建筑固體廢棄物再生磚利用的材料配合比研究

龐登峰 李 暉 李 莉 覃伊寧 蘇樹年 郭軍華

（南寧市建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，廣西 南寧 530000）

建筑固體廢棄物再生磚利用的材料配合比研究

龐登峰 李 暉 李 莉 覃伊寧 蘇樹年 郭軍華

（南寧市建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，廣西 南寧 530000）

建筑固體廢棄物日益增多，更好地循環(huán)利用建筑固體廢棄物具有必要性和重要性。本次建筑固體廢棄物再生磚利用的材料配合比研究表明，在達(dá)到再生磚強(qiáng)度要求的前提下，綜合經(jīng)濟(jì)效益因素，確定最佳配合比為水泥∶水∶砂∶再生骨料；10∶6∶10.8∶50.7kg；1∶0.60∶1.08∶5.07；300∶180∶326∶1520kg/m3。加入2%添加劑可以在抗壓強(qiáng)度不變的情況下節(jié)省水泥用量，從而降低生產(chǎn)成本。

建筑固體廢棄物；再生磚利用；材料配合比

1 概述：建筑固體廢棄物再生制磚背景

1.1 建筑固體廢棄物的現(xiàn)狀

跟據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)建筑固體廢棄物的排放量占城市垃圾總量的35%～45%，我國(guó)年均產(chǎn)生的建筑固體廢棄物超過(guò)1 億噸，一部分用于回填，大多數(shù)直接運(yùn)往城郊或者鄉(xiāng)村，采用露天堆放或填埋處理，這樣不僅占用耕地、耗用大量的垃圾清運(yùn)及填埋等建設(shè)費(fèi)用，還對(duì)大氣和水域造成嚴(yán)重的污染，破壞自然生態(tài)環(huán)境[1]。

本研究主要對(duì)建筑固體廢棄物再生磚利用的材料配合比，添加劑的配合比，合理制作成本等各項(xiàng)技術(shù)研究。這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)產(chǎn)品“建筑固體廢棄物再生制磚”是粘土磚一種理想的替代材料，生產(chǎn)建筑固體廢棄物再生制磚可利用大量建筑垃圾及粉煤灰等廢料，凈化了環(huán)境、節(jié)約了能源、保護(hù)了土地資源，是一種具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的制品。

1.2 建筑固體廢棄物再生制磚研發(fā)必要性、緊迫性

循環(huán)利用建筑固體廢棄物，可以大大減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。建筑廢棄物再生技術(shù)已成為當(dāng)今社會(huì)關(guān)注的課題，也符合國(guó)家鼓勵(lì)和支持的政策。因此，建筑固體廢棄物再生制磚技術(shù)的研究應(yīng)運(yùn)而生，以求較大程度上解決建筑固體廢棄物的處理問(wèn)題，提高能耗資源的綜合利用率，實(shí)現(xiàn)建筑材料可持續(xù)發(fā)展十分必要。

以建筑固體廢棄物為主要生產(chǎn)原材料的再生磚生產(chǎn)企業(yè)，可以有效的利用大量的建筑固體廢棄物，快速形成產(chǎn)業(yè)化，規(guī)模化的綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)，替代泥土制磚。廣西作為中國(guó)輻射東盟各國(guó)的前沿，在北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)開發(fā)和城鎮(zhèn)化的背景下，需要大量的建筑砌磚作為城市化建設(shè)的原材料。而目前傳統(tǒng)的粘土磚因環(huán)境破壞、能耗大、資源浪費(fèi)嚴(yán)重終究要進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化淘汰，這一部分市場(chǎng)空缺，亟需大量綠色環(huán)保的建筑固體廢棄物砌塊盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

2 建筑固體廢棄物材料成分分析

建筑施工和舊建筑拆除過(guò)程中，產(chǎn)生的固體垃圾量巨大。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)施工和舊建筑拆除過(guò)程中建筑垃圾的組成成分與所占比例分析[2]，結(jié)果如下表1。

