混合建筑垃圾骨料砂漿的性能研究★

王 四 清

(湖南高速鐵路職業技術學院，湖南 衡陽 421002)

·建筑材料及應用·

混合建筑垃圾骨料砂漿的性能研究★

王 四 清

(湖南高速鐵路職業技術學院，湖南 衡陽 421002)

對混合建筑垃圾骨料砂漿和天然河砂骨料砂漿的物理、力學性能進行了對比研究，結果表明，在膠凝材料用量相同、砂漿稠度相近時，混合建筑垃圾骨料砂漿除吸水率稍偏大外，其抗壓強度明顯高于天然河砂骨料砂漿，其他物理性能與天然河砂砂漿基本相近，能有效解決城市建筑垃圾的處理難題。

建筑垃圾，砂漿，吸水率，自然干燥收縮率，抗壓強度

0 引言

隨著我國城鎮化的快速發展和舊城的提質改造，在新建和拆遷過程中，一方面產生了大量的建筑垃圾，出現了“垃圾圍城”現象；另一方面，新建又需要消耗大量的水泥、砂、石、磚等建筑材料，而生產這些建筑材料的原料均取之于巖土，這又將導致山林、耕地和江河受到毀損、水土流失、環境破壞，長此下去，人類賴以生存的環境將受到嚴重的威脅。且我國又是一個人均資源擁有量相當匱乏的國家，因此，建筑垃圾無害化循環利用已勢在必行。

建筑垃圾并非垃圾，建筑垃圾中以磚(或砌塊)、混凝土、砂漿等無機非金屬物質為主，此外還有少量的鋼材、木材、玻璃、塑料等，它們都是可回收再利用的資源，我國目前只是將其中的鋼材、木材、塑料進行了回收，剩余部分的利用率極低。據工信部統計，2012年我國新建和拆遷所產生的建筑垃圾就高達15億t之多，進行資源化利用的不到5%，而歐美發達國家的利用率已達95%以上。

本研究利用建筑垃圾中的廢磚、廢混凝土、廢砂漿等無機非金屬固體廢棄物的混合物作為骨料，以復合硅酸鹽水泥和建筑石灰膏為膠凝材料配制不同強度等級的建筑垃圾骨料砂漿。研究過程中，以天然河砂骨料砂漿作為參比，在膠凝材料用量相同、砂漿稠度相近時，分別對其保水率、吸水率、自然干燥收縮率、抗壓強度等物理力學性能進行了試驗與分析，給出了相應的研究結論，以供生產和應用參考。

1 砂漿的材料組成與性能測試

1.1 建筑垃圾骨料與天然河砂

本研究以磚混結構為例。在磚混結構建筑中，燒結磚占30%～50%、砂漿占25%～35%、混凝土占20%～30%、其他(陶瓷、玻璃)占5%～10%，它們均具有一定的抗壓強度。

首先將建筑垃圾用小型鱷式破碎機將其破碎成最大公稱粒徑不大于5 mm的顆粒，然后按國家標準GB/T 25176—2010混凝土和砂漿用再生細骨料[1]和GB/T 14684—2011建設用砂[2]的有關規定，分別對建筑垃圾骨料和天然河砂的主要物理性能進行了試驗，試驗結果見表1。

從試驗結果分析，兩者的級配情況和粗細程度相近，但建筑垃圾骨料的堆積密度明顯小于天然河砂、壓碎指標明顯大于天然河砂，且建筑垃圾骨料的單級最大壓碎指標值已略超出了《混凝土和砂漿用再生細骨料》中規定的30%，這主要是混合建筑垃圾中的燒結磚具有大量的孔隙、質量輕、強度低，且占比較大所致。

表1 建筑垃圾骨料與天然河砂的物理性能試驗結果

1.2 水泥

本研究所用水泥為復合硅酸鹽水泥，強度等級為32.5，其主要技術性能見表2。

表2 水泥的主要技術性能 MPa

1.3 建筑石灰膏

建筑石灰膏主要化學成分為Ca(OH)2。本研究所用石灰膏的稠度為40 mm。

建筑石灰膏一方面能夠改善砂漿的和易性，另一方面還能提高砂漿的強度，特別是含有公稱粒徑不大于0.16 mm的建筑垃圾粉料的建筑垃圾骨料砂漿。國內已有研究表明，公稱粒徑不大于0.16 mm的建筑垃圾粉料的主要成分為SiO2，Al2O3及CaO等，這些物質均具有化學活性，容易與Ca(OH)2發生水化反應生成水化硅酸鈣和水化硅酸鋁等膠凝性產物[3，4]，從而提高混合建筑垃圾骨料砂漿的強度。

