建筑垃圾制備再生細(xì)骨料性能與級配調(diào)整

2020-12-01 05:20:54任聞波

四川建材 2020年11期

孫姝，任聞波

(1.寧夏建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏銀川 750021；2.寧夏中測計量測試檢驗院(有限公司)，寧夏銀川 750021)

0 前言

建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)都離不開混凝土，隨著我國城鎮(zhèn)建設(shè)的發(fā)展，混凝土的需求量十分巨大。據(jù)計算每生產(chǎn)1 m3的混凝土大約需要700～900 kg的細(xì)骨料，因而作為混凝土細(xì)骨料的砂需求量也十分巨大。目前混凝土所用的細(xì)骨料主要為天然砂，隨著對天然砂多年的開采，天然砂的資源總量和產(chǎn)量也在逐年減少。建筑垃圾中，除去渣土，廢舊混凝土、廢砂漿和廢磚瓦含量占60%左右，現(xiàn)有的大量研究表明，將建筑垃圾中的廢舊混凝土、廢砂漿和磚瓦碎塊等分揀出來，再進(jìn)行破碎、篩分、除雜等工序，加工成一定粒徑的再生細(xì)骨料，用來部分取代天然砂，制備再生細(xì)骨料混凝土，可以節(jié)約大量的天然砂資源，實現(xiàn)建筑垃圾的資源化再利用，在節(jié)約資源的同時，減輕對生態(tài)環(huán)境的壓力。國內(nèi)外研究學(xué)者在再生骨料方面做了許多研究，取得了一些可喜的成果。秦善勇等[1]研究了再生細(xì)骨料和水灰比兩種因素對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。李進(jìn)軍[2]對建筑垃圾再生微粉的基本性能進(jìn)行了研究，并對其物理性能和化學(xué)性能研究后提出了應(yīng)用建議。

本項目采集房屋拆遷過程中產(chǎn)生的建筑垃圾，經(jīng)過破碎和篩分處理，得到再生細(xì)骨料，分析細(xì)骨料的性能指標(biāo)，探討再生細(xì)骨料應(yīng)用于混凝土的處理方法。

1 實驗材料的選擇及預(yù)處理

常見建筑垃圾的主要成分如下：廢舊混凝土、廢舊砂漿、廢舊墻材(燒結(jié)類：燒結(jié)普通磚、燒結(jié)空心磚等；非燒結(jié)類：混凝土空心砌塊、蒸壓加砌塊、混凝土磚等)、少量木材、保溫材料、廢舊玻璃、廢舊鋼材、渣土等。

實驗選用本地周邊建設(shè)工地產(chǎn)生的建筑垃圾，主要以廢混凝土、廢墻材、廢砂漿等為主。

為了對再生細(xì)骨料的性能進(jìn)行分析，選用吳忠關(guān)馬湖水洗砂作為對比，細(xì)度模數(shù)2.8～3.0，含泥量≤3.0%，泥塊含量≤1.0%。

2 再生細(xì)骨料制備工藝

1)破碎：對建筑垃圾進(jìn)行初期兩級破碎處理至最大粒徑≤100 mm。工藝如下：采用顎式破碎機(jī)，第一級粒徑≥1000 mm，處理后粒徑400 mm至600 mm；第二級粒徑≥300 mm，處理后粒徑40 mm至100 mm。

2)篩分：在第二級破碎機(jī)后加篩分設(shè)備，100 mm粒徑以上物料重新返回上一級破碎。

3)除塵：由于建筑垃圾中本身含有大量粉塵，同時破碎、篩分過程中也會產(chǎn)生粉塵，如不處理一方面造成環(huán)境污染，另一方面導(dǎo)致骨料中含泥量增加，影響骨料質(zhì)量。

經(jīng)過處理后的建筑垃圾粒徑為40～100 mm，經(jīng)PEX150顎式破碎機(jī)破碎后，出料口物料最大粒徑≤5 mm，并用方孔篩篩除160μm以下顆粒，最終粒徑范圍為160μm～5 mm，與天然砂粒徑范圍相同。

3 再生細(xì)骨料性能分析

經(jīng)過破碎處理后，對照《混凝土和砂漿用再生細(xì)骨料》(GB/T 25176—2010)，對得到的再生細(xì)骨料進(jìn)行了性能分析，建筑垃圾的性能如下。

1)顆粒級配。對再生細(xì)骨料進(jìn)行篩分試驗，測得各個粒徑的累計篩余，并與再生細(xì)骨料標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的級配區(qū)間進(jìn)行對比，對比結(jié)果見表1。從表1中可看出，再生細(xì)骨料不符合任一分區(qū)的累計篩余規(guī)定，主要體現(xiàn)為大顆粒偏多，0.6 mm以上篩孔的篩余量均不達(dá)標(biāo)，說明顎式破碎機(jī)破碎后得到的再生細(xì)骨料整體顆粒偏粗。為了達(dá)到合適的粒徑分布，建議在第三級破碎時采用錘式破碎機(jī)，預(yù)期能達(dá)到較好的級配。