表1 施工和拆除過(guò)程中建筑垃圾組成比例（%）

通過(guò)表1可以看出，在舊磚混結(jié)構(gòu)建筑物中，瓦礫、磚塊約占80%，其余主要為碎玻璃、木料、渣土、石灰等，現(xiàn)階段拆除的舊建筑大多屬于磚混結(jié)構(gòu)的居民房；廢舊框架、剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑物中，廢混凝土塊約占50%～60%，其余多為磚塊、砌塊、塑料制品、金屬等。隨著建筑設(shè)計(jì)與新材料的使用，廢舊建筑拆除固體垃圾的組成成分也會(huì)發(fā)生變化，主要成分由廢磚塊、瓦礫向廢混凝土塊轉(zhuǎn)變。因此，建筑固廢中瓦礫、磚塊、混凝土塊所占的比例最大，是生產(chǎn)再生骨料的可靠來(lái)源，回收利用價(jià)值和可靠性比較高。

3 建筑固體廢棄物再生制磚材料配合比試驗(yàn)

再生制磚材料配合比是指再生磚中各組成材料之間的比例關(guān)系。設(shè)計(jì)再生制磚材料配合比的基本要求：第一、滿足再生磚的強(qiáng)度等級(jí)。 第二、滿足施工要求。第三、滿足上述條件下做到節(jié)約水泥和降低制磚成本。從表面上看，再生制磚材料配合比計(jì)算只是水泥、砂子、再生骨料、水這四種組成材料的用量。實(shí)質(zhì)上是根據(jù)組成材料的情況，確定滿足上述三項(xiàng)基本要求的三大參數(shù)：水灰比、單位用水量和砂率，為降低生產(chǎn)成本，本試驗(yàn)還增加外加劑試驗(yàn)。

在本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，再生制磚材料配合比通常用每立方米再生磚中各種材料的質(zhì)量來(lái)表示，或以各種材料用料量的比例表示（水泥的質(zhì)量為1）。再生制磚材料配合比試驗(yàn)執(zhí)行JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》[3]。

3.1 原材料的選擇

水泥：選用海螺牌P042.5；

石：建筑垃圾固體廢料，主要包括磚渣、廢混凝土（粒徑范圍4.85～10.00mm），建筑垃圾取自南寧市建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院建筑垃圾堆場(chǎng)；

砂：中（河）；

水：配料用水為自來(lái)水；

助劑：為南寧市建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院自主研發(fā)配制。

3.2 再生制磚材料配合比參數(shù)確定

（1）再生磚配制強(qiáng)度的確定

混凝土配制強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算：

其中：σ——混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（N/mm2）。取σ=5.00（N/mm2）；

f cu，0——混凝土配制強(qiáng)度（N/mm2）；

f cu，k——混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2），取f cu，k=23（N/mm2）；

經(jīng)過(guò)計(jì)算得：f cu，0=23+1.645×5.00=30.23（N/mm2）。（2）水灰比計(jì)算

再生磚水灰比按下式計(jì)算：

W/C=σa*fce/(f cu，0+σa*σb*fce)

其中：σa，σb——回歸系數(shù)，由于粗骨料為碎石，根據(jù)規(guī)程查表取σa=0.46，取σb＝0.07；

fce——水泥28d抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值，取48.00（N/mm2）；

經(jīng)過(guò)計(jì)算得：W/C=0.46×48.00/（30.23+0.46×0.07× 48.00）=0.69。

（3）用水量選擇

根據(jù)坍落度數(shù)值及所用再生骨料粒徑≤10mm，用水量mwo選用180kg。

（4）水泥用量計(jì)算

M co=180/0.6=300kg。

（5）再生骨料、砂用量的計(jì)算

M go=Mcp-Mwo-M co-M so =1520kg

（6）配合比

根據(jù)以上計(jì)算得：水泥∶水∶砂∶再生骨料；每m3混凝土用料（Kg）300∶180∶326∶1520；重量配合比1∶ 0.60∶1.08∶5.07。

3.3 配合比的試配、調(diào)整與確定

（1）試用配合比1和2，分別進(jìn)行試拌

配合比1：水泥∶水∶砂∶再生骨料= 300∶180∶326∶1520=1∶0.60∶1.08∶5.07；試拌材料用量為：水泥∶水∶砂∶再生骨料=10∶6∶10.8∶50.7kg；拌和后，60min坍落度保留值50mm，抗壓強(qiáng)度28d,23.3Mpa,達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

配合比2：水泥∶水∶砂∶再生骨料= 350∶180∶326∶1520=1∶0.50∶0.93∶4.34；試拌材料用量為：水泥∶水∶砂∶再生骨料=10∶5∶9.3∶43.4kg；拌和后，坍落度僅35mm,達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，故保持水灰比不變，增加水泥用量500g，增加拌和用水220g，再拌和后，坍落度達(dá)到65mm，符合設(shè)計(jì)要求。此時(shí)，實(shí)際各材料用量為：水泥∶水∶砂∶再生骨料= 10.5∶5.4∶9.3∶43.4kg。

