全廢磚再生輕骨料混凝土試驗研究

王碩智，程海麗，周錕，孫大偉，王磊，魏國志

（北方工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院土木系，北京100144）

全廢磚再生輕骨料混凝土試驗研究

王碩智，程海麗，周錕，孫大偉，王磊，魏國志

（北方工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院土木系，北京100144）

將廢粘土磚加工成粗細(xì)骨料，用于配制全廢磚再生輕骨料混凝土。檢測結(jié)果表明：所用廢磚粗細(xì)骨料屬輕骨料范疇，但其吸水率較大，且細(xì)骨料級配不良。試驗表明：本試驗配合比體系中，凈水灰比為0.42，體積砂率為50%時最佳；以全廢磚配制的再生磚輕骨料混凝土的強度發(fā)展規(guī)律與普通輕骨料混凝土類似，均有隨水泥用量提高而強度提高的趨勢，但隨著所配制的混凝土強度等級的提高，再生輕骨料混凝土的強度提高趨勢下降。以全廢磚為骨料適合配制強度等級LC30及以下的再生輕骨料混凝土。

廢磚；再生利用；輕骨料混凝土

來自于磚混結(jié)構(gòu)的建筑垃圾主要為帶有砂漿的廢棄粘土磚，是目前大量排放的建筑垃圾之一，北京地區(qū)近幾年排放量尤甚，給環(huán)境保護(hù)造成很大的壓力。另一方面，它們又是可再生利用的資源，直接排放是一種資源的浪費。

輕骨料混凝土是以天然多孔輕骨料或人造陶粒作粗骨料，天然砂或輕砂作細(xì)骨料，用硅酸鹽水泥、水和外加劑（或不摻外加劑）按配合比要求配制而成的干表觀密度不大于1 950 kg/m3的混凝土。輕骨料混凝土具有輕質(zhì)、高強、保溫和耐火等特點，并且變形性能良好，彈性模量較低，在一般情況下收縮和徐變也較大。輕骨料混凝土應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑及其他工程，可減輕結(jié)構(gòu)自重，節(jié)約材料用量，提高構(gòu)件運輸和吊裝效率，減少地基荷載及改善建筑物功能等。

輕骨料混凝土中有些常用的骨料（如陶粒）生產(chǎn)需要在窯爐中燒制，因而要消耗大量能源，同時會對周圍環(huán)境造成污染。因此，本項目以普通水泥為膠凝材料，廢磚經(jīng)破碎篩分后制作成粗、細(xì)骨料，全部替代現(xiàn)行輕骨料混凝土中的骨料，參照現(xiàn)行輕骨料混凝土的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)配制全廢磚再生輕骨料混凝土。意在對廢粘土磚資源進(jìn)行再生利用的同時，減少現(xiàn)行天然輕骨料的消耗及由于生產(chǎn)人造輕骨料而帶來的能源消耗及環(huán)境問題，一舉數(shù)得。

1 主要原材料及其性能

1.1 水泥

本試驗所用水泥為：42.5普通硅酸鹽水泥，其性能見表1所示。

表1 水泥強度MPa

1.2 廢粘土磚

來自舊建筑拆下來的廢磚，經(jīng)破碎、篩分后分為粗骨料及細(xì)骨料備用。

1.2.1 廢磚集料加工制作

廢粘土磚取自廢棄建筑物，對其進(jìn)行破碎、篩分流程如圖1所示。

圖1 廢磚粗細(xì)骨料加工制作流程

1.2.2 廢磚集料的性能

參照GBT17431.1-2010《輕集料及其試驗方法》第1部分[1]，GBT17431.2-2010《輕集料及其試驗方法》第2部分[2]，GB/T14684-2001《建筑用砂》[3]對廢磚再生粗細(xì)骨料的部分性能進(jìn)行檢測。

1.2.2.1 廢磚再生細(xì)集料的細(xì)度模數(shù)及顆粒級配

參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14684-2001《建筑用砂》進(jìn)行廢磚細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)及顆粒級配的檢測。表2為通過篩分析試驗獲得的廢磚細(xì)骨料篩分析數(shù)據(jù)。