表1 破碎后級配與標(biāo)準(zhǔn)對比(累計篩余)

由于試驗條件限制，無小型錘式破碎機(jī)，用顎式破碎機(jī)破碎后，顆粒級配不能滿足再生細(xì)骨料的級配要求，因而對建筑垃圾再生細(xì)骨料進(jìn)行了重新篩分與配比，各粒徑級別的篩孔累計篩余量控制在Ⅱ區(qū)砂的范圍內(nèi)。

2)微粉含量。再生細(xì)骨料中粒徑在75 μm以下顆粒屬于微粉，其含量宜控制在5.0%以內(nèi)。本試驗中雖然經(jīng)過了篩分處理，篩除了建筑垃圾中的粉塵，但其微粉含量仍然較大，經(jīng)檢測其微粉含量≥5.0%。表明雖然經(jīng)過了篩分處理，微粉含量仍然較高，這種微粉粒徑極小，會對混凝土性能產(chǎn)生不利影響。一方面，在混凝土中微粉會附著在骨料表面，削弱水泥石與骨料的粘結(jié)力，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度下降；另一方面，在拌和過程中，微粉會吸收大量拌和水，降低混凝土拌和物的流動性，導(dǎo)致混凝土需水量上升，硬化后水分蒸發(fā)，在混凝土內(nèi)部留下微孔，導(dǎo)致混凝土孔隙率增大，強(qiáng)度和耐久性有所降低。考慮微粉的不良影響，實驗過程中需將再生細(xì)骨料與含泥量較小的天然砂混合后，降低含泥量，減少對混凝土性能的不良影響。

3)泥塊含量。再生細(xì)骨料中粒徑>1.18 mm,經(jīng)水洗、手捏后小于600 μm的顆粒屬于泥塊，其含量宜控制在1.0%以內(nèi)。經(jīng)檢測，制得的再生細(xì)骨料泥塊含量較少，能控制在≤0.5%范圍。

4)堅固性。經(jīng)硫酸鈉溶液測定法測定，經(jīng)過5次循環(huán)后，其質(zhì)量損失10%～15%，堅固性偏低。堅固性反映了細(xì)骨料在氣候、環(huán)境變化或其他物理因素作用下抵抗破裂的能力，若再生細(xì)骨料的堅固性不足，可能會導(dǎo)致混凝土的耐久性和強(qiáng)度不足。

4 再生細(xì)骨料與天然砂配合后的級配分析

對再生細(xì)骨料進(jìn)行性能檢測后發(fā)現(xiàn)，其性能指標(biāo)與天然砂仍然存在一定的差距，于是考慮采用再生細(xì)骨料與天然砂混合使用的方法來制備混凝土，再生細(xì)骨料對天然砂的替代比分別為0%、20%、40%、60%、80%。對于不同替代比的混合細(xì)骨料，主要研究其顆粒級配，分析對混凝土性能可能產(chǎn)生的影響。

考慮破碎后再生細(xì)骨料的級配不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，通過篩分對其進(jìn)行了級配調(diào)整，確保其滿足Ⅱ區(qū)再生細(xì)骨料的累計篩余，重新配比后的累計篩余見表2，已符合Ⅱ區(qū)再生細(xì)骨料的級配要求。

表2 天然砂與再生細(xì)骨料配比調(diào)整后的級配

將重新篩分配比后的再生細(xì)骨料的累計篩余與天然砂對比發(fā)現(xiàn)，再生細(xì)骨料整體顆粒仍然較粗，在較粗顆粒范圍的累計篩余均高于天然砂。從細(xì)度模數(shù)來看，天然砂為2.5，位于中砂中的較小值，而再生細(xì)骨料為3.0，屬于中砂細(xì)度模數(shù)的上限值，非常接近粗砂。若是將再生細(xì)骨料直接應(yīng)用于混凝土，會導(dǎo)致混凝土拌和物和易性降低、易離析、泌水性增加，需要與天然砂配合使用。

按照不同替代比將天然砂替代后，對得到的混合砂也進(jìn)行了篩分試驗。隨再生細(xì)骨料替代比的增加，混合砂的細(xì)度模數(shù)逐漸增加，當(dāng)替代比達(dá)到80%時，混合砂的細(xì)度模數(shù)為2.9，已非常接近粗砂。同時，對四種替代比的混合細(xì)骨料繪制了級配曲線，見圖1～4。從圖1～4中可以看出，隨著替代比的增加，混合砂的級配曲線逐漸向Ⅱ區(qū)上限趨近，80%替代比時，已非常接近Ⅱ區(qū)上限。