建筑垃圾制備再生砂漿的試驗(yàn)研究

曾 亮 符子安 康文文

(江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，江西 南昌 330001)

1 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因拆除建筑產(chǎn)生的建筑垃圾在2 億t 以上［1］。2011年科技部將固體廢棄物本地化再生建材利用成套技術(shù)列入國(guó)家十二五科技支撐計(jì)劃，其中很多內(nèi)容涉及到建筑垃圾的資源化利用問題［2］。在工程建設(shè)領(lǐng)域，由于水泥基材料用巨大，人類將面臨資源、環(huán)境的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，發(fā)展綠色生態(tài)水泥混凝土材料是人類的二選擇。建筑砂漿廣泛應(yīng)用于砌筑、抹面、修補(bǔ)、灌漿及粘貼飾面材料等工程中，是建筑工程中用量較大的建筑材料之一，發(fā)展綠色再生砂漿是發(fā)展綠色生態(tài)水泥混凝土材料的重要組成部分。

目前，用于配制建筑砂漿的主要原料砂的現(xiàn)狀不容樂觀。隨著我國(guó)基本建設(shè)的發(fā)展，建筑用砂量不斷增大，許多地區(qū)經(jīng)過(guò)幾十年的大量開采天然砂資源已接近枯竭，而對(duì)砂的無(wú)序和大量開采，破壞了自然景觀和生態(tài)環(huán)境，也影響了河堤安全。另一方面，我國(guó)在城市化建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生了大量建筑垃圾。建筑垃圾主要包括拆除舊建筑及建造新建筑時(shí)產(chǎn)生的廢磚、廢混凝土、廢砂漿和建筑渣土等經(jīng)分選、破碎、篩分加工后，一般可作為再生的骨料資源重新加以利用。將廢棄混凝土破碎篩分后制成再生骨料，不僅可以減少對(duì)自然砂石的開采，同時(shí)可以減輕廢棄混凝土對(duì)農(nóng)田的侵占和環(huán)境的污染［3］。目前，部分建筑垃圾經(jīng)破碎、篩分分級(jí)后，主要利用其中的粗骨料配制再生混凝土，而細(xì)骨料沒有得到很好的利用，建筑垃圾再生利用率很低［4］。將建筑垃圾破碎、篩分后得到的細(xì)骨料(稱為再生砂)部分或全部取代天然砂，用來(lái)生產(chǎn)稱為再生砂漿，對(duì)永久節(jié)省天然砂資源，減輕固體廢棄物對(duì)環(huán)境的污染，提高建筑砂漿的綠色化程度，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有非常積極的意義。

2 原材料與試驗(yàn)方法

2.1 原材料

(1)水泥:江西亞東水泥有限公司生產(chǎn)的P.C32.5 級(jí)復(fù)合硅酸鹽水泥，28d 抗壓強(qiáng)度365MPa，抗折強(qiáng)度6.65MPa。

(2)粉煤灰:江西貴溪電廠Ⅱ類粉煤灰，細(xì)度為45μm 篩余5%。

(3)建筑垃圾再生砂:將南昌地區(qū)拆除的舊建筑產(chǎn)生的廢混凝土建筑垃圾經(jīng)破碎混合及篩分(去除5mm 以上的顆粒)等工藝制成建筑垃圾再生砂，其細(xì)度模數(shù)為2.5，屬于中砂顆粒級(jí)配1 區(qū)，級(jí)配合格;表觀密度為2500kg/m3，堆積密度為1450kg/m3。

(4)天然砂:建筑用砂，細(xì)度模數(shù)為2.6，中砂。

(5)復(fù)合外加劑:該試驗(yàn)用外加劑由纖維素醚、可再分散乳膠粉、礦物微粉等多組分按一定比例經(jīng)特殊工藝復(fù)合而成的具有保水增稠的復(fù)合外加劑。

2.2 試驗(yàn)方法

采用建筑垃圾再生砂分別取代天然砂作細(xì)骨料，并摻入水泥、粉煤灰、復(fù)合外加劑配制建筑工程中常用的M5.0、M7.5 級(jí)再生建筑砂漿，測(cè)定所配制砂漿的施工和易性(稠度、保水率、粘聚性)以及抗壓強(qiáng)度等有關(guān)性能，試驗(yàn)方法按照建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(JGJ/70 -2009)進(jìn)行。

2.3 試驗(yàn)配合比

以M5.0 和M7.5 基準(zhǔn)砂漿配合比為基礎(chǔ)，本試驗(yàn)采用的灰砂比分別為(1:5 和1:4)，分別對(duì)再生細(xì)骨料以0%、30%、50%、70%和100%取代天然砂摻量，配制再生砂漿，控制稠度在70～90mm 范圍內(nèi)，調(diào)整各自用水量并記錄各材料用量見表1 所示。

表1 再生砂漿配合比

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 再生砂取代率對(duì)砂漿工作性影響

在試驗(yàn)室條件下，按上述5 種配合比配制M5.0和M7.5 再生砂漿，通過(guò)控制其稠度觀察用水量變化，然后通過(guò)分層度試驗(yàn)測(cè)定其保水性，試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。再生砂不同取代率對(duì)砂漿用水量和保水率影響關(guān)系如圖1 和圖2 所示。

