建筑垃圾混凝土標準磚試驗研究

梁科科

(邯鄲市工程建設(shè)造價管理站，河北邯鄲056002)

建筑垃圾混凝土標準磚試驗研究

梁科科

(邯鄲市工程建設(shè)造價管理站，河北邯鄲056002)

所做的試驗主要有建筑垃圾混凝土標準磚配比試驗、成型壓力試驗等。試驗的主要原料為經(jīng)處理后的建筑垃圾骨料，以普通硅酸鹽水泥為膠凝材料，并摻入適量的粉煤灰。試驗方法主要采用正交設(shè)計原理，合理地選擇因素及相應(yīng)的水平，進行配比優(yōu)選，得出最佳配比方案，為建筑垃圾磚的生產(chǎn)實踐提供理論參考。

建筑垃圾;混凝土標準磚;正交設(shè)計;抗壓強度

0 引言

據(jù)最新統(tǒng)計結(jié)果顯示，我國每年的建筑施工面積已超過6.5億㎡，但隨之而來的建筑垃圾也與日俱增［1］。目前，我國每年建筑垃圾的數(shù)量已占城市年垃圾總量的30% ～40%，絕大部分的建筑垃圾未經(jīng)過任何處理就被運到郊外或鄉(xiāng)村，采用露天堆放或填埋的方式進行處理。本文以此為出發(fā)點，提出了利用建筑垃圾生產(chǎn)混凝土標準磚的想法，并重點對建筑垃圾混凝土標準磚進行試驗研究。

1 建筑垃圾的定義和組成

1.1 建筑垃圾定義及分類

對建筑垃圾的含義沒有明確的定義，目前公認的定義是:主要是由土、渣土、散落的砂漿和混凝土、剔鑿產(chǎn)生的磚石和混凝土碎塊、打樁截下的鋼筋混凝土樁頭、金屬、瀝青、竹木材、裝飾裝修產(chǎn)生的廢料、各種包裝材料和其他廢棄物等組成。

按照建筑垃圾來源的不同可分類為:1)舊的建筑物拆除垃圾。2)建筑施工垃圾。3)道路開挖。4)土地開挖［2］。

1.2 建筑垃圾組成

拆除垃圾的成分比例與被拆除建筑物的結(jié)構(gòu)類型有關(guān)，不同時代的建筑物，在材料組成上具有很大的差異。我國90年代以后，由于新型建筑材料的大量應(yīng)用，建筑物的組成材料趨向多元化，尤以化學(xué)建材的廣泛應(yīng)用為標志，但從總量上看，混凝土與水泥制品、磚瓦、陶瓷等燒黏土制品仍占主導(dǎo)地位。表1給出了近年來邯鄲地區(qū)拆除建筑垃圾的主要組成情況。

表1 邯鄲地區(qū)拆除建筑垃圾組成(%)

拆舊建筑建筑垃圾產(chǎn)量計算方法:通常按1t/㎡計。拆除磚混建筑，1㎡約產(chǎn)生1噸以上建筑垃圾;拆框架結(jié)構(gòu)建筑，1㎡約1.2噸以上建筑垃圾。以邯鄲市為例，2010年拆舊建筑80萬㎡，按拆除磚混建筑計算，產(chǎn)生建筑垃圾為80萬噸。

2 建筑垃圾混凝土標準磚原材料組成及優(yōu)選

建筑垃圾混凝土標準磚原材料組成包括水泥、生石灰、粉煤灰、水、建筑垃圾骨料。經(jīng)綜合考慮，我們選擇“太行山”牌42.5普通硅酸鹽水泥作為本次制磚的膠凝材料，選用邯鄲市峰峰大峪灰粉廠的精制優(yōu)質(zhì)白灰粉作為次要膠凝材料，摻量一般控制在水泥量的3%，其他材料選用邯鄲熱電廠生產(chǎn)的I級粉煤灰;邯鄲市用自來水，符合飲用水的要求，見JGJ63-890;建筑垃圾骨料采用的是邯鄲市新世紀附近舊樓拆除物，主要有廢混凝土、廢磚塊、廢陶瓷玻璃片及砂漿片等。在建筑垃圾制磚中所用的集料從種類上分為:混凝土碎塊，磚瓦碎塊，玻璃、陶瓷的碎顆粒，砂漿細粉，灰土。從粒徑上看，主要包括小于1mm的廢棄混凝土細粉，1～2mm較小粒徑的廢混凝土、廢磚顆粒，2～3mm中間粒徑的為廢混凝土、磚瓦、陶瓷及玻璃顆粒，3～4mm稍大粒徑顆粒，以廢混凝土為主。

3 建筑垃圾混凝土標準磚配比試驗

3.1 試驗方法

試驗方法選用正交設(shè)計。正交設(shè)計中的水平是指各因素在試驗中要比較的具體條件，各水平的取值一般按照經(jīng)驗暫定，然后根據(jù)試驗結(jié)果進行調(diào)整，為將各種配比情況盡量考慮周全［3］。

