建筑廢棄物再生原料發(fā)泡混凝土密實砌塊的性能研究

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實驗室，北京　100024）

建筑廢棄物再生原料發(fā)泡混凝土密實砌塊的性能研究

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實驗室，北京100024）

建筑廢棄物再生原料發(fā)泡混凝土密實保溫砌塊是以水泥為主要膠凝材料、建筑廢棄物再生原料為骨料、通過化學(xué)發(fā)泡工藝制成的一類實心發(fā)泡混凝土砌塊，采用干表觀密度為640～830 kg/m3的發(fā)泡混凝土生產(chǎn)。研究了廢混凝土再生原料、廢磚再生原料用量對B07、B08密度等級再生原料發(fā)泡混凝土物理力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，建筑廢棄物再生原料用量變化將引起再生原料發(fā)泡混凝土強度的顯著變化。以抗壓強度為基準(zhǔn)，提出了再生原料發(fā)泡混凝土砌塊的適宜配合比。

建筑廢棄物再生原料；再生原料發(fā)泡混凝土砌塊；發(fā)泡混凝土；抗壓強度

0　前言

建筑物拆除和新建建筑產(chǎn)生的建筑廢棄物中，組分非常復(fù)雜，組成變化較大，國內(nèi)在實施建筑廢棄物資源化再生利用時，通常采取選擇性回收技術(shù)。廢混凝土、廢磚和廢石等無機硬質(zhì)組成，通過加工可再生成為生產(chǎn)混凝土制品的主要原料，如再生粗骨料、混凝土（砂漿）用的再生細骨料、廢混凝土再生原料、廢磚再生原料，或者它們的混合物。研究表明，利用廢混凝土和廢磚再生原料制備發(fā)泡混凝土密實砌塊，在技術(shù)上是可行的，且具有顯著的社會經(jīng)濟效益。

建筑廢棄物再生原料發(fā)泡混凝土密實保溫砌塊（簡稱再生原料發(fā)泡混凝土砌塊）是以水泥為主要膠凝材料、建筑廢棄物再生原料作為骨料、通過化學(xué)發(fā)泡工藝制成的一類零孔洞率實心發(fā)泡混凝土砌塊，具有輕質(zhì)、保溫隔熱性能好、防火性能好、比強度高等特點。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，研制和推廣應(yīng)用將會大大推進我國建筑節(jié)能工作進程［1-2］。

本文主要研究B07（640～730kg/m3）和B08（740～830kg/m3）2個密度等級再生原料發(fā)泡混凝土砌塊，采用干表觀密度為640～830 kg/m3的再生原料發(fā)泡混凝土生產(chǎn)。探討廢混凝土及廢磚再生原料用量對再生原料發(fā)泡混凝土力學(xué)性能的影響，基于抗壓強度提出了再生原料發(fā)泡混凝土砌塊的適宜配合比。

1　原材料及試驗方法

1.1原材料

水泥，選用唐山冀東水泥廠產(chǎn)42.5R普通硅酸鹽水泥；細骨料，選用細度模數(shù)為1.74的天然粉細砂；建筑廢棄物再生原料，由廢混凝土、廢燒結(jié)磚破碎而成的廢混凝土和廢磚再生原料，最大粒徑5 mm（見圖1）；混合材，選用北京市石景山發(fā)電廠產(chǎn)Ⅲ級干排粉煤灰；改性劑：選用中國建筑材料科學(xué)研究總院研制，型號為AC014的早強劑、濃度為50%的液體硫酸鋁速凝劑和型號為WPF012的穩(wěn)泡劑；發(fā)泡劑，選用濃度為27.5%的雙氧水。

圖1　建筑廢棄物再生原料

1.2試樣制備

首先按照配合比計量原材料，然后將除發(fā)泡劑以外的原材料（水泥、粉細砂、建筑廢棄物再生原料、粉煤灰、早強劑、穩(wěn)泡劑和水）采用高速攪拌機制備成均勻漿體，攪拌機轉(zhuǎn)速不低于700 r/min，攪拌時間控制為180 s；然后在漿體中加入速凝劑，再攪拌60 s；最后加入發(fā)泡劑繼續(xù)攪拌至均勻，攪拌時間控制在10 s內(nèi)。將制備的發(fā)泡混凝土料漿迅速一次性澆注入模，待料漿發(fā)泡完畢后在試驗室環(huán)境條件下覆蓋養(yǎng)護2～24 h。試塊脫模前先切除面包頭，脫模后按要求養(yǎng)護至規(guī)定齡期。

