建筑垃圾的處理及資源化利用

許新兵 李生彬 任小娜 張春玲 趙 麗

（酒泉職業技術學院化學工程系甘肅酒泉735000）

建筑垃圾的處理及資源化利用

許新兵 李生彬 任小娜 張春玲 趙 麗

（酒泉職業技術學院化學工程系甘肅酒泉735000）

論文試驗研究再生混凝土的性能：首先通過對再生混凝土配合比的研究，確定試驗所選用的再生混凝土用水量大小；然后用再生混凝土骨料制作再生混凝土；試驗數據結果表明：在取代率相同的情況下，再生粗骨料混凝土的用水量大于再生細骨料混凝土的用水量，而且隨著取代率的增大，再生粗骨料的用水量增加較大。隨著再生骨料取代率的增加，再生混凝土的抗折強度不斷下降，而且再生混凝土在相同取代率下，細骨料再生混凝土的抗折強度大于再生粗骨料混凝土。

建筑垃圾；再生骨料；資源化

建筑垃圾作為城市垃圾的主要組成成分，約占垃圾總量的30%～40%。有關統計顯示，在10000 m2建筑工施工中，建筑垃圾的產量為500t～600 t[1]。我國目前處于建設鼎盛時期，而我國大部分的建筑垃圾未經任何處理，直接被運往郊外或城市周邊進行填埋或者露天堆存，這樣既浪費了土地和資源，同時也造成污了環境污染[2]。因此，我們應該加緊對建筑垃圾資源化的研究，使建筑垃圾成為循環經濟中的一環，將建筑垃圾循環利用納入生態平衡體系之中[3]。

本文以酒泉市作為重點研究區域。研究廢棄混凝土作為再生骨料的基本性能，再生混凝土的一些力學性能，對比分析再生骨料和再生混凝土與天然骨料、混凝土性能的差異，為研究建筑垃圾資源互提供理論依據[4]。最后結合酒泉市建筑垃圾的實際情況對建筑垃圾的管理及資源化再生利用提出了相應的對策。

1 再生混凝土的試驗原料與方案

1.1 試驗原料

水泥：P·O42.5級普通硅酸鹽水泥（（即澆筑28d后強度等級達到42.5MPa）；天然碎石：5mm～31.5mm連續級配的天然碎石（JGJ52-2006）；天然砂：細度模數為2.8的河沙（JGJ52-2006）；再生粗骨料：粒徑6 mm～10mm簡單破碎的再生粗骨料；再生細骨料：粒徑＜5mm簡單粉碎的再生細骨料；脫模劑：采用廢棄柴油；水：自來水。

1.2 試驗儀器

工程塑料抗壓試模（100 mm×100 mm×100mm）、工程塑料抗折試模（100 mm×100 mm×515mm）、工程塑料抗凍試模（100 mm×100 mm×400mm）、工程塑料抗滲試模（175 mm×185 mm× 150mm）,以上試模均來自于河北北方建筑儀器制造有限公司，符合JG237-2008標準；坍落度筒(100 mm×200 mm×300mm)；坍落度標尺；搗棒(滄州騰達筑路試驗儀器廠)；抹刀、橡皮錘等。

1.3 混凝土試件制作的規定

（1）試模內表面涂脫模劑；（2）拌制后盡快成型，時間小于15min；（3）搗棒人工搗實。

1.4 試驗具體步驟

本次試驗采用人工拌制，稱量好拌制物之后緩慢的加水，邊加工邊拌合，直至無花白料、無結團、拌合均勻為止。具體方法如下[5]：（1）混凝土拌合物應分兩層裝入模內，每層裝料厚度大致相等。（2）插搗應按螺旋方向從邊緣向中心均勻進行。在插搗底層混凝土時，搗棒應達到試模底部；插搗上層混凝土時，搗棒應貫穿上層后插入下層20 mm～30 mm；插搗時搗棒應保持垂直，不得傾斜。然后應用抹刀沿試模內壁插拔數次。（3）每層插搗次數按在10000 mm2截面積內不少于12次（即150mm×150 mm試模每層插搗約27次）。搗后用橡皮錘輕輕敲擊四周，直至搗棒留下的空洞消失為止。（4）刮除試模上口多余的混凝土，待混凝土臨近初凝前，用抹刀抹平。

1.5 再生混凝土的養護

（1）成型后應立即用不透水的薄膜覆蓋表面。（2）應在20± 5℃的環境中靜置一晝夜至兩晝夜，然后拆模，編號。

2 再生混凝土的配合比試驗研究

再生骨料吸水率大，粒形有別于天然碎石，為了保證再生混凝土拌合物滿足施工要求，應研究再生混凝土配合比對混凝土工作性能的影響。普通混凝土配合比計算按照JGJ55-2002《普通混凝土配合比設計規程進行》，再生混凝土與普通混凝土在配合比設計的主要區別是單位體積用水量的不同[6]。所以我們在普通混凝土配合比設計方法的基礎上，根據再生骨料吸水率較大的特點，在再生混凝土配合比的設計中，對水量進行調整[7]。

試驗進行的具體方法是保持水泥用量不變，通過調整用水量控制混凝土坍落度在140 mm～160 mm范圍內，僅改變再生骨料的取代率，分別為0%、20%、40%、60%、80%、100%。研究再生骨料粗骨料、再生細骨料種類不同對用水量的影響，以及取代率不同隊用水量的影響。試驗結果見圖1、圖2。

