建筑垃圾制粉取代砂制備干混砂漿

魏小凡 張 瀟 向文浩 劉東偉 賀驍勇 郭啟龍

(西北民族大學土木工程學院， 甘肅 蘭州 730000)

0 前言

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。

我國在開展建筑垃圾再利用方面還存在著較大的差距，建筑垃圾的回收利用率不高，應用途徑不廣，目前，主要是將其破碎成再生粗骨料應用在再生混凝土方面，而關于再生細骨料方面的研究較少。如果能有效利用再生細骨料取代天然細骨料河沙，不僅能解建筑垃圾占用土地及處理的難題，拓寬建筑垃圾的應用途徑，而且還能減少對天然砂資源的開采，緩解資源壓力并保護生態環境，提高經濟社會效益，滿足人類可持續發展要求。建筑砂漿廣泛應用于砌筑、抹面、修補、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，發展綠色建筑砂漿是發展綠色生態水泥混凝土材料的重要組成部分。

因此，本研究針對這一問題，提出了利用建筑垃圾制砂取代天然細砂制備砂漿；廢棄的混凝土塊經過鄂式破碎機粉碎后，篩選出直徑在0.15mm-4.75mm取代天然砂作為細骨料配制砂漿，通過測砂漿試塊的抗壓性能、抗折性能、體積密度、氣孔率和吸水率，研究建筑垃圾對砂漿基本性能的影響。對建筑垃圾資源化提出了一種相對科學的解決方案，并給出了相應的研究結論，以供后續研究參考。

1 實驗

1.1 原材料

（1）復合硅酸鹽水泥：京蘭水泥廠生產的32.5﹟復合硅酸鹽水泥，燒失量5.31 %。

（2）建筑垃圾：建筑垃圾原料為廢棄的混凝土板，其強度較大，先經過人工破碎后，用水浸泡去除表面的粉塵和泥土，晾干后再由鄂式破碎機破碎，之后再用分樣篩篩分出粒徑在0.15mm-4.75mm的建筑垃圾備用。

（3）HPMC(羥丙基甲基纖維素)：作為水泥砂漿的保水劑、緩凝劑使砂漿具有泵送性。

（4）水：自來水

（5）砂：河砂，經分樣篩篩分后確定其粒徑介于 0.25-0.5mm的，細度模數介于2.3-3.0之間的中砂，然后用自來水人工沖洗、晾干。

1.2 實驗方法

（1）再生細骨料的制備

以建筑垃圾為原料，經顎式破碎機破碎，過4.75 mm孔徑篩子，將未過篩的建筑垃圾大顆粒重新破碎，過完篩的較小顆粒再過0.15 mm篩，篩余的建筑垃圾顆粒滿足GB 14684-2001《建筑用砂》II級配標準要求，作為再生細骨料備用。

（2）再生細骨料干混砂漿試樣的制備

干混砂漿用水量和攪拌過程參照GB/T 1346-2011《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》標準進行，按照水泥砂漿配比準確計量各種組分，將水加入攪拌機內，再將水泥、再生細骨料倒入攪拌機內慢速攪拌1 min，再快速攪拌1.5 min，配制的干混砂漿體積為2L。將一半漿體注入尺寸為40 mm×40 mm×160 mm三聯試模內，用搗棒使模具充分填實，然后再注入剩余漿體，搗實。把試模放在跳桌上跳動60次（約2 min），再刮平試模。將成型好試樣與模具注明編號，放在恒溫恒濕養護室里靜置24 h，脫模后在溫度為20 ℃、相對濕度為90 %的標準養護箱內養護至規定齡期。

（3）配合比設計

根據砌筑砂漿的配合比設計規程JGJ98-2000，前期實驗取得的最佳用水量為460g。本文主要研究建筑垃圾代替量對砂漿性能的影響，配合比如表1-1所示。

表1-1不同建筑垃圾替代量的干混砂漿配合比

2 實驗結果與分析

表2-1不同建筑垃圾摻量對砂漿的體積密度、氣孔率和吸水率的影響

表2-1是不同建筑垃圾摻量對砂漿的體積密度、氣孔率和吸水率的影響，從表中可以看出，隨著建筑垃圾摻量的增加，干混砂漿的體積密度呈現為逐漸增加的趨勢，則氣孔率和吸水率呈現先降低后增加的趨勢。這主要是由于一方面建筑垃圾中的細粉填充了干混砂漿中的空隙，提高了干混砂漿的密實度。另一方面，破碎后的建筑垃圾中存在較多的細粉，細粉的比表面積較大，從而吸水較為嚴重，從而導致砂漿中的水分降低，從而影響到硬化后砂漿的致密度。

圖3.1 不同建筑垃圾替代量的干混砂漿7d、28d抗壓強度折線圖

圖3.1是不同建筑垃圾替代量的干混砂漿7d、28d抗壓強度折線圖，從圖中可以看出，隨著建筑垃圾替代量的增加，砂漿的7d和28d抗壓強度整體上都呈現為增加的趨勢，當建筑垃圾摻量為70%時，7d抗壓強度達到3.31MPa，28d抗壓強度達到了5.74MPa分析原因，（1）可能是因為建筑垃圾再生砂中含有一定量的細粉料，摻人到天然砂中，填充了砂之間的空隙，優化了砂的級配。隨著再生砂摻量的增加，這種優化作用越來越明顯，在摻量為 70%左右時達到了最優級配，粗顆粒的骨架作用得以充分發揮的同時，細顆粒的填充也使砂漿達到了最大密實狀態，因而強度最高。建筑垃圾微粉中因含有大量具有潛在活性的物質，如未水化的廢棄混凝土磨細粉中的CaCO3、水泥凝膠和未水化水泥顆粒，分別具有形成水化碳鋁酸鈣與水化碳硅酸鈣，作為水泥水化晶胚和繼續水化形成凝膠產物的能力，尤其是早期。同時，建筑垃圾微粉中的硅、鋁礦物則具有火山灰活性在堿激發下具有與Ca(OH)2二次反應形成 CSH凝膠的潛在能力 。

圖3.2 不同建筑垃圾替代量的干混砂漿7d、28d抗折強度折線圖

圖3.2是不同建筑垃圾替代量的干混砂漿7d、28d抗折強度折線圖，從圖中可以看出，隨著建筑垃圾替代量的增加，砂漿的7d和28d抗折強度整體上都呈現為增加的趨勢，當建筑垃圾摻量為90%時，7d抗折強度達到了1.91 MPa，28d抗壓強度達到了2.27 MPa。

3 結論

廢棄的混凝土塊經過鄂式破碎機粉碎后，篩選出直徑在0.15mm-4.75mm的建筑垃圾，可以作為細集料代替河砂制備干混砂漿，其立方體抗壓強度、抗折強度均符合相關國家標準。隨著建筑垃圾摻量的增加，砂漿的體積密度逐漸增加，孔隙率和吸水率逐漸減小，7d和28d的抗壓、抗折強度都呈現為增大的趨勢。當建筑垃圾摻量為90%時，砂漿28d抗壓強度可以達到4.49 MPa，28d抗折強度達到2.27 MPa。

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