1.3試樣養(yǎng)護

發(fā)泡混凝土試塊的養(yǎng)護采用自然養(yǎng)護方式，即將試塊置于封閉的養(yǎng)護箱內(nèi)［溫度（25±2）℃，濕度95%以上］，養(yǎng)護至28 d齡期，然后測試相關(guān)性能。

1.4性能測試

本研究主要測試再生原料發(fā)泡混凝土砌塊的干表觀密度和抗壓強度，根據(jù)JC/T 1062—2007《泡沫混凝土砌塊》進行測試。再生原料發(fā)泡混凝土砌塊的強度等級以規(guī)格尺寸為100 mm×100 mm×100 mm的試塊的立方體抗壓強度來表征，干表觀密度也以規(guī)格尺寸為100 mm×100 mm×100 mm的試塊試驗結(jié)果表示。

2　試驗結(jié)果與分析

2.1廢混凝土再生原料用量對發(fā)泡混凝土性能的影響

B07級再生原料發(fā)泡混凝土的性能控制目標(biāo)為：干表觀密度640～730 kg/m3，強度等級達到A3.5級（抗壓強度平均值≥3.5MPa，單塊最小值≥2.8MPa）。B08級再生原料發(fā)泡混凝土的性能控制目標(biāo)為：干表觀密度740～830 kg/m3，強度等級達到A5.0級（抗壓強度平均值≥5.0MPa，單塊最小值≥4.0 MPa）。

B07、B08級再生原料發(fā)泡混凝土配合比中，固定水泥用量，用粉細砂逐漸替代廢混凝土再生原料，設(shè)計0、10%、20% 和30%4個用量，再生原料發(fā)泡混凝土配合比及性能測試結(jié)果見表1。

表1　粉細砂替代廢混凝土再生原料制備發(fā)泡混凝土的配合比及性能測試結(jié)果

從表1可以看出，隨著粉細砂摻量逐漸增加，再生原料發(fā)泡混凝土的抗壓強度略有提高，但強度等級均達不到A3.5級和A5.0級的要求。

因此，本研究考慮用粉煤灰部分代替廢混凝土再生原料，固定水泥用量，粉煤灰設(shè)計0、5%、10%、15%、20%和25%等6個用量，再生原料發(fā)泡混凝土配合比及性能測試結(jié)果見表2。

從表2可以看出，對于B07級再生原料發(fā)泡混凝土，當(dāng)固定水泥用量，粉煤灰用量由0增至5%、10%、15%、20%和25%時，發(fā)泡混凝土抗壓強度分別提高-1.8%、19.3%、37.6%、55.5% 和63.8%；對于B08級再生原料發(fā)泡混凝土，當(dāng)水泥用量固定、粉煤灰用量由0增至5%、10%、15%、20%和25%時，發(fā)泡混凝土抗壓強度分別提高8.1%、24.4%、43.7%、55.9%和72.3%。

當(dāng)粉煤灰用量達到25%時，B07級再生原料發(fā)泡混凝土干表觀密度為694 kg/m3，28 d抗壓強度達到3.57 MPa，強度等級達到A3.5級；B08級再生原料發(fā)泡混凝土干表觀密度為794 kg/m3，28d抗壓強度達到4.65MPa，強度等級基本達到A5.0級。

表2　粉煤灰替代廢混凝土再生原料制備發(fā)泡混凝土的配合比及性能測試結(jié)果

用粉煤灰替代廢混凝土再生原料可以大幅度提高再生原料發(fā)泡混凝土的抗壓強度，這歸因于粉煤灰的“火山灰反應(yīng)”［3］，即粉煤灰在常溫下能與Ca（OH）2反應(yīng)，生成類似于水泥水化產(chǎn)物的C-S-H凝膠，具有膠凝能力并產(chǎn)生一定的強度，可發(fā)揮膠凝材料作用。當(dāng)粉煤灰與水泥混合后，粉煤灰中的活性SiO2和Al2O3與水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2發(fā)生二次水化反應(yīng)。因此，在水泥用量固定的前提下，用具有膠凝作用的粉煤灰替代惰性的廢混凝土再生原料，使得再生原料發(fā)泡混凝土抗壓強度逐漸提高。

