建筑廢棄物再生原料生產(chǎn)發(fā)泡混凝土砌塊的技術(shù)研究①

□□ 張磊蕾，吳春麗，王愛軍，廖禮平，王武祥

(1.中國建筑材料科學(xué)研究總院，北京 100024；2.綠色建筑材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100024)

試驗(yàn)研究

建筑廢棄物再生原料生產(chǎn)發(fā)泡混凝土砌塊的技術(shù)研究①

□□ 張磊蕾1,2，吳春麗1,2，王愛軍1，廖禮平1，王武祥1,2

(1.中國建筑材料科學(xué)研究總院，北京 100024；2.綠色建筑材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100024)

利用建筑廢棄物中的廢混凝土和廢磚等主要無機(jī)硬質(zhì)組分，通過資源化再生加工成廢混凝土再生原料、廢磚再生原料，以此為原料生產(chǎn)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)泡混凝土砌塊。從發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的角度而言，具有顯著的社會效益和環(huán)境效益。介紹了利用建筑廢棄物再生原料生產(chǎn)發(fā)泡混凝土砌塊的產(chǎn)品性能及其生產(chǎn)技術(shù)。研究表明，建筑廢棄物再生原料利用率可達(dá)40%以上，且生產(chǎn)的B07級、B08級再生原料發(fā)泡混凝土砌塊強(qiáng)度等級可分別達(dá)到JC/T 1062—2007《泡沫混凝土砌塊》規(guī)定的A3.5級、A5.0級，其他性能均能滿足該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

建筑廢棄物；再生原料；發(fā)泡混凝土砌塊

引言

作為節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化結(jié)構(gòu)體系的主要墻體砌筑材料，近年來自保溫混凝土砌塊發(fā)展很快[1]，研制和推廣應(yīng)用自保溫砌塊將會大大推進(jìn)我國建筑節(jié)能工作的進(jìn)程，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。水泥基發(fā)泡混凝土保溫砌塊是以水泥為主要膠凝材料，通過化學(xué)發(fā)泡工藝制成的保溫型墻體砌筑材料，具有輕質(zhì)、保溫隔熱性能好、比強(qiáng)度高等特點(diǎn)，同時(shí)還具有防火性能好、可大量利用固體廢棄物等優(yōu)點(diǎn)。因此，是一種具有良好推廣應(yīng)用前景的節(jié)能型墻體砌筑材料，應(yīng)大力開發(fā)和推廣應(yīng)用[2]。

建筑物拆除和新建建筑產(chǎn)生的建筑廢棄物，其組分非常復(fù)雜，組成變化較大，國內(nèi)在實(shí)施建筑廢棄物資源化再生利用時(shí)，通常采取選擇性回收技術(shù)。廢混凝土、廢磚等無機(jī)硬質(zhì)組分，通過加工可再生成為生產(chǎn)發(fā)泡混凝土砌塊的主要原料。試驗(yàn)研究表明，利用建筑廢棄物再生原料生產(chǎn)發(fā)泡混凝土砌塊，通過配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)和添加活性混合材，可有效控制發(fā)泡混凝土質(zhì)量的穩(wěn)定性，在技術(shù)上是可行的。本文主要介紹利用建筑廢棄物再生原料生產(chǎn)的發(fā)泡混凝土砌塊的性能及生產(chǎn)技術(shù)。

1 生產(chǎn)用原材料

1.1 建筑廢棄物再生原料

在建筑工地或建筑垃圾處理過程中產(chǎn)生的粒徑<5 mm的微小粉末被稱作粉狀建筑廢棄物微粉[3]。在建筑垃圾的清運(yùn)和堆放以及對磚石和混凝土塊的破碎等過程中產(chǎn)生的粉狀建筑廢棄物，形成的粉塵和灰砂等會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，對其進(jìn)行改性和綜合利用具有現(xiàn)實(shí)意義。研究表明，當(dāng)建筑廢棄物再生原料粒徑>5 mm時(shí)，若用于生產(chǎn)發(fā)泡混凝土砌塊，發(fā)泡高度達(dá)60 cm時(shí)，再生原料易下沉，分布不均。因此，本研究所用再生原料分別由廢混凝土和廢磚使用顎式破碎機(jī)破碎而成，最大粒度控制在5 mm以內(nèi)。

1.2 水泥

硅酸鹽系列水泥來源廣泛，而且質(zhì)量穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、耐久性好，因而被發(fā)泡混凝土砌塊行業(yè)廣泛使用。本研究選用唐山冀東水泥股份有限公司生產(chǎn)的P·O 42.5R普通硅酸鹽水泥，作為生產(chǎn)發(fā)泡混凝土砌塊的主要膠凝材料。

