裝修垃圾制備免燒磚的再生利用試驗研究

摘要：為實現裝修垃圾的資源化利用，本研究在裝修垃圾再生骨料和灰土理化性能檢測的基礎上，采用振動成型工藝制備免燒磚。其間以抗壓強度為優化指標，分析集料配比、水灰比、養護條件對免燒磚抗壓強度的影響。試驗結果表明，調整集料配比可以改善顆粒級配，提高磚的強度；免燒磚的強度隨水灰比的升高呈現先增大后減小的趨勢，水灰比應在滿足磚坯成型條件下盡可能小；養護階段，濕度是免燒磚強度形成的重要因素。在粗骨料、細骨料與灰土的比例為1.27∶1.00∶1.00、水灰比為0.7、采用自然養護和淋水保濕的條件下，裝修垃圾再生物料免燒磚的28 d抗壓強度最高，達到11.72 MPa。

關鍵詞：裝修垃圾；再生骨料；灰土；免燒磚；抗壓強度

中圖分類號：X705 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）06-00-05

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.06.004

Experimental study on the recycling and utilization of unburned bricks prepared from decoration waste

TENG Ye

（Shanghai Pudong Environmental Protection Development Co.， Ltd.， Shanghai 200127， China）

Abstract： In order to achieve the resource utilization of decoration waste， based on the physical and chemical properties testing of recycled aggregates and lime soil from decoration waste， this study adopts the vibration forming process to prepare unburned bricks. During this process， compressive strength is used as an optimization indicator to analyze the effects of aggregate ratio， water-cement ratio， and curing conditions on the compressive strength of unburned bricks. The experimental results indicate that adjusting the aggregate ratio can improve particle size distribution and increase the strength of bricks; the strength of unburned bricks shows a trend of first increasing and then decreasing with the increase of water-cement ratio， and the water-cement ratio should be as small as possible under the conditions of meeting the molding conditions of brick billets; during the maintenance phase， humidity is an important factor in the formation of strength of unburned bricks. Under the conditions of a ratio of 1.27∶1.00∶1.00 for coarse， fine aggregates and lime soil， a water-cement ratio of 0.7， and natural curing and watering for moisture retention， the 28 day compressive strength of unburned bricks made of recycled materials from decoration waste is the highest， reaching 11.72 MPa.

Keywords： decoration waste; recycled aggregate; lime soil; unburned bricks; compressive strength

隨著城市的發展和居民生活條件的改善，建筑垃圾產生量快速增長。據統計，我國建筑垃圾年產生量超過20億t，占城市垃圾總量的30%～40%[1]，“十四五”期間，建筑垃圾的年產生量將會突破

30億t[2]。當前，我國建筑垃圾處置仍以堆放和填埋為主，資源化利用率不足5%[3]。堆放與填埋占用土地，影響市容，污染環境，存在較大的安全隱患，因而開展資源綜合利用是我國深入實施可持續發展戰略的重要舉措。建筑垃圾中的工程渣土、泥漿大多用于回填與造地；建筑廢棄混凝土成分簡單、利用價值高，加工成再生制品綜合利用。而裝修垃圾有別于其他種類的建筑垃圾，其成分復雜，且不同區域、不同時間、不同批次的裝修垃圾成分波動較大，使其資源化利用難度增大。

目前，我國裝修垃圾的資源化利用尚處于探索階段，大多是將裝修垃圾直接破碎、篩分生產再生料，并以之為原料制備免燒磚，實現裝修垃圾資源化利用。劉澤星[4]以裝修垃圾骨料、水泥為原料，研究了裝修垃圾再生粉、礦渣粉、氫氧化鈣、氯化鈣的不同取代率對再生磚強度的影響，結果表明，骨料級配是影響再生磚抗壓強度的首要因素，用再生粉取代40%的骨料，可以優化級配、提高抗壓強度。謝尚錦等[5]分析了裝修垃圾、工程垃圾兩種再生骨料的性能，檢測發現，裝修垃圾再生骨料的含泥量高、強度低，骨料性能較差，并以這兩種骨料、粉煤灰、混凝土為原料，設計了再生磚配比試驗，當裝修垃圾再生骨料比例不超過75%時，再生磚抗壓強度達到10 MPa。羅佳杰等[6]分析了裝修/拆房垃圾的再生骨料、灰渣替代標準砂對免燒磚抗壓強度的影響，研究發現，再生骨料的力學性能明顯低于標準砂，當再生骨料和灰渣替代率分別為12%和12%，水泥摻量為20%時，免燒磚抗壓強度達到MU15等級。

