混合纖維再生保溫混凝土砌塊技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

孫明

摘要：根據(jù)國(guó)家政策導(dǎo)向，結(jié)合再生混凝土的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，以降低建筑使用過程中的能耗，并實(shí)現(xiàn)資源的再循環(huán)利用為宗旨，提出以廢棄混凝土制作的再生骨料和聚苯乙烯發(fā)泡顆粒為基礎(chǔ)，并摻加鋼纖維和聚丙烯纖維，制作保溫砌塊并對(duì)其性能進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，解決普通再生骨料混凝土制品強(qiáng)度低、耐久性差的問題，擴(kuò)展再生混凝土的應(yīng)用領(lǐng)域，為相關(guān)研究提供參考。

Abstract： According to the political direction of the country， combining of recycled concrete research status， to reduce building energy consumption in the process of use and realize the recycling resources for the purpose， this paper proposes the insulation block which is based on the recycled aggregate from wasted concrete with polystyrene foam particles， and adds fiber and polypropylene fiber， then analyzes the technical and economical of its performance， solving the problem about low strength and poor durability of recycled aggregate concrete product， expanding the application areas of recycled concrete， providing a reference for related research.

關(guān)鍵詞：再生混凝土砌塊;保溫;纖維

Key words： recycled concrete block;insulation;synthetic fabric

中圖分類號(hào)：TU528.58 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）08-0093-02

0 ?引言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，舊建筑物改建、拆除產(chǎn)生的建筑垃圾總量已超過13億噸并逐年增加。同時(shí)磚瓦作為關(guān)乎建筑物質(zhì)量品質(zhì)、壽命安全的基礎(chǔ)建筑材料，在當(dāng)前巨大的節(jié)能減排壓力下，如何適應(yīng)建筑工業(yè)化和城鄉(xiāng)建筑及基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的新需求，節(jié)約保護(hù)自然資源，使用綠色無毒、節(jié)能環(huán)保、輕質(zhì)高強(qiáng)的新型建筑材料成為建設(shè)領(lǐng)域的重要趨勢(shì)。

1 ?研究背景

我國(guó)混凝土產(chǎn)量超20億m3，混凝土中的沙石含量占混凝土70%左右，每年需要開采超過35億噸的沙石用于配制混凝土[1]，消耗大量資源，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。所以學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)廢棄混凝土進(jìn)行回收再利用，成為建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的重要舉措。

2017年，國(guó)家發(fā)展改革委辦公廳、工業(yè)和信息化部辦公廳關(guān)于印發(fā)《新型墻材推廣應(yīng)用行動(dòng)方案》的通知（發(fā)改辦環(huán)資[2017]212號(hào)）提出，到2020年，全國(guó)縣級(jí)（含）以上城市禁止使用實(shí)心粘土磚，地級(jí)城市及其規(guī)劃區(qū)（不含縣城）限制使用粘土制品，副省級(jí)（含）以上城市及其規(guī)劃區(qū)禁止生產(chǎn)和使用粘土制品;新型墻材產(chǎn)量在墻材總量中占比達(dá)80%，新建建筑中新型墻材應(yīng)用比例達(dá)90%。

再生混凝土制品符合國(guó)家財(cái)政部關(guān)于新型墻體材料增值稅政策的通知（財(cái)稅[2015]73號(hào)）附件中《享受增值稅即征即退政策的新型墻體材料目錄》對(duì)新型墻體材料的認(rèn)定，能夠讓生產(chǎn)廠家擁有增值稅即征即退50%的優(yōu)惠政策，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

工業(yè)和信息化部、環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家安全監(jiān)管總局關(guān)于加快燒結(jié)磚瓦行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的若干意見（工信部聯(lián)原[2017]279號(hào)提出發(fā)展綠色建筑、裝配式建筑和海綿城市等建設(shè)所需新產(chǎn)品，重點(diǎn)發(fā)展結(jié)構(gòu)功能一體化的自保溫砌塊、清透水路面磚等產(chǎn)品。具備自保溫性能的再生混凝土砌塊成為近年來研究的一個(gè)焦點(diǎn)。