1.3 活性混合材

外摻料品種通常有粉煤灰、硅灰、磨細(xì)礦渣、短切纖維、重鈣、高嶺土等。粉煤灰、硅灰、磨細(xì)礦渣等活性摻合料均具有較高的活性，有助于提高發(fā)泡混凝土的物理力學(xué)性能，改善其耐久性。我國對粉煤灰的綜合利用給予了高度重視，并制定了優(yōu)惠政策，因此，在生產(chǎn)發(fā)泡混凝土?xí)r摻加粉煤灰，可顯著降低成本。此外，粉煤灰應(yīng)用于發(fā)泡混凝土中可以在物理、化學(xué)兩方面對發(fā)泡混凝土性能進(jìn)行改善。粉煤灰的物理作用是指粉煤灰的微集料效應(yīng)及形態(tài)效應(yīng)，即將粉煤灰摻入到發(fā)泡混凝土中可以增強(qiáng)漿體的流動性，同時(shí)還可以增加發(fā)泡混凝土的密實(shí)性，改善發(fā)泡混凝土的性能。而粉煤灰的化學(xué)作用是指粉煤灰的火山灰效應(yīng)，即粉煤灰加入到發(fā)泡混凝土中后，可以把對發(fā)泡混凝土不利的Ca(OH)2轉(zhuǎn)變?yōu)閷Πl(fā)泡混凝土有利的C-S-H組分[3]。粉煤灰在我國量大面廣，對水泥基制品后期強(qiáng)度的增長貢獻(xiàn)率大，故現(xiàn)階段采用的外摻料主要是粉煤灰。

本研究選用的粉煤灰為北京石景山發(fā)電廠的Ⅲ級干排粉煤灰。

1.4 改性劑

發(fā)泡混凝土中含有大量封閉的氣泡，在賦予其良好的物理力學(xué)性能和熱工性能的同時(shí)，也給生產(chǎn)和使用帶來了困難，某些缺陷甚至?xí)绊懫鋺?yīng)用。因此，必須采取一定的措施，來提高漿體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，加速結(jié)構(gòu)的形成過程和強(qiáng)度發(fā)展，降低硬化體的吸水性和收縮性，這些需要通過摻加改性劑來實(shí)現(xiàn)。改善發(fā)泡混凝土性能所采用的改性劑主要有：早強(qiáng)劑、速凝劑、防水穩(wěn)泡劑、纖維等。

本研究選用的早強(qiáng)劑由中國建筑材料科學(xué)研究總院研制，型號為AC014；防水穩(wěn)泡劑由中國建筑材料科學(xué)研究總院研制，型號為WPF012的褐色液體；速凝劑為濃度為50%的無鐵硫酸鋁溶液；減水劑為高效聚羧酸減水劑，白色粉末，型號為101A；纖維為北京中紡纖建科技有限公司生產(chǎn)的長度5 mm的PP纖維或河北宏科偉利海泡石廠生產(chǎn)的水鎂石纖維。

1.5 發(fā)泡劑

發(fā)泡劑一般采用過氧化氫(H2O2)，其水溶液俗稱雙氧水，在常溫下可以發(fā)生分解反應(yīng)生成氧氣和水(緩慢分解)，加熱或者加入催化劑后能加快反應(yīng)速度。通過改變發(fā)泡劑的添加量，可制成不同漿體密度和干表觀密度的發(fā)泡混凝土，發(fā)泡混凝土的強(qiáng)度也將因發(fā)泡劑摻加量的不同而發(fā)生顯著變化。確

定最佳發(fā)泡劑摻量是制備高性能發(fā)泡混凝土的必要條件。

本研究選用的發(fā)泡劑為市售濃度為27.5%的雙氧水。

2 利用再生原料生產(chǎn)發(fā)泡混凝土砌塊

2.1 生產(chǎn)工藝流程

利用建筑廢棄物再生原料生產(chǎn)發(fā)泡混凝土砌塊的工藝流程為：發(fā)泡混凝土料漿制備→澆注入?！瘜W(xué)發(fā)泡→預(yù)養(yǎng)護(hù)→脫?！B(yǎng)護(hù)窯養(yǎng)護(hù)→切割→堆場養(yǎng)護(hù)→干燥→檢驗(yàn)→包裝→成品。

由于在澆注成型和制品加工部分存在兩種生產(chǎn)方式，因此發(fā)泡混凝土砌塊的生產(chǎn)工藝可分為模制成型和坯體切割成型兩種方式。即采用“一模一塊”或“大模切割”方式生產(chǎn)，通過控制關(guān)鍵工序和技術(shù)參數(shù)來保證產(chǎn)品質(zhì)量和成品率。圖1為利用建筑廢棄物再生原料生產(chǎn)的發(fā)泡混凝土砌塊。

圖1 利用建筑廢棄物再生原料生產(chǎn)的發(fā)泡混凝土砌塊

2.2 生產(chǎn)配合比

在大量試驗(yàn)室試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，確定采用廢混凝土、廢磚兩種有代表性的建筑廢棄物再生原料制備B07級(640～730 kg/m3)和B08級(740～830 kg/m3)兩個(gè)密度等級的發(fā)泡混凝土砌塊。發(fā)泡混凝土砌塊的生產(chǎn)配合比見表1。