表2 再生砂取代率對(duì)砂漿工作性能的影響

圖1 再生砂取代率對(duì)砂漿用水量影響

從圖1 可看出，再生砂漿用水量隨著再生砂的摻量的增加而增加這是因?yàn)樵偕拜^天然砂孔隙率較大，比表面積較大，吸水性較強(qiáng)。因此隨著再生砂取代天然砂摻量越高，相應(yīng)的用水量會(huì)越大。從圖2可知，砂漿保水率隨著再生砂摻量的增加而增加，這是由于在砂漿拌合后一部分水分被再生砂迅速吸收，同時(shí)再生砂的粗糙表面和較多的細(xì)粉料進(jìn)一步提高了對(duì)水的吸附能力，使得砂漿表面泌水減少，提高了再生砂漿的保水能力。通過(guò)上述配合比試驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，再生砂制備的砂漿粘聚性都良好，因此使用再生砂替代天然砂制備再生砂漿具有較好的工作性能。

圖2 再生砂取代率對(duì)砂漿保水率影響

3.2 再生砂取代率對(duì)砂漿強(qiáng)度影響

在試驗(yàn)室條件下，按上述5 種配合比配制M5.0和M7.5 再生砂漿，測(cè)試砂漿7d 和28d 抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。再生砂不同取代率對(duì)砂漿7d和28d 強(qiáng)度影響關(guān)系如圖3 和圖4 所示。

由圖3 和圖4 中可見，廢混凝土再生砂制備再生砂漿的抗壓強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)規(guī)律與普通砂漿相似。隨著再生砂的摻量在0 -100%范圍內(nèi)增加，砂漿強(qiáng)度均呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢(shì)，摻量30%時(shí)達(dá)到最高。用建筑垃圾再生砂代替天然砂配制中低強(qiáng)度砂漿，在摻量30%以上強(qiáng)度會(huì)呈現(xiàn)小幅降低，但對(duì)其強(qiáng)度沒有顯著不利影響，28d 抗壓強(qiáng)度均可達(dá)到設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度要求。這可能是因?yàn)榻ㄖ偕爸泻幸欢康募?xì)粉料，摻入到天然砂中，填充了砂之間的空隙，優(yōu)化了砂的級(jí)配，隨著再生砂摻量的增加，這種優(yōu)化作用越來(lái)越明顯，在摻量為30%左右

圖3 再生砂取代率對(duì)砂漿7d 抗壓強(qiáng)度影響

從試驗(yàn)結(jié)果分析可知，再生砂備的砂漿28d 強(qiáng)度增長(zhǎng)值較高于天然砂，這主要因?yàn)樵偕爸杏胁糠治此乃囝w粒，具有一定的活性，對(duì)砂漿后期強(qiáng)度有一定提升，廢混凝土再生混合砂砂漿后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，高于普通砂漿強(qiáng)度的增長(zhǎng)率。

4 結(jié)論

(1)在保持砂漿流動(dòng)性(稠度)基本一致的條件下，用建筑垃圾再生砂配制的砂漿需水量比普通建筑砂漿高，隨再生砂摻量的增加，砂漿用水量增大，但其保水性提高。

(2)用建筑垃圾再生砂代替天然砂配制中低強(qiáng)度砂漿，對(duì)其強(qiáng)度沒有顯著不利影響，摻量為30%左時(shí)達(dá)到了最優(yōu)級(jí)配，細(xì)顆粒的填充也使砂漿達(dá)到了最大密實(shí)狀態(tài)，因而強(qiáng)度最高。當(dāng)摻量進(jìn)一步提高，粗細(xì)顆粒的比例發(fā)生變化由骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)向懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)變化，骨架作用被削弱，從而強(qiáng)度降低。右時(shí)可獲得良好的顆粒級(jí)配，強(qiáng)度提高;對(duì)于M5.0、M7.5 級(jí)砂漿，所有摻量均能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

圖4 再生砂取代率對(duì)砂漿28d 抗壓強(qiáng)度影響

(3)建筑垃圾再生砂漿的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率要高于普通砂漿強(qiáng)度增長(zhǎng)率。

［1］陳樹建，翟愛良，季昌良等.混合再生骨料混凝土配制技術(shù)試驗(yàn)研究［J］.水資源與水工程學(xué)報(bào)，2013，24(3):96 -101.

［2］李秋義，朱亞光，高篙.機(jī)械強(qiáng)化對(duì)再生骨料性能的影響［C］.第三屆全國(guó)再生混凝土學(xué)術(shù)交流會(huì).

［3］劉數(shù)華，冷發(fā)光.再生混凝土技術(shù)［M］.北京:中國(guó)建材工業(yè)出版社，2007:24.

［4］劉俊華，張霞，劉鳳利等.建筑垃圾再生混合砂漿性能試驗(yàn)研究［J］.混凝土，2014，24(3):131 -134.