2 ?國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

Dylewski[2]使用陶粒、回收利用的廢棄混凝土為粗骨料，制作輕質(zhì)保溫砌塊，具有造價(jià)較低、耐久性較高、耐火性較好、保溫隔熱性能好等優(yōu)點(diǎn)。Butler等[3]研究了不同骨料強(qiáng)度對(duì)再生混凝土性能的影響，指出骨料原生強(qiáng)度是影響再生混凝土斷裂能和彈性模量的重要方面。Andreu Gonzalez等[4]指出原生強(qiáng)度高的再生骨料制備的混凝土物理指標(biāo)與普通混凝土性能相似。肖建莊等[5]指出再生細(xì)骨料的級(jí)配曲線不滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求;經(jīng)適當(dāng)人工級(jí)配調(diào)整后的再生細(xì)骨料級(jí)配曲線良好，滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究都有力地促進(jìn)了行業(yè)發(fā)展，制約再生混凝土材料應(yīng)用的瓶頸主要是強(qiáng)度和耐久性。尤其廢棄混凝土破碎后得到的再生混凝土骨料一般存在棱角過多、針狀物所占比例過大等問題，吸水率高、壓碎指標(biāo)大、空隙率大、表觀密度低，導(dǎo)致使用再生骨料的混凝土強(qiáng)度低、耐久性差的問題特別突出。利用纖維的強(qiáng)化作用解決再生保溫混凝土砌塊應(yīng)用中存在的問題，為再生混凝土制品的推廣拓展空間。

3 ?砌塊設(shè)計(jì)思路

根據(jù)砌塊的構(gòu)成、再生骨料與聚苯顆粒的工程性能及附加纖維的作用機(jī)理，首先調(diào)整聚苯顆粒用量和再生骨料配比，制作保溫性能合格的聚苯顆粒混凝土，然后試驗(yàn)不同類型纖維，如鋼纖維、碳纖維、玄武巖纖維、聚丙烯纖維對(duì)混凝土性能的影響，選擇最適合摻入聚苯顆粒砌塊的纖維種類和摻量，制作混合纖維再生混凝土保溫砌塊。隨后對(duì)砌塊進(jìn)行力學(xué)性能和熱工性能實(shí)驗(yàn)，并使用節(jié)能軟件模擬砌塊應(yīng)用于實(shí)際工程中的情況，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，最終獲得具有工程應(yīng)用前景的混合纖維再生混凝土保溫砌塊產(chǎn)品。

在聚苯乙烯保溫混凝土中摻入鋼纖維不能明顯提升混凝土抗壓強(qiáng)度[6]，但能顯著提高劈裂抗拉強(qiáng)度，并降低干燥收縮率。但鋼纖維的密度較大，會(huì)使混凝土出現(xiàn)分層現(xiàn)象。所以可以適當(dāng)減少鋼纖維的用量，加入低彈性模量的聚乙烯纖維，由于單位質(zhì)量下這種纖維的數(shù)量多，纖維單絲分布在成品混凝土內(nèi)部，形成了亂向撐托體系，可以在一定程度上阻止微細(xì)裂紋的產(chǎn)生，填充成品混凝土中孔洞，有效減少成品混凝土的塑性收縮。這兩種不同尺度與不同性能的纖維在砌塊不同的受荷階段和不同的結(jié)構(gòu)層次發(fā)揮增強(qiáng)、增韌作用，達(dá)到逐級(jí)阻裂和性能互補(bǔ)的作用，可獲得具有優(yōu)異綜合力學(xué)性能的混雜纖維增強(qiáng)的混凝土保溫砌塊。

砌塊中加入的發(fā)泡聚苯顆粒顆粒孔洞結(jié)構(gòu)較好，導(dǎo)熱系數(shù)低，保溫隔熱性能好，有穩(wěn)定的熱工性能與力學(xué)性能，能大幅提升砌塊的保溫性能，但是由于聚苯乙烯為憎水性非極性高分子，和水泥之間不能很好結(jié)合，普通聚苯乙烯混凝土制品往往強(qiáng)度不高。由于再生粗骨料相對(duì)于天然粗骨料表面多包裹一層水泥混凝土，其針狀顆粒以及表面扁平顆粒量大于天然骨料，表觀密度、堆積密度低于天然骨料，與聚苯顆粒之間的密度差異相對(duì)較小，形成合理級(jí)配，填充了聚苯乙烯顆粒和水泥之間的空隙，提升成品混凝土砌塊的密實(shí)度和強(qiáng)度。