2 砂漿的性能測試與結果分析

2.1 性能測試

首先依據JGJ/T 98—2010砌筑砂漿配合比設計規程[5]設計以天然河砂為骨料的不同強度等級的對比砂漿的配合比，以混合建筑垃圾為骨料的研究砂漿的配合比的水泥用量和石灰膏的用量均與對比砂漿相同，對比砂漿和研究砂漿的骨料用量均為其堆積密度值，然后依據JGJ/T 70—2009建筑砂漿基本性能試驗方法[6]分別對對比砂漿和研究砂漿的物理力學性能進行測試。

由于砂漿的稀稠直接影響到砂漿的物理力學性能，為了使試驗結果具有可比性，故本研究結果均是在兩者的稠度達到相近時的測試結果,具體見表3。

2.2 結果分析

表3 對比砂漿與研究砂漿的物理力學性能

從砂漿的物理力學性能對比測試結果得知，當1 m3砂漿中的水泥用量為214 kg～275 kg，水泥和石灰膏的總用量為350 kg，兩者的稠度為80 mm～93 mm時，混合建筑垃圾骨料砂漿和天然河砂砂漿的物理力學性能對比分析如下：

1)拌和用水量。

建筑垃圾骨料砂漿的拌和用水量比天然河砂砂漿多27%左右。這主要是建筑垃圾骨料中的燒結磚、廢砂漿、廢混凝土等顆粒孔隙率較大，具有較大的吸水率，且粒徑不大于0.16 mm的含量也比河砂高，故當水泥和石灰膏的用量相同、砂漿的稠度相近時，建筑垃圾骨料砂漿的單位用水量大于天然河砂砂漿。

2)保水率。

混合建筑垃圾骨料砂漿的保水率為90.0%～92.1%，天然河砂砂漿的保水率為89.1%～91.6%，均超過了JGJ/T 98—2010砌筑砂漿配合比設計規程中規定的84%，砂漿的保水率良好。

3)抗壓強度。

當單位水泥用量為214 kg～275 kg，石灰膏的用量為136 kg～25 kg時，混合建筑垃圾骨料砂漿28 d齡期的抗壓強度為6.1 MPa～9.0 MPa，天然河砂砂漿的強度為3.4 MPa～7.4 MPa。混合建筑垃圾骨料砂漿抗壓強度是天然河砂砂漿的180%～121%，且隨著砂漿強度的提高，抗壓強度比逐漸降低。

砂漿的抗壓強度主要由膠凝材料與骨料的界面粘結力以及骨料本身的強度決定，而膠凝材料與骨料的界面粘結力不僅與膠凝材料的用量和強度有關外，還與骨料表面的粗糙程度、潔凈度等因素有關。砂漿正常受壓破壞應該是膠凝材料與骨料界面的粘結力達到極限后而開裂破壞，如果出現砂漿骨料先破壞，則說明骨料的抗壓強度不夠。

在膠凝材料的強度和用量相同的情況下，由于混合建筑垃圾骨料中含有10%左右的公稱粒徑不大于0.16 mm粉料，這些粉料中含有SiO2，Al2O3，CaO等活性礦物，它們能與Ca(OH)2發生水化反應生成更多的水化硅酸鈣和水化硅酸鋁等膠凝性物質，且建筑垃圾骨料是經機械粉碎而成，表面粗糙，與水泥漿的表面粘結力強，故使得混合建筑垃圾骨料砂漿的強度比天然河砂砂漿的強度要高。

當砂漿強度較高時，骨料的強度對砂漿強度的影響較為明顯，由于混合建筑垃圾骨料的最大單級壓碎指標值比天然河砂大得多，即混合建筑垃圾骨料的強度比天然河砂的強度低很多，故隨著砂漿強度的提高，混合建筑垃圾骨料砂漿與天然河砂砂漿的抗壓強度比逐漸減少。

4)自然干燥收縮率。

混合建筑垃圾骨料砂漿28 d齡期的自然干燥收縮率為0.13%～0.15%，天然河砂砂漿的自然干燥收縮率為0.09%～0.12%，且隨著水泥用量的增加而增大。混合建筑垃圾骨料砂漿的自然干燥收縮率略大于天然河砂砂漿，但均未超過JG/T 291—2011建筑用砌筑和抹灰干混砂漿[7]中規定的0.15%。