現有的研究成果表明，裝修垃圾再生料可用于制備免燒磚，但均添加其他種類的集料或是外加劑，不僅減少了裝修垃圾的消納量，還提高了免燒磚的生產成本。本文以上海市浦東新區裝修垃圾為原料，分析裝修垃圾再生物料的理化特性，并通過試驗研究再生免燒磚抗壓強度的影響因素，以期得到最優配合比，為裝修垃圾無害化、資源化利用提供參考。

1 再生物料性能檢測

1.1 生產工藝

浦東新區建筑裝潢垃圾處置廠主要處置當地居民的裝修垃圾，設計處理能力為2 000 t/d。進廠裝修垃圾主要為磚塊、混凝土、陶瓷、灰土、木質材料、廢五金、包裝材料、保溫材料及混入的生活垃圾，成分波動較大、差異顯著。原生垃圾經過初步篩選，剔除混入的生活垃圾后，進入處置生產線。根據功能的不同，生產線可分為兩段：第一段主要為預處理，采用破袋、篩分、分選、光選等工藝去除輕質物；第二段主要為骨料生產，采用反擊破、分級篩等工藝，產物為再生骨料與灰土。取樣分析了不同時間的再生骨料成分，各組分存在較大范圍的波動，如圖1所示。

1.2 重金屬檢測

裝修垃圾中的重金屬污染很大程度上取決于其來源，裝飾材料、著色顏料在房屋裝修中廣泛使用，因此再生物料可能含有一定量的重金屬[7]。任意選取兩批次裝修垃圾再生物料，檢測重金屬含量。樣品預處理采用《固體廢物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》（HJ/T 299—2007），檢測采用《固體廢物 22種金屬元素的測定 電感耦合等離子體發射光譜法》（HJ 781—2016），檢測結果如表1所示。結果表明，裝修垃圾再生骨料、灰土的各項重金屬檢測指標遠低于標準限值。此外，免燒磚成型需要摻入水泥，水泥對重金屬有固化、吸附作用，形成穩定的化合物。因此，裝修垃圾再生物料可用于制備免燒磚。

1.3 性能指標

抽樣檢測兩批次骨料和灰土的各項性能指標，檢測結果如表2所示。裝修垃圾在破碎生成再生骨料的過程中，內部會產生細微裂紋，檢測結果顯示，再生骨料壓碎指標接近30%，而天然骨料的壓碎指標在9%～11%，表明再生骨料的硬度與強度相對較差。裝修垃圾再生骨料具有力學性能較差、成分波動較大的特點，再生免燒磚產品定位以中低強度等級為宜。

2 免燒磚制備試驗

2.1 原材料

試驗采用4.75～9.50 mm粒徑粗骨料、0.00～4.75 mm粒徑細骨料和灰土三種再生物料，物料的主要化學成分如表3所示。

骨料和灰土含有較多的SiO2、Al2O3，占比約為70%，硅、鋁成分在高溫、高壓的條件下才能顯現出水化活性，形成硅酸鹽、鋁酸鹽膠凝物質，而免燒磚的制備過程不具備該條件。因此，免燒磚成型過程需要添加一定量的水泥，試驗采用海螺牌P·C 42.5復合硅酸鹽水泥。

2.2 制備工藝

2.2.1 成型工藝

比較各類成型機的特點，振動成型特別適用于石渣、爐渣等粗集料，再加入一些細集料，組成良好級配，制磚效果會更好，因此試驗選擇振動成型工藝。

2.2.2 養護工藝

自然養護、蒸汽養護和蒸壓養護是免燒磚廣泛使用的養護工藝，裝修垃圾屬于高硅廢渣，SiO2在自然狀況下幾乎沒有水化作用，在蒸壓、蒸汽養護條件下，就會呈現出優異的膠凝性，產生極高的強度，但這兩種方式的投資大、能耗高。對于裝修垃圾再生免燒磚而言，制磚成本也是一項重要的考量指標，因此試驗采用自然養護工藝。

2.2.3 物料制備

稱量出試驗所需的原料，先將骨料、灰土投入攪拌機初步混合，在此過程中送入部分水進行預攪拌，起到對物料的濕潤作用；攪拌5 min后投入水泥和剩余的水繼續攪拌5 min，制備成制磚物料。攪拌可以提高水在物料中的分散效果，每個由水分子包覆的集料顆粒能與水泥產生水化反應，進而黏結成一體形成強度。

