以上)、再生骨料(TypeⅠ最大10%,TypeⅡ最大20%).注:3没有限定具体数值,但该项目必须测定.©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net 第4期全洪珠:国外再生混凝土的应用概述及技术标准91德国再生骨料的技术标准如表4所示.[12]表4德国再生骨料技术标准TypeⅠ废混凝土TypeⅡ建筑构件破碎材料TypeⅢ废砌筑材料TypeⅣ其他混合材混凝土和骨料含量/%90以上70以上20以下80以上砖、非多孔砌块含量/%80以上10以下30以下石灰石含量/%5以下矿物成分/%2以下3以下5以下沥青含量/%1以下1以下1以下20以下杂质含量/%0.2以下0.5以下0.5以下1以下饱和面干表观密度/(kg/m3)2000以上1800以上1500以上饱和面干表观密度的变动范围/(kg/m3)±150——吸—水率/%10以下15以下20以下韩国再生骨料的技术标准如表5所示.表5韩国再生骨料技术标准粗骨料细骨料Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级Ⅰ级Ⅱ级干表观密度/(kg/m3)2200以上2200以上2200以上2200以上2200以上吸水率/%3.0以下5.0以下7.0以下5.0以下10以下微粒含量31/%1.5以下1.5以下1.5以下5以下5以下安定性/%12以下3212以下32—10以下326以下32填充率/%55以上55以上55以上53以上53以上磨耗损失/%40以下40以下40以下——注:310.08mm筛通过量.32建设交通部《建筑废弃物处理及再利用要领》中的质量标准.[16]2.2再生骨料的检验表6比利时再生骨料混凝土的适用范围[11]丹麦对再生骨料的质量检验方法做了规定,试料取样依GBSB2ⅠGBSB2Ⅱ据DS405.0中的规定实施.容许最大强度级别C16/20C30/371)废混凝土每1000t最低取样1次,同一批最低取样3次暴露环境级别1,2a1,2进行质量检验.2)如对再生骨料进行连续质量检验时,需考虑变异系数.[11]表7丹麦再生骨料混凝土的适用范围而变异系数必须通过最低3次以上的试验数据取得.变异系数GP1GP2为60%～90%时,废混凝土每500t取样1次;变异系数为30%抗压强度/MPa<40<20～60%时,废混凝土每1500t取样1回;变异系数为0～30%暴露环境级别平稳环境时,废混凝土每3000t取样1次进行质量管理.2.3再生混凝土的适用范围比利时、丹麦、荷兰再生骨料混凝土的适用范围,如表6-表8所示.[10]表8荷兰再生骨料混凝土的适用范围RCACTypeⅠ废砌筑材料RCACTypeⅡ废混凝土RCACTypeⅢ混合材料容许最大强度级别C16/2032C50/60无限制暴露环境级别311,2a1,2a,2b,3,4a,4b注:31①级别1:干燥环境(一般住宅和办公楼等建筑物内部);②级别2:湿润环境(2a:无结冻的湿润环境;2b:结冻的湿润环境);③级别3:结冻以及使用防冻剂的湿润环境;④级别4:海洋环境(4a:无结冻的湿润环境;4b:结冻的湿润环境).32再生骨料密度超过2000kg/m3时亦可使用C30/37.©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net 92青岛理工大学学报第30卷2.4再生混凝土的力学性能再生混凝土的力学特性(荷兰、丹麦)的要求如表9-表10所示.[10][11]表9荷兰再生骨料混凝土的力学特性表10丹麦再生骨料混凝土的力学特性RCACTypeⅠRCACTypeⅡRCACTypeⅢ降低系数31降低系数31GP1GP2废砌筑材料废混凝土混合材料抗拉强度/MPa0.8511抗压强度/MPa0.90.7静弹性模量/105MPa0.650.81徐变系数111静弹性模量/105MPa0.80.5收缩量/%21.51注:31降低系数是再生骨料混凝土与天然骨料混凝注:31降低系数是再生骨料混凝土与天然骨料混凝土的比值.土的比值.[10]2.5再生骨料混凝土的耐久性表11荷兰再生骨料混凝土的耐久性试验荷兰的再生骨料混凝土的耐久性试验如表RCACTypeⅠRCACTypeⅡRCACTypeⅢ11所示.废砌筑材料废混凝土混合材料容许最大强度级别C16/2031C50/60无限制3结论1———1)较详细地介绍了日本、德国、丹麦、韩国水泥砂浆试验322a,4a水泥砂浆试验32等国家的废混凝土再生利用状况.(4a不适用)暴露2)较详细地介绍了国外再生骨料、再生混环境水泥砂浆试验32,2b,4b不适用凝土的技术标准以及再生混凝土应用技术的发级别冻融试验33展趋势.水泥砂浆试验32,冻融试验33,3不适用3)为我国再生混凝土技术的推广应用及防冻剂试验34相应规范的制定提供参考依据.3注:31再生骨料密度超过2000kg/m时亦可使用C30/37.32水泥砂浆试验判断标准是最大膨胀率<0.1%.33冻融试验判断致谢:日本太平洋水泥(株)的田野崎隆雄标准是耐久性系数>80%.34防冻剂试验判断标准是最大重量博士以及日本三菱(株)的立屋敷久志博士提损失<500g/m2.供了许多宝贵的资料.对于两位提供的大力支持与帮助,在此表示特别感谢!参考文献(References):[1]肖建庄.再生混凝土[M].北京:中国建筑工业出版社,2008:324.XIAOJian2zhuang.RecyclcedConcrete[M].Beijing:ChinaArchitecture&BuildingPress,2008:324.[2](社)建築業協会.再生骨材及び再生“Ó•Êー¨の使用基準(案)·同解説[N].1977.[3]建設省総合技術開発·Í˜‡•¨.建設副産物の発生抑制·再生利用技術の開発報告書[N].1992.[4]建設省技調発第88号、建設大臣官房技術調査室通達.“Ó•Êー¨副産物の用途別暫定品質基準(案)[N].1994.[5](財)日本規格協会.JISA5021,“Ó•Êー¨用再生骨材H[S].[6](財)日本規格協会.JISA5023,再生骨材Lを用いた“Ó•Êー¨[S].[7](財)日本規格協会.JISA5022,再生骨材Mを用いた“Ó•Êー¨[S].