圖1 不同種類再生骨料用水量的變化

圖2 不同取代率下用水量的變化

2.1不同種類再生骨料對用水量的影響

由圖1可以直觀的看出，在取代率相同的情況下，再生粗骨料混凝土的用水量大于再生細骨料混凝土的用水量，而且隨著取代率的增大，再生粗骨料的用水量增加較大。這是由于再生粗骨料的顆粒棱角多，內部有大量微裂紋，粉體含量高，導致其吸水率增大。而再生細骨料在細碎過程中磨損掉了許多水泥砂漿，導致其吸水率較低。所以再生粗骨料與再生細骨料在同樣的取代率下，再生粗骨料的用水量較高。

2.2 取代率不同對用水量的影響

由圖2可以看出，再生粗骨料混凝土的用水量隨取代率的增加增長很快，而再生細骨料混凝土的用水量隨再生細骨料取代率的增加而減少，但是其減少的幅度較小。這是由于再生粗骨料周圍包裹著一些水泥砂漿，導致其吸水率的增大，而再生細骨料在制備過程中打磨掉了部分水泥石，而且其棱角較少，粒形良好，級配較為合理，使得再生細骨料混凝土的用水量小，工作性良好。

3 再生混凝土的力學試驗研究

本試驗保持水泥用量不變，通過調整用水量控制坍落度范圍在140mm～160mm，主要研究再生骨料種類（再生粗骨料、再生細骨料）和再生骨料取代率變化對再生混凝土力學性能的影響。

3.1 再生混凝土的抗壓強度

3.1.1 試驗儀器

試驗采用JYE-2000B型液壓式建材壓力試驗機（濟南試金集團有限公司，濟南試驗機廠制造）。試驗試件大小為100 mm×100 mm×100mm。

3.1.2 測定操作步驟[8]：（1）試件從養護地點取出后應及時進行試驗，將試件表面與上下承壓板擦拭干凈。（2）將試件安放在試驗機的下壓板或墊板上，試件的承壓面應與成型時的頂面垂直，試件的中心應與試驗機下壓板中心對準。開動試驗機，當上壓板與試件接近時，調整球座，使接觸均衡。（3）在試驗過程中連續而均勻地加荷，按相關規定的加荷速度加荷，混凝土強度等級＜C30時，加荷速度取每秒0.3 MPa～0.5 MPa；混凝土強度等級≥C30且＜C60時，取每秒0.5 MPa～0.8MPa；混凝土強度等級≥C60時，取每秒0.8 MPa～1.0MPa。（4）當試件接近破壞而開始迅速變形時，停止調整試驗機油門，直至試件破壞，然后記錄破壞荷載F。（5）混凝土立方體試件抗壓強度應按下式計算：

式中：fcc——混凝土立方體試件抗壓強度（MPa）；

F——試件破壞荷載（N）；

A——試件承壓面積（mm2）。

計算結果精確到0.1MPa。

再生粗骨料混凝土的抗壓強度試驗結果見圖3，再生細骨料混凝土的抗壓強度試驗結果見圖4。

圖3 不同種類再生混凝土的抗壓強度變化

圖4 不同取代率下再生混凝土的抗壓強度變化

由圖3和4可以直觀的看出，在取代率相同時，不同骨料種類再生混凝土抗壓強度的變化。在取代率為20%～40%范圍內，再生混凝土的抗壓強度逐漸下降，降低幅度基本一致，且再生粗骨料混凝土抗壓強度高于再生細骨料；在取代率為60%時出現拐點，抗壓強度有所回彈升高，之后抗壓強度又繼續降低，且在取代率大于60%后，細骨料再生混凝土的抗壓強度反而高于再生粗骨料混凝土。

所以通過試驗我們發現，使用再生骨料制作再生混凝土，我們可以選取再生骨料的取代率在60%左右，一是此時再生混凝土的抗壓強度與商品混凝土差別較小，抗壓強度相對較高，能夠符合工程上的需求；二是由于取代率較高，意味著可以利用更多的廢棄混凝土再生骨料，符合建筑垃圾資源化再利用要求。

3.2 再生混凝土的抗折強度

3.2.1 試驗儀器

試驗采用WE-600型1000kN液壓萬能試驗機（中華人民共和國，天水紅山試驗機廠制造）。試驗試件大小為100 mm×100 mm×515mm。

3.2.2 測定操作步驟[9]：（1）試驗進行前先檢查試件，如試件中部1/3長度內有蜂窩（大于Φ7mm×2mm），該試件應即作廢。（2）在試件中部量出其寬度和高度，精確至1mm。（3）調整兩個可移動支架，使其與試驗機下壓頭中心距離為225mm，并旋緊兩支座，將試件穩妥的放在支座上，試件成型時的側面朝上，幾何對中后，緩緩加一初荷載，大小約1kN，之后以0.5MPa/s～0.7 MPa/s的加荷載速度，均勻連續的增加荷載；當試件接近破壞而開始迅速變形時，應停止調整試驗機油門，直至試件破壞，記下最大荷載F。（4）混凝土抗折強度fcf按下式計算：

式中:fcf——混凝土試件的抗折強度（MPa）；

F——極限荷載（N）；

L——支座間距，L=450mm；

b——試件寬度（mm）；

h——試件高度（mm）。

計算結果精確到0.1MPa。

再生粗骨料混凝土的抗折強度試驗結果見圖5，再生細骨料混凝土的抗折強度試驗結果見圖6。

圖5 不同種類再生混凝土抗折強度變化