表2 廢磚再生細(xì)集料篩分析試驗數(shù)據(jù)

圖2 為其篩分析曲線，由圖2可以看出，本試驗所用廢磚細(xì)骨料的級配不良。

圖2 廢磚細(xì)骨料的級配

經(jīng)計算，廢磚細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)為3.3。

1.2.2.2 廢磚再生集料的其他物理性能

參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對廢磚再生粗細(xì)骨料的部分物理性能進(jìn)行測試，其結(jié)果見表3。參照GB/T17431.1-2010《輕集料及其試驗方法》，堆積密度不大于1 200 kg/m3的即可稱之為輕集料，可見，本試驗所用再生磚粗細(xì)骨料均屬于輕集料的范疇，且粗骨料密度等級屬于900，細(xì)骨料密度等級屬于1 000，但同時也可看出，粗、細(xì)骨料的吸水率均較高。

表3 廢磚集料的物理性質(zhì)

2 試驗過程及數(shù)據(jù)分析

2.1 凈水灰比試驗

參照J(rèn)GJ 51-2002《輕集料混凝土技術(shù)規(guī)程》[4]（以下簡稱《規(guī)程》）及再生骨料的吸水率，以LC30為例，計算其試配強度為38.2 MPa，查相關(guān)水泥和用水量表，選取水泥用量為380 kg/m3，凈用水量160 kg/m3（即凈水灰比為0.42）；體積砂率取50%，再依據(jù)表3中所測得的再生粗、細(xì)骨料的堆積密度，計算得細(xì)骨料用量為738 kg/m3，粗骨料用量為648 kg/m3（即質(zhì)量為砂率53.2%）；依粗細(xì)骨料的吸水率，計算得附加吸水量為806 kg/m3，即總用水量為966 kg/m3。

考慮到按《規(guī)程》選取的水泥用量和用水量均是在一個規(guī)定的范圍內(nèi)任意取值，加之本試驗所用骨料也與普通的輕骨料不同，因此本試驗在選取的凈水灰比0.42的基礎(chǔ)上，選擇3個凈水灰比進(jìn)行試驗，以確定合理的凈水灰比。表4為所選的3個凈水灰比及其對應(yīng)的混凝土的強度值。

表4 凈水灰比變化對再生輕骨料混凝土強度的影響

由表4可以看出，在以上的配比中，凈水灰比為0.42時，再生磚輕骨料的強度值最大，故確定凈水灰比為0.42。

2.2 體積砂率試驗

考慮到本試驗所用再生骨料的性能與普通輕骨料混凝土中所用骨料的性能差異，加之廢磚細(xì)骨料的級配不良，因此在按《規(guī)程》選取的體積砂率為50%的基礎(chǔ)上，以凈水灰比為0.42，選擇4個不同的體積砂率進(jìn)行試驗，以確定合理的體積砂率。表5為所選4個體積砂率及其對應(yīng)的混凝土的強度。

表5 體積砂率變化對再生輕骨料混凝土強度的影響

由表5可以看出，在以上配比的體系中，體積砂率為50%時，再生磚輕骨料混凝土的強度值最大，故確定體積砂率為50%。

2.3 全廢磚再生輕骨料混凝土配合比及其性能

固定凈水灰比0.42，體積砂率為50%，參照《規(guī)程》及再生骨料的吸水率，按以上LC30配合比設(shè)計的方法，同理得出了擬配制強度等級為LC35，LC40和LC45的混凝土的配合比，依次為表6中序號2，3，4（序號1為目標(biāo)強度等級為LC30的配合比）。由于是在固定水灰比及體積砂率的條件下，所以表6中4個配比的區(qū)別，實際為漿骨比的改變，目的在于考察由全廢磚配制的輕骨料混凝土的強度發(fā)展規(guī)律與普通的輕骨料混凝土的區(qū)別。