[8]国土交通省.建設副産物実態調査[N].2007.[9]“Ó•Êー¨再生材高度利用研究会.平成16年度活動報告書[N].平成17年4月.[10]HendriksChF.CertificationSystemforAggragatesProducedfromBuildingWasteandDemolishedBuilding[C]//EnvironmentalAspectsofConstructionwithWasteMaterials.[S.l.]:[s.n.],1994.[11]RecommendationfortheUseofRecycledAggregatesforConcreteinPassiveEnvironmentalClass,DanishConcreteAssociation.1989.[12]DIN4226—100,GesteinskornungenfurBetonundMortel[S].(下转第126页)©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net 126青岛理工大学学报第30卷3结论1)重金属铅掺量达到一定阀值时才会对硫铝酸盐水泥水化产生明显影响,当掺量为2.0%,初凝时间为15min时,比标准样0提前了37min,终凝时间也有同样的规律,且标准稠度用水量相应增多.2)用硫铝酸盐水泥对重金属铅进行固化效果良好,重金属铅通过物理固封、替代或吸附等形式可固化入水化产物结构中,且2.0%硝酸铅掺量浸出毒性试验结果符合国家标准要求.参考文献(References):[1]HalimC,AmalR,BeydounD,etal.ImplicationsoftheStructureofCementitiousWastesContainingPb(Ⅱ),Cd(Ⅱ),As(Ⅴ)andCr(Ⅵ)ontheLeachingofMetals[J].CementandConcreteResearch,2004,34(7):109321102.[2]美国环境保护局.固体废弃物试验分析评价手册[M].中国环境监测总站,中国科学院生态环境研究中心,北京市环境监测中心,译.北京:中国环境科学出版社,1992.U.S.EnvironmentalProtectionAgency.SolidRejectExperimentAnalysisAppraisalHandbook[M].Translatedby,China’sEnvi2ronmentalMonitoringStation,theEcologicalEnvironmentofChineseAcademyofSciencesResearchCenter,Beijing"sEnvironmentalMonitoringcenter.Beijing:ChineseEnvironmentalSciencePublishingCompany,1992.[3]GB/T1346—2001,水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法[S].GB/T1346—2001,CementCementsWere,SettingTime,StabilityTestingMethod[S].[4]GB/T17671—1999,水泥胶砂强度检验方法[S].GB/T17671—1999,CementStrengthTestMethod[S].[5]陈娟,卢亦炎.硫铝酸盐水泥性能的调整与应用[J].混凝土,2007(9):54256.CHENJuan,LUYi2yan.ResearchofPropertiesModificationandApplicationsofSulphoaluminateCement[J].Concrete,2007(9):54256.[6]AndresA,OrtizI,ViguriJR,etal.Long2TermBehaviorofToxicMetalsinStabilizedSteelFoundryDusts[J].JournalofHazardousMaterials,1995,40:31242.[7]GlasserFP.ChemistryandMicrostructureofSolidifiedWasteForms[C]//R.D.ChemistryandMicrostructureofSolidifiedWasteForms.BocaRaton:LewisPublishers,1993:1231.(上接第92页)[13]KibertCJ.Concrete/MasonryRecyclingProgressintheUSA[C]//DemolitionandReuseofConcreteandMasonry.NewYork:F&FNSpon,1994.[14]HendrilsCF,PietersonHS.SustainableRawMaterials2ConstructionandDemolitionWaste[R].RILEMReport22,RILEMPubli2cationSeries,F294235,1998.[15]HansSPietersen,CharlesFHendriks.TowardsLargeScaleApplicationofRecycledAggregatesintheConstructionIndustry[C]//EuropeanResearchandDevelopments.[S.l.]:ProceedingsoftheFouthInternationalConferenceonEcomaterials,1999:2172220.[16]VynckeJ,RousseauE.RecyclingofConstructionandDemolitionWasteinBelgium[C]//ActualSituationandFutureEvolutionDemolitionandReuseofConcrete.[S.l.]:RILEM,1994.©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net'