《Case Studies in Construction Materials》：Valorization of mixed recycled aggregates from construction and demolition waste in precast concrete filler blocks: Assessment of coarse and fine fractions
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建筑与拆除废弃物（CDW）的管理是一项关键的环境挑战。本研究在工业生产条件下，将同一混合再生骨料（MRA）流中的粗粒级（4/8 mm）与细粒级（0/4 mm）分别以100%替代率用于梁板楼盖体系的预制混凝土填充砌块，并与同一工厂的商业砌块进行对比。依据UNE-
建筑与拆除废弃物（CDW）的管理是一项关键的环境挑战。本研究在工业生产条件下，将同一混合再生骨料（MRA）流中的粗粒级（4/8 mm）与细粒级（0/4 mm）分别以100%替代率用于梁板楼盖体系的预制混凝土填充砌块，并与同一工厂的商业砌块进行对比。依据UNE-EN 15037-2:2009+A1:2011标准，以特征值（5%分位数）为基础对砌块进行分类。结果表明：采用标准水泥用量时，含再生粗骨料的砌块呈非承重或半承重状态；含再生细骨料的配合比因结果离散性过大而无法分类，而非平均强度不足所致。达到承重等级（RR）的砌块需要231 kg/m3的水泥用量，显著增加了成本与隐含环境影响。UNE-EN 15037-2标准的投产判定准则未能充分考虑再生细骨料带来的离散性，这对现行标准框架提出了挑战。
论文解读
一、研究背景与问题
建筑与拆除废弃物（CDW）管理是当前全球面临的重要环境挑战。欧盟《废弃物框架指令》（Directive 2008/98/EC）设定了到2020年至少70%的非危险CDW应实现再利用、回收或其他恢复的目标。将再生混凝土骨料（RCA）或混合再生骨料（MRA）纳入新混凝土配合比是实现循环经济的关键路径，可同时减少填埋量和原生资源开采。BREEAM和LEED等绿色建筑认证体系均对再生骨料的使用给予专项加分。
然而，从低价值应用到标准化预制混凝土构件的转化面临两大障碍：其一，CDW性能的高变异性直接影响新拌及硬化混凝土行为；其二，现行监管框架对细粒级和混合再生骨料的使用存在限制或排斥。西班牙《结构规范》（RD 470/2021）第30.8条仅允许再生粗骨料用于结构混凝土，且要求Rcu含量不低于95%，吸水率不超过7%，洛杉矶磨耗系数不超过40%，替代率上限为20%。预制混凝土产品标准UNE-EN 13369:2024允许按照UNE-EN 206:2013附录E使用再生粗骨料（最大替代率50%），但明确禁止使用外部来源的再生细骨料。这导致混合CDW流（EWL 17 01 07）尤其是其细粒级部分在混凝土中缺乏规范化的资源化路径，尽管细粒级在废弃物破碎过程中不可避免地产出。
已有研究虽在实验室或工业尺度探索了再生骨料在铺路砖、路缘石、砌块等非结构预制产品中的应用，但多数仍集中于实验室测试或结构应用。此前最接近的先例是Martín-Morales的博士论文，其在预制厂用混凝土和混合再生骨料生产了填充砌块，但该研究按材料类型而非按粒级进行替代，力学验证仅限于集中荷载和抗弯试验，且仅报告均值和标准差，无法推导标准分类所需的特征值。据研究人员所知，尚无研究在同一混合CDW流中分别以100%替代率单独替换粗、细粒级并在工业尺度生产填充砌块。本研究正是针对这一空白展开。
二、研究内容与意义
研究在西班牙纳瓦拉地区的Viguetas Navarras S.L.预制厂生产线上，以该厂最畅销的商业砌块几何尺寸（宽60 cm、高25 cm、长20 cm，用于30 cm厚楼板）制造了全部试验砌块。再生骨料由Contena Gestión de Residuos废弃物处理厂提供，经外部企业二次破碎为0/4 mm和4/8 mm两个粒级。研究设置两个系列：粗粒级系列（CF）以再生粗骨料100%替代天然粗骨料，共4种配合比；细粒级系列（FF）以再生细骨料100%替代天然砂，共5种配合比。所有砌块均依据UNE-EN 15037-2:2009+A1:2011标准完成全部力学试验：集中荷载抗力（5.2.1）、抗弯强度（5.2.2）、纵向抗压强度（5.2.3）和横向荷载抗力（5.2.4），并以特征值（5%分位数）为基础进行分类。该标准将砌块分为非承重（NR）、半承重（SR）和承重（RR）三类：集中荷载特征值低于1.5 kN为不合格，1.5 kN起为NR，2.0 kN起为SR，2.5 kN起为RR。