依據(jù)表6的配合比制作混凝土立方體試件，經(jīng)7 d和28 d養(yǎng)護(hù)后，測其抗壓強度，結(jié)果如表7和圖3所示。

表6 全廢磚再生輕骨料混凝土的配合比

表7 全廢磚再生輕骨料混凝土的性質(zhì)

圖3 全廢磚再生輕骨料混凝土強度發(fā)展規(guī)律

由表7和圖3可以看出，隨擬配制的混凝土強度等級的提高，即漿骨比的提高（水灰比及砂率一定時，漿骨比提高即是水泥實際用量的提高），所配制的混凝土強度隨之提高，但隨著擬配制的混凝土強度等級的提高，這種提高的趨勢下降。在所配制的4個強度等級中，序號2（水泥用量430 kg/m3）與LC30的強度值相近，將水泥用量提高到530 kg/m3也只能配制出LC30的混凝土，亦即，采用全廢磚骨料的本試驗的配比體系可配制LC30或以下等級的混凝土，但要配制更高強度等級的混凝土?xí)r，如不采取其他措施（如添加外加劑或摻合料）是有難度的，這些內(nèi)容有待后續(xù)進(jìn)一步試驗研究。這也與文獻(xiàn)［5］所述的全級配再生粘土磚集料混凝土強度等級適用于LC15～LC25的結(jié)果類似。

由表7還可以看出，隨著混凝土強度的不斷提高，再生輕骨料混凝土的干表觀密度也隨之增大，干表觀密度在1 672～1867 kg/m3變化，參照J(rèn)GJ-51-2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》可以看出，所配制的廢磚再生輕骨料混凝土的表觀密度符合《規(guī)程》中規(guī)定的1 400～1 900 kg/m3的要求。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

（1）本試驗所用廢磚粗細(xì)骨料均可視為輕骨料。其吸水率較大，且細(xì)骨料級配不良。

（2）本試驗配合比體系中，凈水灰比為0.42，體積砂率為50%時，再生磚輕骨料混凝土的強度值最大。

（3）在所試驗的強度等級范圍內(nèi)，再生磚輕骨料混凝土的強度發(fā)展規(guī)律與普通輕骨料混凝土類似，均有隨水泥用量提高而強度提高的趨勢，但隨著所配制的混凝土強度等級的提高，再生輕骨料混凝土強度的提高趨勢下降。不加任何外加劑和摻合料的情況下，以全廢磚骨料適合配制強度等級LC30及以下的再生磚輕骨料混凝土。再生磚輕骨料混凝土的表觀密度符合相關(guān)規(guī)程要求。

3.2 討論

（1）僅檢測了配合比設(shè)計中涉及的廢磚再生骨料的部分性能，但其他性能對混凝土的性能也是會產(chǎn)生影響的，特別是級配不良是可以人工調(diào)整的。

（2）凈水灰比和體積砂率僅適合于本配合比體系。

（3）僅試驗配制和研究了4個強度等級的混凝土，因此得出的結(jié)論僅限于所研究的范圍。

（4）結(jié)論僅限于未加任何外加劑和摻合料的情況，因此，外加劑和摻合料的品種和用量，對全廢磚再生輕骨料混凝土性能的研究值得后續(xù)繼續(xù)研究。

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會GBT17431.1-2010輕集料及其試驗方法第1部分[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會GBT17431.2-2010輕集料及其試驗方法第2部分[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[3]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T14684-2001建筑用砂[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

[4]中華人民共和國建設(shè)部.JGJ 51-2002輕集料混凝土技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[5]郭瑞亮.全級配再生粘土磚集料在混凝土和砂漿中的應(yīng)用研究[D].天津：天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，2009.