本實驗的考核指標是建筑垃圾磚的抗壓強度指標，選取對建筑垃圾標準磚的抗壓強度影響較大的三個因素即水泥、粉煤灰、水料比，每個因素選取3個水平來考慮，所以要選一張至少有3列的正交表，而滿足此條件的3水平正交表以L9(34)為最小，因此選用正交表L9(34)來安排試驗。各因素水平見表2。

表2 正交試驗因素水平表(%)

3.2 試驗方案及試件測試

試驗?zāi)康氖峭ㄟ^正交試驗進行配合比設(shè)計，尋求建筑垃圾磚最佳配合比方案。正交試驗方案見表3。

表3 L9(34)試驗方案(%)

在實驗室里制作試件，主要過程如下:1)組裝試模;2)試模壁涂刷機油;3)填料;4)壓制成型;5)拆模;6)養(yǎng)護。試件制作完成后進入測試環(huán)節(jié)，主要是測量抗壓強度和容重，實驗設(shè)備選用YAW-2000A型微機控制電液伺服壓力實驗機，最大壓力2000kN;鋼尺:精確為1mm;天平，精確到g。

抗壓強度測量方法是:量測每個試件的受壓面寬度b和長度h各兩個，取其平均值;將試塊放在壓力機加壓板的中央，加壓至試塊破壞，記錄最大破壞荷重P。

式中:R—抗壓強度;P—最大破壞荷重;F—受壓面積;F=b×h?？箟簭姸纫栽嚰囼灲Y(jié)果的算術(shù)平均值和單塊試件的最小強度值來表示。

容重測量方法是:試件養(yǎng)護到一定齡期，用直尺測每一邊的長度，每一邊量測兩次，取平均值作為邊的長度;用天平稱其重量。

式中:W—容重;G—試塊的自然重量;A—試塊的長度;B—試塊的寬度;C—試塊的高度。

4 試驗結(jié)果及分析

利用正交設(shè)計安排試驗取得試驗數(shù)據(jù)后，運用極差分析法，通過計算將各因素和水平對試驗結(jié)果指標的影響大小用圖表加以表示，以確定最優(yōu)試驗方案。試驗結(jié)果見表4。

表4 L9(34)試驗結(jié)果與極差計算

由表4試驗結(jié)果可知，A的極差最大，其次是B，而C的極差最小。根據(jù)極差順序可知各因素對強度影響的主次順序如下:A＞B＞C。故水泥摻量是影響抗壓強度的主要因素，水料比是重要因素，而粉煤灰摻量是影響較小的次要因素。根據(jù)上述結(jié)果，以因素的水平值為橫坐標，以相應(yīng)因素的同水平導(dǎo)致結(jié)果之和的平均值作為縱坐標，畫出每一因素各水平對結(jié)果影響的趨勢圖，見圖1。

從圖1可知，隨著水泥摻量的增大，抗壓強度呈逐漸增加的趨勢，但增幅到A2水平時逐漸放緩，在滿足磚強度要求的前提下，從降低成本的角度出發(fā)，應(yīng)考慮減少水泥用量，另外水泥摻量過多影響磚的收縮率，綜合以上兩種因素，考慮A2水平。

當(dāng)水料比B＜13%時，抗壓強度逐漸增強，當(dāng)水料比B＞13%時，抗壓強度值出現(xiàn)拐點，逐漸減少。故水料比控制在13%是理想合理值，即B2。

當(dāng)0＜C＜10%時，抗壓強度為上升趨勢，當(dāng)10% ＜F＜15%時，抗壓強度為下降趨勢，當(dāng)粉煤灰摻量為10%時，抗壓強度達到最大，因此選擇10%摻量為合理值，即C2。

從上面分析中可以看出，滿足建筑垃圾標準磚強度的合理配合比為A2B2C2。

5 結(jié)論

根據(jù)以上的試驗結(jié)果分析，可以得出以下結(jié)論:

1)建筑垃圾混凝土標準磚的最佳配比方案是A2B2C2，即水泥12%，粉煤灰10%，建筑垃圾骨料78%，水料比13%。

2)對強度影響重要性的排序為:A＞B＞C，即水泥摻量＞水料比＞粉煤灰摻量。

［1］俞淑芳.建筑垃圾的綜合利用［J］.國外建材科技，2005，26(2):37～40

［2］錢玲，侯浩波.建筑垃圾的綜合利用［J］.再生資源研究，2004，(6):23～26

［3］北京大學(xué)數(shù)學(xué)力學(xué)系數(shù)學(xué)專業(yè)概率統(tǒng)計組.正交設(shè)計——一種安排多因素試驗的數(shù)學(xué)方法［M］.北京:人民教育出版社，1996

［責(zé)任編校:張彩紅］

TU522.1

A

1009-5462(2012)01-0053-03

2012-02-20

河北省建設(shè)廳2006年度課題“建筑垃圾生產(chǎn)新型墻材”(科技成果號:CG05514)最終研究成果之一。

梁科科，男，河北肥鄉(xiāng)人，邯鄲市工程建設(shè)造價管理站工程師。