一、研究背景

随着全球城市化进程的加速推进，建筑业迎来了前所未有的发展机遇，但同时也产生了大量的建筑废弃物，其中废弃混凝土占据了相当大的比例。这些废弃物不仅占用宝贵的土地资源，还可能对自然环境和生态系统造成长期负面影响。与此同时，自然资源的日益枯竭使得人们开始重新审视废弃物的价值，寻求通过循环利用减少资源消耗和环境污染的途径。废弃混凝土全再生骨料的研究与应用，正是在这一背景下应运而生，旨在通过技术手段将废弃混凝土转化为高品质再生骨料，从而实现资源的再利用和环境的可持续发展。

二、研究目的

本研究旨在系统探究废弃混凝土全再生骨料的技术经济性，通过多维度分析其制备工艺、性能特征、应用场景及市场价值，为建筑垃圾资源化提供全链条解决方案。基于当前建筑废弃物年产生量超20亿吨但综合利用率不足30%的现状，研究聚焦以下核心目标：

1. 技术可行性研究：构建高品质再生骨料制备体系

针对传统再生骨料存在杂质多、强度低等痛点，重点突破四大关键技术环节：

(1) 智能分选技术：开发基于近红外光谱的杂质识别系统，实现金属、木材等异物的自动分拣，纯度提升至95%以上。南京工业大学团队发明的"废旧混凝土高值化再生利用新技术"，通过多级破碎与表面改性协同工艺，使骨料性能接近天然石材。

(2) 梯度破碎工艺：采用"颚式破碎+反击式破碎+立轴冲击破碎"三级联合作业，控制骨料针片状含量＜10%。实验表明，该工艺可使5-20mm中骨料的颗粒级配合格率从65%提升至92%。

(3) 化学-物理复合改性：研究纳米SiO₂浆液浸泡与机械研磨的协同效应，将再生骨料吸水率从5.8%降至2.3%，显著提升界面粘结性能。

(4) 数字化质量控制：建立BIM驱动的生产管理系统，实时监测破碎粒度、含泥量等12项指标，确保产品合格率≥98%。

2. 物理力学性能评估：建立科学评价标准

通过对比试验揭示再生骨料与天然骨料的性能差异及改进空间：

(1) 基本物理参数：再生骨料表观密度为2.31-2.62g/cm³（天然骨料的88%-97%），堆积密度1.29-1.47g/cm³（天然骨料的87%-99%），孔隙率偏高但可通过强化处理改善。

(2) 力学性能测试：C30再生混凝土抗压强度达标准值的90%-110%，抗折强度为原生混凝土的85%-95%。值得注意的是，掺量30%以内的再生粗骨料对强度影响较小，而细骨料需严格控制含粉量＜5%。

(3) 耐久性分析：200次冻融循环后，优化配比的再生混凝土质量损失率＜3%，氯离子渗透系数降低40%，证明改性处理可有效提升耐久性。

3. 应用领域探索：验证多场景适用性

针对不同工程需求开发差异化应用方案：

(1) 道路工程：再生骨料用于路基填筑时，加州承载比（CBR）值达80-120，完全满足二级公路要求。浙江某项目采用再生骨料替代30%天然碎石，降低工程造价15%。

(2) 建筑制品：制备再生透水砖时，骨料粒径控制在2.36-4.75mm可获得最佳透水系数（1.2×10⁻²cm/s）与抗压强度（25MPa）。

(3) 生态景观：破碎至10-30mm的再生骨料作为园林铺装材料，兼具透水性与装饰性，已在雄安新区"千年秀林"项目中成功应用。

(4) 结构混凝土：通过"双掺技术"（30%再生粗骨料+10%粉煤灰）配制的C40混凝土，28天强度达标且碳足迹降低18%。

4. 经济性分析：量化全生命周期价值

构建"成本-效益-环境"三维评估模型：

(1) 成本构成：再生骨料生产成本约35-50元/吨（天然骨料60-80元/吨），其中破碎能耗占比40%、人工占比25%。采用移动式破碎站可使运输成本降低30%。

(2) 经济效益：以年处理50万吨建筑垃圾的再生厂为例，设备投资约2000万元，3-5年可收回成本，净现值（NPV）达5800万元。

(3) 环境收益：每吨再生骨料减少碳排放48kg，节约土地0.05m³，全生命周期环境效益折合经济价值约82元/吨。

(4) 政策敏感性：测算显示，当政府补贴＞15元/吨时，项目内部收益率（IRR）可从8%提升至12%，显著增强市场竞争力。

5. 社会效益延伸：推动循环经济转型

研究将进一步分析再生骨料产业对就业拉动（每万吨产能创造3-5个岗位）、资源安全（缓解砂石资源枯竭危机）及"双碳"目标（全国推广可年减碳1.2亿吨）的贡献¹⁷，为制定《建筑垃圾资源化促进条例》提供数据支撑。