2.3 試驗配比

試驗制備規格為240 mm×115 mm×53 mm的標準實心磚。在標準配比（編號0）的基礎上，固定膠骨比，分別改變三種集料的用量，研究集料對免燒磚抗壓強度的影響，尋找最優配比。在最優配比的基礎上，進一步研究水灰比、養護條件對再生免燒磚抗壓強度的影響，試驗配比如表4所示。

3 結果與分析

3.1 配比優化

集料是免燒磚的主體構架，承擔外部的荷載，顆粒堆積的緊密程度直接影響磚的強度。在激振力作用下，不同粒徑的大小顆粒相互搭配、填充，使物料密實結合，密實度越高，磚的強度也越高。在標準配比的基礎上，改變骨料和灰土的配比，探索裝修垃圾再生物料免燒磚的最佳配比。骨料和灰土比例對28 d抗壓強度的影響如圖2所示。

試驗過程中保持膠骨比不變，先是改變粗、細骨料的比例，從圖2（a）可以看出，隨著粗骨料比例的提高，磚的抗壓強度呈現出先增大后減小的趨勢，在配比2的條件下，磚的抗壓強度可以達到9.97 MPa。在此基礎上繼續調整灰土比例，優化配比，磚的抗壓強度如圖2（b）所示。結果表明，配比6的顆粒配合比最佳，其粗骨料、細骨料與灰土的比例為1.27∶1.00∶1.00，磚的強度最高，測得28 d抗壓強度為11.72 MPa。

3.2 水灰比對抗壓強度的影響

試驗在配比6的基礎上，分別設置水灰比為0.6、0.7、0.8、0.9，分析不同水灰比對免燒磚抗壓強度的影響，28 d抗壓強度檢測結果如圖3所示。從圖3可知，水灰比為0.6時，物料過于干燥，磚坯無法成型；水灰比為0.7時，磚的抗壓強度達到最大值；之后，隨著水灰比的增大，磚的強度逐漸減小。產生該現象的主要原因是：磚坯養護過程中，多余的水分子逐漸蒸發，在磚坯內部形成孔隙，水灰比越大，水蒸發留下的孔隙也就越多，使其抗壓強度降低。此外，用水量越大，物料的流動性越強，在成型、養護過程中，尚未凝固的物料在重力作用下開始緩慢移動，使磚坯發生形變。因此，免燒磚的水灰比應在滿足成型的條件下盡可能小，以獲得較高的抗壓強度。

3.3 養護條件對抗壓強度的影響

免燒磚產品調研過程中發現，大部分制磚廠在磚坯成型后靜養數天，之后就直接堆放、碼垛，只有少數廠家在成型后淋水保濕。試驗研究了淋水保濕對免燒磚28 d抗壓強度的影響，在磚坯成型后的前7 d內每天淋水1次，并與僅通過自然養護的磚坯比較，結果如圖4所示。

圖4的結果表明，采用淋水保濕方式的自然養護工藝可以使抗壓強度提高2.93 MPa，約33%，效果較為明顯。其原因是，免燒磚的水化反應必須有水參與，一定的濕度是免燒磚水化反應進行的基礎，濕度直接影響水化反應的速度和深度，也即是磚的強度。由于免燒磚屬于半干成型，水化反應需水量與磚坯含水量有較大差距，養護階段需要從外部補充水分。因此，在免燒磚養護過程中，應盡可能保證濕度，提高養護效果。

4 結論

裝修垃圾再生物料各項重金屬檢測指標遠低于標準限值，但力學性能和耐久性能偏低，再生免燒磚產品的定位以中低強度等級為宜。通過調整再生免燒磚配比，改善顆粒級配、提高磚的強度，試驗得到裝修垃圾再生物料免燒磚最優配比，制備得到的實心磚28 d抗壓強度達到11.72 MPa。其間分析水灰比和養護條件對免燒磚強度的影響。免燒磚的水灰比應在滿足成型條件下盡可能小，以獲得較高的抗壓強度，試驗得到最佳水灰比為0.7。此外，自然養護階段采用淋水保濕方法可提高約三分之一的強度，建議免燒磚養護過程通過淋水等方式保證其濕度，以提高養護效果。

參考文獻

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4 劉澤星.基于正交法的建筑裝修垃圾全再生利用試驗研究[J].中國水運，2021（4）：79-80.

5 謝尚錦，張金星，袁 靜，等.裝修垃圾再生骨料混凝土磚基本性能試驗研究[J].混凝土，2020（11）：137-140.

6 羅佳杰，周德生，唐 佶，等.裝修/拆房垃圾低品物料再生免燒磚研究[J].環境衛生工程，2022（2）：63-68.

7 劉會友.房屋裝修垃圾的危害與處置探究[J].中國資源綜合利用，2005（3）：24-27.