表1 建筑廢棄物再生原料生產(chǎn)發(fā)泡混凝土砌塊配合比

3 再生原料發(fā)泡混凝土砌塊的性能

按表1的配合比，在生產(chǎn)線實(shí)際生產(chǎn)再生原料發(fā)泡混凝土砌塊，按隨機(jī)抽樣的規(guī)定，對再生原料發(fā)泡混凝土密實(shí)砌塊進(jìn)行性能檢驗(yàn)，主要測試項(xiàng)目包括再生原料發(fā)泡混凝土砌塊的干表觀密度、抗壓強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)、軟化系數(shù)、碳化系數(shù)、干燥收縮值和抗凍性。①干表觀密度、抗壓強(qiáng)度、抗凍性檢測：試件尺寸100 mm×100 mm×100 mm，依據(jù)JC/T 1062—2007《泡沫混凝土砌塊》的規(guī)定進(jìn)行。②軟化系數(shù)檢測：試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，按JGJ 51—2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定進(jìn)行。③干燥收縮值檢測：試件尺寸為40 mm×40 mm×160 mm，按JC/T 1062—2007《泡沫混凝土砌塊》的規(guī)定進(jìn)行。④導(dǎo)熱系數(shù)檢測：試件尺寸為300 mm×300 mm×30 mm，按GB 10294—2008《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定 防護(hù)熱板法》的規(guī)定進(jìn)行。砌塊性能測試結(jié)果見表2。

表2 再生原料發(fā)泡混凝土砌塊性能測試結(jié)果

用表1的4個(gè)配合比生產(chǎn)的再生原料發(fā)泡混凝土砌塊，再生原料利用率均達(dá)到40%以上，且B07級、B08級再生原料發(fā)泡混凝土砌塊強(qiáng)度等級可分別達(dá)到JC/T 1062—2007《泡沫混凝土砌塊》中規(guī)定的A3.5級、A5.0級，其導(dǎo)熱系數(shù)、抗凍性、收縮值、軟化系數(shù)和碳化系數(shù)，均能滿足JC/T 1062—2007《泡沫混凝土砌塊》的規(guī)定。

4 結(jié)論

4.1 利用建筑廢棄物中的廢混凝土和廢磚等主要無機(jī)硬質(zhì)組分，通過資源化再生加工成為廢混凝土再生原料、廢磚再生原料，可以生產(chǎn)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)泡混凝土砌塊。從發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的角度而言，具有顯著的社會效益和環(huán)境效益。

4.2 對于B07級和B08級再生原料發(fā)泡混凝土砌塊，建筑廢棄物再生原料利用率達(dá)40%或45%時(shí)，摻加25%的粉煤灰，發(fā)泡混凝土砌塊的強(qiáng)度等級可分別達(dá)到JC/T 1062—2007《泡沫混凝土砌塊》規(guī)定的A3.5級和A5.0級，其他性能均滿足該標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。

[1] 張磊蕾.我國自保溫混凝土砌塊的發(fā)展現(xiàn)狀及研究方向[A].房建材料與綠色建筑[C].北京:中國建材工業(yè)出版社，2009:528-535.

[2] 王武祥，張磊蕾，王愛軍，等.水泥基發(fā)泡混凝土保溫砌塊的性能與生產(chǎn)[J].建筑砌塊與砌塊建筑，2012(6):5-10.

[3] CJJ 134—2009，建筑垃圾處理技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

(編輯 盛晉生)

Technology of Producing Foamed Concrete Block with Recycled Materials from Construction Waste

ZHANG Lei-lei1，2，WU Chun-li1，2，WANG Ai-jun1，LIAO Li-ping1，WANG Wu-xiang1，2

(1.China Building Materials Academy，Beijing，100024，China；2.State Key Laboratory of Green Building Materials，Beijing，100024，China)

By recycling，the main component of construction waste，such as waste concrete and waste bricks can be processed into recycled materials，which can be used to produce foamed concrete blocks.This technology has significant social and environmental benefits from the perspective of recycling economy and sustainable development.This paper introduces the technology and the products.It shows that the utilization rate of recycled materials can reach more than 40%，and the strength of the produced B07，B08 foamed concrete blocks can reach A3.5，A5.0 regulated in the standard JC/T 1062-2007foamedconcreteblock，and other properties can also meet the requirements of the standard.

construction waste；recycled material；foamed concrete block

國家科技支撐計(jì)劃課題(2014BAL03B01)。

1009-9441(2015)05-0001-03

X 799.1；TU 522.3

A

張磊蕾(1986-)，女，山東濰坊人，碩士，主要從事新型墻體材料和保溫材料的研究。

2015-09-07