回收拆除的房屋得到廢棄混凝土，清除其中的渣土和鋼筋，然后用顎式破碎機(jī)進(jìn)行初次破碎，篩分粒徑0.1mm-5mm的部分作為細(xì)骨料，粒徑5mm-20mm的部分作為粗骨料，剩余碎塊放入反擊式破碎機(jī)進(jìn)行再次破碎，然后再進(jìn)入篩分機(jī)，獲取再生細(xì)骨料和粗骨料。通過實(shí)驗(yàn)最終確定砌塊的組成材料為水泥、再生粗骨料、再生細(xì)骨料 、樹脂膠粉、鋼纖維、聚丙烯纖維、保水劑、聚苯乙烯泡沫和水，導(dǎo)熱系數(shù)為0.165w/m·K。

4 ?技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

使用建筑節(jié)能分析軟件模擬該砌塊應(yīng)用于湖南省永州市1棟7層住宅樓的情況，該住宅建筑建筑面積為758.8m2，高度23.1m，體形系數(shù)為0.46，計(jì)算其熱工參數(shù)并進(jìn)行節(jié)能分析。通過計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算，首先獲得混合纖維再生混凝土保溫砌塊應(yīng)用于該建筑時(shí)墻體的構(gòu)造熱工參數(shù)，再對(duì)建筑整體進(jìn)行外墻節(jié)能分析，最后計(jì)算得出外墻平均傳熱系數(shù)為0.85w/m2·K，既滿足我國(guó)住建部頒布的《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ134-2010）中“體形系數(shù)>0.40，外墻平均熱惰性指標(biāo)>2.5時(shí)，外墻平均傳熱系數(shù)應(yīng)≤1.0”的規(guī)定，也滿足更嚴(yán)格的《湖南省居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DBJ43/001-2017）中“體形系數(shù)>0.40，外墻平均熱惰性指標(biāo)>2.5時(shí)，外墻平均傳熱系數(shù)應(yīng)≤0.90”的要求。

將混合纖維再生混凝土保溫砌塊應(yīng)用的價(jià)格和性能指標(biāo)與市場(chǎng)上常用產(chǎn)品進(jìn)行如表1所示對(duì)比，分析這些常用材料應(yīng)用于同一建筑時(shí)的性能與成本價(jià)格，可以看到同樣單位面積下，陶粒保溫混凝土砌塊構(gòu)成的墻體價(jià)格更貴且傳熱系數(shù)大，不符合國(guó)家節(jié)能規(guī)范要求，而發(fā)泡水泥無機(jī)保溫板性能好但是價(jià)格昂貴，混合纖維再生混凝土保溫砌塊價(jià)格便宜，保溫性能好。

5 ?結(jié)語

房地產(chǎn)業(yè)是我國(guó)重要的支柱性產(chǎn)業(yè)之一，一直保持著良好的發(fā)展勢(shì)頭，以湖南省為例，2018年建筑業(yè)增加值2549.8億元，房屋建筑施工面積59253.3萬m2，比上一年增長(zhǎng)8.5%。湖南省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)2017年在關(guān)于印發(fā)《湖南省墻體材料革新“十三五”規(guī)劃》的通知（湘經(jīng)信原材料[2017]171號(hào)）中提出，到2020年，全省滿足建筑節(jié)能要求的自保溫墻材比率提高至新型墻體材料的20%;新型墻體材料工業(yè)廢棄物年利用量達(dá)到1800萬噸。這為利用廢舊混凝土制作混合纖維再生保溫混凝土砌塊提供了廣闊的市場(chǎng)和有力的政策支持，值得進(jìn)行更為深入的應(yīng)用研究。

參考文獻(xiàn)：

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[2]R. Dylewski， J. Adamczyk. Enhancement in early strengths of slag-cement mortars by adjusting basicity of the slag prepared from fly-ash of MSWI[J]. Cement and Concrete Research， 2014， 39（8）：651-658.

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[4]Andreu G， Miren E. Experimental analysis of properties of high performance ?recycled aggregate concrete[J]. Construction & Building Materials， 2014， 52（2）：227-235.

[5]肖建莊，林壯斌，朱軍.再生骨料級(jí)配對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響[J].四川大學(xué)學(xué)報(bào)（工程科學(xué)版），2014，04：154-160.

[6]張文華，呂毓靜，劉鵬宇.EPS混凝土研究進(jìn)展綜述[J].材料導(dǎo)報(bào)，2019，33（13）：2214-2228.