（2）強(qiáng)度檢測(cè)

依據(jù)GB/T15229-2011《輕集料混凝土小型空心砌塊》、GB/T4111-1997《混凝土小型空心砌塊試驗(yàn)方法》進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)；第1、2組配合比強(qiáng)度均達(dá)到試配強(qiáng)度要求，綜合經(jīng)濟(jì)效益因素、生產(chǎn)成本，確定配合比為第1組，即：水泥∶水∶砂∶再生骨料；10∶6∶10.8∶50.7kg；1∶0.60∶1.08∶5.07；300∶180∶326∶1520kg/m3。

3.4 外加劑試驗(yàn)與結(jié)果

在以上配合比試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為了尋求最佳配合比配方，降低生產(chǎn)成本，我們進(jìn)行了多次試驗(yàn)，現(xiàn)將其中較有代表性的4次列表見(jiàn)表2：

表2 配合比試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表2所列數(shù)據(jù)，從1#與2#對(duì)比可知，水泥放得越多，砌塊強(qiáng)度越高。從2#與3#對(duì)比可知，加入添加劑可減少水泥用量而強(qiáng)度基本不變（還可提高早期強(qiáng)度），從3#與4#對(duì)比當(dāng)小概率事件的概率P取5%時(shí)，取地震等級(jí)最高的9次，即當(dāng)?shù)卣鸬燃?jí)為6.3級(jí)及以上的時(shí)候就認(rèn)為是小概率事件。因此在分配風(fēng)險(xiǎn)責(zé)任的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)以此作為一個(gè)參考，分配合同雙方的責(zé)任。

當(dāng)?shù)卣鸺?jí)別小于6.3級(jí)時(shí)，說(shuō)明是大概率事件，是施工方所能合理預(yù)測(cè)到的。地震發(fā)生之前，施工方應(yīng)該做好相應(yīng)的防范措施，合理的安排施工進(jìn)度，應(yīng)對(duì)地震帶來(lái)的成本和時(shí)間損失，地震帶來(lái)的成本和時(shí)間損失也應(yīng)該有施工方全部承擔(dān)。

當(dāng)?shù)卣鸺?jí)別大于等于6.3級(jí)時(shí)，說(shuō)明是小概率事件，是施工方所不能合理預(yù)測(cè)到的。地震發(fā)生之前，施工方做了相應(yīng)的防范措施，但地震級(jí)別較大，超出了預(yù)測(cè)，帶來(lái)的成本和時(shí)間損失應(yīng)該由業(yè)主負(fù)責(zé)。

根據(jù)這一風(fēng)險(xiǎn)分配原則，當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害發(fā)生以后，首先確定地震的等級(jí)，然后再根據(jù)上述分析來(lái)確定業(yè)主和承包商的地震風(fēng)險(xiǎn)責(zé)任分配。

7 結(jié)論

在整個(gè)建設(shè)過(guò)程中，施工合同對(duì)當(dāng)事雙方的權(quán)利和義務(wù)進(jìn)行詳盡說(shuō)明，規(guī)定了雙方的責(zé)任，保障了工程順利開展。施工合同中關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)責(zé)任的明確描述，是合同雙方進(jìn)行各自工作的參考，也讓合同雙方積極主動(dòng)地去應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)，做好風(fēng)險(xiǎn)防范準(zhǔn)備，盡量降低風(fēng)險(xiǎn)帶來(lái)的損失。當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生以后，也能夠依據(jù)合同來(lái)劃分風(fēng)險(xiǎn)責(zé)任，避免工程糾紛。

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Construction of solid waste material with the use of recycled brick Ratio

Building solid waste is increasing, a better circulation has the necessity and importance of building solid waste utilization. With this construction solid waste recycled brick with material than research shows that, in the premise to achieve requirements of strength of recycled brick, factors of comprehensive economic benefit, determine the best mix cement∶water∶Sand∶recycled aggregate; 10∶6∶10.8∶50.7kg; 1∶0.60∶1.08∶5.07; 300∶180∶326∶1520kg/m3. Save the amount of cement adding 2% additives can be constant in the compressive strength of the case, thus reducing the production cost.

Building solid waste; the use of recycled brick; material mixing ratio

TU5;X799

A

1008-1151(2015)01-0054-02

2014-12-11

龐登峰，供職于南寧市建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院。