廢紙行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2014年12月1日開始實施

根據(jù)商務(wù)部公告2014年第23號，由中國再生資源回收利用協(xié)會負(fù)責(zé)起草的《廢紙分類等級規(guī)范》(SB/T 11058-2013)已經(jīng)商務(wù)部審核予以公布，并于2014年12月1日開始實施。這是國內(nèi)首個對廢紙分類和等級進(jìn)行詳細(xì)劃分的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

《廢紙分類等級規(guī)范》根據(jù)廢紙的來源和用途，將廢紙劃分為八類25個品級：廢紙箱、廢報紙、廢書刊雜志、廢牛皮紙、廢卡紙、廢銅版紙、廢頁子紙、特種廢紙，并按照廢紙質(zhì)量、不合格廢紙含量、禁物含量、水分含量的不同，對每一類廢紙進(jìn)行2～4個等級的劃分，依據(jù)目前市場實際交易習(xí)慣為基礎(chǔ)制定，同時高于交易標(biāo)準(zhǔn)，可操作性強。標(biāo)號制符合國際通用準(zhǔn)則，利于電子交易。

我國造紙行業(yè)的廢紙原料需求由國內(nèi)國外兩個市場共同支撐，而美國廢紙、歐洲廢紙、日本廢紙都有明確的分類和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，相比之下國內(nèi)廢紙分類不一，叫法各異，定價混亂，質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)千差萬別，不僅為交易雙方帶來過高的交易成本，同時也嚴(yán)重阻礙了廢紙在全國市場內(nèi)的流通，造成廢紙價格南北差異大，東西差異大，不能有效調(diào)節(jié)市場需求。同時由于廢紙分類定價體系沒有標(biāo)準(zhǔn)，造紙企業(yè)更愿選擇進(jìn)口廢紙作為原料，使國內(nèi)產(chǎn)生的大量廢紙沒有得到充分回收利用，影響了我國廢紙資源的回收利用效率和行業(yè)的健康發(fā)展。

新公布的《廢紙分類等級規(guī)范》將使廢紙加工和交易有標(biāo)準(zhǔn)可依，能有效解決目前行業(yè)存在的突出問題，適用于廢紙回收、分揀、加工、銷售、質(zhì)檢、循環(huán)利用各個環(huán)節(jié)，可用于指導(dǎo)回收、交易、質(zhì)檢、再利用，是提高廢紙回收利用效率、提升廢紙質(zhì)量、促進(jìn)行業(yè)規(guī)范發(fā)展的必要條件，也為下一步建立廢紙分揀打包行業(yè)準(zhǔn)入制度提供了產(chǎn)品規(guī)范。

《廢紙分類等級規(guī)范》由中國再生資源回收利用協(xié)會起草，山東世紀(jì)陽光紙業(yè)集團(tuán)有限公司、玖龍紙業(yè)有限公司、中國再生資源開發(fā)有限公司、天津物產(chǎn)化輕旭陽國際貿(mào)易有限公司、常熟百納再生資源有限公司、廣東新供銷天保再生資源發(fā)展有限公司等廢紙回收利用企業(yè)參與了起草工作。

Experimental research on lightweight aggregate concrete with all recycled waste brick aggregate

WANG Shuozhi，CHENG Haili，ZHOU Kun，SUN Dawei，WANG Lei，WEI Guozhi
（Department of Civil Engineering,Architecture Collage,North China University of Technology,Beijing 100144,China）

The recycled waste brick was processed into coarse and fine aggregate to make lightweight aggregate concrete.The test results showed that the waste brick aggregate belongs to the category of lightweight aggregate,but its water absorption was large,and fine aggregate gradation was not good.The results showed that the optimal water cement ratio and volume sand percentage were 0.42 and 50%,respectively.The strength development rule of waste brick lightweight aggregate concrete was similar to ordinary lightweight aggregate concrete,the strength was all increased with the cement content increase,but with the increase of strength grade of goal concrete,the increasing trend of recycled lightweight aggregate concrete was lower than norrmal lightweight aggregate concrete.It was suitable to make recycled lightweight aggregate concrete of less than or equal to LC30,when all the coarse aggregate and fine aggregate were recycled waste brick.

waste brick;recycle;lightweight aggregate concrete

X799.1；TU522.09

A

1674-0912（2014）11-0028-04

2014-09-02）

北京市大學(xué)生科學(xué)研究與創(chuàng)業(yè)行動計劃基金項目（PXM2014_014212_000067）

王碩智（1993-），男，北京人，大學(xué)本科，專業(yè)方向：土木工程。