研究的意义在于：首次在同一混合CDW流中分别以100%替代率在工业尺度单独替换粗、细粒级，粗粒级替代率超过UNE-EN 206:2013建议的最大值50%，细粒级则属于UNE-EN 13369:2024禁止使用的范围；全部砌块在预制厂生产线上制造并与商业砌块对比；分类基于标准要求的特征值而非均值，揭示了现行标准投产判定准则的不足。
三、主要技术方法
研究采用的关键技术方法包括：依据UNE-EN 933-11:2009标准对两个粒级进行组分分析（在2/63 mm部分而非标准规定的4/63 mm部分进行），依据UNE-EN 1097-6:2024测定粗粒级吸水率，依据UNE-EN 933-1:2012测定细粒含量；在预制厂生产线上采用立轴搅拌机混合、振动压实压机成型、自动化养护系统养护的工业制造流程；依据UNE-EN 15037-2:2009+A1:2011标准进行集中荷载、抗弯、纵向抗压和横向荷载四项力学试验，并以5%分位数特征值作为分类依据。
四、研究结果
再生骨料表征结果。 两个粒级均以混凝土和石料颗粒为主（73%–80%），陶瓷含量介于20%–25%之间。粗粒级陶瓷含量最高（25.30%），沥青材料、其他材料和漂浮颗粒含量也最高，吸水率仅1.6%，对混合再生骨料而言属于较低值，可能归因于Rc+Ru组中天然石料含量较高。粗粒级有12.8%的质量通过2 mm筛，细粒级则有71.1%的质量通过2 mm筛，证实两个粒级的级配均为名义级配。细粒级的吸水率和细粒含量因生产后无剩余材料而未能测定。粗粒级接近UNE-EN 206:2013的B型再生粗骨料：满足Rcu、Rb、Ra和XRg限值，但超出FL限值，Rc含量无法验证。若参照西班牙结构规范RD 470/2021，该骨料在Rcu、FL和XRg方面均不满足结构混凝土要求。
粗粒级系列试验结果。 采用标准水泥用量（147–150 kg/m3）的粗粒级配合比砌块呈非承重或半承重状态，无法达到承重等级。唯一达到承重等级（RR）的配合比为CF(4/8)_50_HC，其水泥用量高达231 kg/m3，显著高于其他配合比。这一结果说明，粗粒级100%替代虽然可行，但需要大幅增加水泥用量才能弥补再生骨料带来的性能损失，这直接推高了材料成本和隐含环境影响。
细粒级系列试验结果。 五种细粒级配合比均未在集中荷载试验中达到最小特征值要求，因此仅进行了集中荷载和抗弯两项试验。关键发现是：细粒级配合比无法分类的原因并非平均强度不足，而是结果离散性过大。这一发现揭示了UNE-EN 15037-2标准投产判定准则的一个盲区——该准则以均值或简单判定为基础，未能充分考虑再生细骨料引入的批次间变异性。再生细骨料的高吸水性和组分不均匀性导致砌块力学性能波动显著，即使平均性能尚可，特征值（5%分位数）仍无法满足分类要求。
参考砌块对比结果。 商业参考砌块（REF）以天然骨料配制，在同一生产线上制造并同期测试，为再生骨料砌块提供了性能基准。REF与粗粒级系列同日制造（2024年6月10日）并于193天龄期测试，细粒级系列于2025年5月20日制造并于139天龄期测试。由于采用CEM I 52.5 R高早强水泥，龄期差异对系列间比较的影响预期很小。
五、讨论与结论
讨论部分指出，粗粒级再生骨料虽然吸水率较低（1.6%），在物理性能上接近天然骨料，但在工业振动压实成型条件下仍无法以标准水泥用量达到承重等级，说明再生骨料与天然骨料在工业成型工艺中的行为差异不可忽视。细粒级配合比的失败则凸显了另一个关键问题：再生细骨料的高变异性使得基于特征值的分类体系对其尤为严苛，而现行标准UNE-EN 15037-2的投产判定准则并未针对再生骨料设定离散性控制要求。研究同时指出，砌块主要面向室内楼板应用，由现浇混凝土面层和顶棚饰面提供保护；通风架空层或屋面等更高暴露等级的应用需要专门的耐久性测试，耐久性不在本研究范围内。
研究结论可归纳为以下几点：第一，在标准水泥用量下，含再生粗骨料的砌块呈非承重或半承重状态，达到承重等级需要231 kg/m3的水泥用量，显著增加成本和隐含环境影响；第二，UNE-EN 15037-2的投产判定准则忽视了再生细骨料带来的结果离散性，细粒级配合比无法分类的障碍在于离散性而非平均强度；第三，混合再生骨料的粗、细粒级在预制填充砌块中的资源化潜力存在显著差异，细粒级的利用面临更大的技术和标准障碍。未来研究方向应包括：优化细粒级再生骨料的预处理工艺以降低变异性，探索补充胶凝材料或外加剂以改善再生骨料混凝土的工业成型性能，以及推动标准体系针对再生骨料特性增设离散性控制条款。