砂漿的自然干燥收縮率的大小主要取決于水泥用量和拌和用水量，水泥用量愈大、拌和用水量愈多，則砂漿硬化后的收縮率就愈大。雖然混合建筑垃圾骨料砂漿的水泥用量與天然河砂砂漿相同，但由于混合建筑垃圾骨料含有較多的孔隙，且含有較多的粒徑不大于0.16 mm的粉料，在砂漿稠度相同的前提下，混合建筑垃圾骨料砂漿的拌和用水量比天然河砂砂漿要多，故混合建筑垃圾骨料砂漿的自然干燥收縮率比天然河砂砂漿大。

5)吸水率。

混合建筑垃圾骨料砂漿28 d齡期的吸水率為24.7%～22.8%，天然河砂砂漿為14.2%～12.1%，混合建筑垃圾骨料砂漿的吸水率明顯高于天然河砂砂漿，且吸水率隨著砂漿強度的提高而有所減少。這主要是由于混合建筑垃圾骨料中的燒結磚、廢砂漿、廢混凝土等顆粒具有多孔結構，孔隙率較大，故吸水率大，但隨著砂漿強度的提高，水泥用量增大，水泥水化產生的膠凝物質增多，砂漿的密實度得以提高，從而使得砂漿的吸水率有所下降。

3 結論

1)在水泥和石灰膏用量相同、稠度相近時，混合建筑垃圾骨料砂漿的拌合用水量比顆粒粗細相近的天然河砂砂漿多27%左右，但砂漿的保水率均大于84%，滿足JGJ/T 98—2010砌筑砂漿配合比設計規程中對水泥混合砂漿保水率的要求，砂漿保水率良好。

2)當1 m3混合建筑垃圾骨料砂漿中的水泥用量為214 kg～275 kg，水泥和石灰膏的總用量為350 kg，稠度為85 mm～93 mm時，砂漿28 d抗壓強度可達到6.1 MPa～9.0 MPa，比相同膠凝材料用量的天然河砂砂漿的強度高80%～21%，但增幅隨砂漿強度的提高而逐漸減少。

3)砂漿28 d抗壓強度不大于9 MPa時，混合建筑垃圾骨料砂漿的質量吸水率比天然河砂砂漿大74%～88%，且隨著砂漿強度的提高而減少。

4)砂漿28 d抗壓強度不大于9 MPa時，混合建筑垃圾骨料砂漿的自然干燥收縮率比天然河砂砂漿大44%～25%，且隨著砂漿強度的提高而增大，但收縮率均不大于0.15%，滿足JG/T 291—2011建筑用砌筑和抹灰干混砂漿中的規定要求。

5)由于房屋建筑地上部分墻體所用砌筑和抹灰砂漿的強度等級通常在M5～M7.5之間，故混合建筑垃圾骨料砂漿的抗壓強度完全能滿足房屋建筑地上部分墻體的砌筑和抹灰，且在達到相同抗壓強度時，混合建筑垃圾骨料砂漿相比天然河砂骨料砂漿的水泥用量要少，既可減少砂漿的自然干燥收縮率，還可節約造價。由于混合建筑垃圾骨料砂漿的吸水率偏大，故用于墻體抹灰時，適宜于室內墻體，不適宜室外墻體。

6)可有效解決城市建筑垃圾的處理難題，既可做到資源重復利用獲得經濟效益，同時還具有節能環保的社會效應。

[1] GB/T 25176—2010，混凝土和砂漿用再生細骨料[S].

[2] GB/T 14684—2011，建設用砂[S].

[3] 郝先成，蹇守衛，徐如林.混凝土類建筑垃圾粉料堿激發的活性評定[J].建設科技,2012(8):84-86.

[4] 馬保國，郝先成，蹇守衛,等.建筑垃圾中細粉料的活性研究[J].中國建材科技,2006(1):9-12.

[5] JGJ/T 98—2010，砌筑砂漿配合比設計規程[S].

[6] JGJ/T 70—2009,建筑砂漿基本性能試驗方法[S].

[7] JG/T 291—2011，建筑用砌筑和抹灰干混砂漿[S].

The performance research on mixed building waste aggregate mortar★

Wang Siqing

(HunanHighSpeedRailwayCareerTechnicalCollege,Hengyang421002,China)

This paper compared and researched the physics, mechanical properties of mixed building waste aggregate mortar and natural sand aggregate mortar, the results showed that in the same amount of gel material, mortar consistency, the mixed building waste aggregate mortar except water absorption rate slightly large, its compressive strength significantly higher than natural sand aggregate mortar, other physical properties similar with natural sand mortar, could effectively solve the process problems of city building waste.

building waste, mortar, water absorption rate, natural drying shrinkage, compressive strength

1009-6825(2017)20-0113-03

2017-04-19★：2012年衡陽市科技局工業科技支撐計劃項目(2012KG80)

王四清(1965- )，男，講師

TU578.1

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