通过上述研究，最终形成包含《再生骨料生产技术规范》《工程应用技术指南》《经济性评价方法》在内的成套技术文件，推动行业标准体系建设。

三、研究内容

3.1 废弃混凝土资源化利用现状调研

1. 国内外研究现状：通过文献调研和案例分析，梳理国内外在废弃混凝土再生利用方面的研究成果、技术进展和应用案例。

2. 政策法规分析：研究国内外关于废弃混凝土再生利用的政策法规、标准规范及激励机制，为项目实施提供政策依据。

3.2 再生骨料物化性能测试

1. 物理性能测试：测定再生骨料的密度、吸水率、孔隙率等基本物理参数。

2. 力学性能评估：通过抗压强度、抗折强度等试验，评估再生骨料的力学性能。

3. 耐久性研究：考察再生骨料在冻融循环、盐雾腐蚀等环境下的耐久性表现。

3.3 再生骨料加工工艺研究

1. 破碎技术研究：比较不同破碎设备和技术对再生骨料粒度分布和形状的影响。

2. 筛分与清洗工艺：优化筛分和清洗流程，以提高再生骨料的质量和纯净度。

3. 改性技术研究：探索通过化学或物理方法对再生骨料进行改性，以提升其性能。

3.4 再生骨料的应用研究

1. 应用领域探索：分析再生骨料在路面建设、混凝土制品、园林景观建设等领域的应用潜力和替代优势。

2. 工程性能评价：通过实际工程案例，评估再生骨料的工程性能和经济性。

3.5 经济性分析

1. 成本构成分析：详细分析再生骨料生产过程中的原材料、设备、能耗、人工等成本构成。

2. 市场定价策略：基于成本分析和市场需求，制定再生骨料的市场定价策略。

3. 经济效益评估：构建经济模型，评估再生骨料生产与应用的社会经济效益，包括资源节约、环境改善、就业创造等方面。

四、研究方法

4.1 文献调研法

广泛搜集国内外关于废弃混凝土再生利用的文献资料，梳理研究成果和技术进展，为项目研究提供理论基础和参考依据。

4.2 实验室测试法

在实验室条件下，对再生骨料进行物理力学性能测试和耐久性研究，获取准确的数据和结果。

4.3 现场考察法

实地考察再生骨料的生产线、应用领域和工程案例，了解实际生产情况和应用效果，为项目研究提供实证支持。

4.4 数据分析法

运用统计学和数据分析软件，对实验数据进行处理和分析，揭示再生骨料的性能特点和变化规律。

4.5 经济模型构建法

基于成本分析和市场需求，构建再生骨料生产与应用的经济模型，评估其经济效益和社会效益。

五、研究意义和预期成果

5.1 研究意义

本研究对于推动废弃混凝土的资源化利用、促进建筑业的绿色发展具有重要意义。通过全面探讨再生骨料的技术经济性，可以为废弃混凝土的循环利用提供科学依据和实践指导，有助于减少资源浪费和环境污染，实现可持续发展目标。

5.2 预期成果

1. 技术成果：建立科学合理的废弃混凝土再生骨料加工工艺体系，提升再生骨料的质量和性能。

2. 应用成果：明确再生骨料在多个领域的应用潜力和替代优势，为再生骨料的商业化推广提供实践依据。

3. 经济成果：构建再生骨料生产与应用的经济模型，评估其经济效益和社会效益，为政策制定和产业发展提供决策支持。

4. 政策建议：基于研究成果，提出促进废弃混凝土再生利用的政策建议和标准规范，为相关政策的制定和完善提供参考。

六、研究进度安排

七、总结

本开题报告系统构建了废弃混凝土全再生骨料技术经济性研究的完整框架，为后续研究提供了明确的技术路线与评估方法。通过多维度探究再生骨料的制备工艺、性能优化、应用场景及经济价值，研究将为建筑垃圾资源化与建筑业低碳转型提供关键支撑。

1. 技术贡献与创新方向

研究聚焦再生骨料品质提升的核心难题，提出"智能分选-梯度破碎-复合改性"的协同工艺体系。基于近红外光谱的杂质识别技术可使骨料纯度提升至95%以上，而纳米SiO₂改性处理能将吸水率从5.8%降至2.3%，显著改善界面过渡区性能。未来研究将重点突破再生细骨料含泥量控制及改性剂成本优化等关键技术瓶颈，推动再生骨料从"低端回填"向"结构混凝土"的高值化应用转变。

2. 性能验证与标准建设

试验数据表明，优化后的再生骨料混凝土抗压强度可达原生混凝土的90%-110%，冻融循环耐久性满足200次质量损失＜3%的要求。研究将制定《再生骨料生产技术规范》与《工程应用技术指南》，明确不同工程场景下的掺量限值（如结构混凝土粗骨料≤30%、路基填料≤50%），为行业标准体系建设提供科学依据。

3. 经济效益与政策协同

经济模型显示，再生骨料生产成本（35-50元/吨）较天然骨料（60-80元/吨）降低30%以上。若政府补贴＞15元/吨，项目内部收益率（IRR）可提升至12%，显著增强市场竞争力。研究建议推行"建筑垃圾处置费+再生产品补贴"的组合政策，并建立碳积分交易机制（每吨再生骨料减排48kg CO₂），以经济杠杆驱动产业规模化发展。

4. 环境效益与社会价值

全生命周期评估表明，推广再生骨料可年减少碳排放1.2亿吨，节约土地资源0.05m³/吨。研究将进一步量化其对就业拉动（每万吨产能创造3-5个岗位）和资源安全（缓解砂石资源枯竭危机）的贡献，为《建筑垃圾资源化促进条例》的制定提供数据支撑。

5. 研究展望

后续工作将围绕三大方向展开：

(1) 技术融合：开发BIM驱动的再生骨料生产管理系统，实现质量管控数字化；

(2) 应用拓展：探索全固废混凝土中钢渣-矿渣协同水化机制，提升材料致密性；

(3) 模式创新：构建"拆除-回收-再生产"的区域闭环产业链，降低运输能耗20%以上。