2.2廢磚再生原料用量對發(fā)泡混凝土性能的影響

用粉細砂逐漸替代廢磚再生原料，再生原料發(fā)泡混凝土配合比及性能測試結(jié)果見表3。由表3可以發(fā)現(xiàn)，隨著粉細砂摻量逐漸增加，再生原料發(fā)泡混凝土抗壓強度略有提高，但強度等級均達不到A3.5級和A5.0級的目標(biāo)。

表3　粉細砂替代廢磚再生原料制備發(fā)泡混凝土的配合比及性能測試結(jié)果

同樣，考慮用粉煤灰代替廢磚再生原料，固定水泥用量，粉煤灰設(shè)計0、5%、10%、15%、20%和25%等6個用量，再生原料發(fā)泡混凝土配合比及性能測試結(jié)果見表4。

從表4可以看出，當(dāng)水泥用量固定，再生原料發(fā)泡混凝土抗壓強度隨廢磚再生原料用量減少而明顯提高，與廢混凝土再生原料發(fā)泡混凝土規(guī)律一致。

對于B07級再生原料發(fā)泡混凝土，當(dāng)水泥用量為33.5%、粉煤灰用量為20%和廢磚再生原料用量為45%時，發(fā)泡混凝土干表觀密度為707 kg/m3，28 d抗壓強度達到3.90 MPa；對于B08級再生原料發(fā)泡混凝土，當(dāng)水泥用量為28.5%、粉煤灰用量為25%和廢混凝土再生原料用量為45%時，發(fā)泡混凝土干表觀密度為815 kg/m3，28 d抗壓強度達到4.96 MPa，可以達到B07級和B08級再生原料發(fā)泡混凝土的標(biāo)準(zhǔn)要求。

比較表2和表4可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)建筑廢棄物再生原料用量相同時，與廢混凝土再生原料發(fā)泡混凝土相比，廢磚再生原料發(fā)泡混凝土抗壓強度略高。這是因為，廢磚再生原料堆積密度小，成型時料漿體積大，雙氧水用量少，從而發(fā)泡混凝土內(nèi)形成的氣孔數(shù)量少，因此，廢磚再生原料發(fā)泡混凝土抗壓強度相對較高。

表4　粉煤灰替代廢混凝土再生原料制備發(fā)泡混凝土的配合比及性能測試結(jié)果

2.3建筑廢棄物再生原料發(fā)泡混凝土砌塊推薦配合比

基于上述試驗研究結(jié)果，以抗壓強度為基準(zhǔn)，密度等級為B07和B08級的再生原料發(fā)泡混凝土砌塊推薦配合比見表5。利用推薦配合比制備的再生原料發(fā)泡混凝土砌塊主要技術(shù)性能指標(biāo)見表6。

表5　建筑廢棄物再生原料發(fā)泡混凝土砌塊推薦配合比 %

表6　建筑廢棄物再生原料發(fā)泡混凝土的主要技術(shù)指標(biāo)

3　結(jié)論

（1）當(dāng)密度等級和原材料體系中水泥用量相同時，用天然粉細砂逐漸替代廢混凝土或廢磚再生原料，可使再生原料發(fā)泡混凝土抗壓強度略有提高，但均達不到JC/T 1062—2007規(guī)定的A3.5和A5.0強度等級要求。

（2）當(dāng)密度等級和原材料體系中水泥用量相同時，用粉煤灰替代惰性的廢混凝土或廢磚再生原料，使得再生原料發(fā)泡混凝土抗壓強度逐漸提高。對于B07級再生原料發(fā)泡混凝土，建筑廢棄物再生原料摻量40%，粉煤灰摻量達到25%時，發(fā)泡混凝土強度等級可達到A3.5級；對于B08級再生原料發(fā)泡混凝土，建筑廢棄物再生原料摻量45%，粉煤灰摻量達到25%時，發(fā)泡混凝土強度等級可達到A5.0級，其它各項性能均符合JC/T 1062—2007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［C］//中國硅酸鹽學(xué)會.房建材料與綠色建筑，北京，2009：528-535.

［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］劉巽伯，沈旦申，陳以理，等.上海市粉煤灰應(yīng)用技術(shù)手冊［M］.上海：同濟大學(xué)出版社，1995.

Study on the performance of construction waste recycled materials dense foam concrete blocks

ZHANG Leilei1，2，WU Chunli1，2，WANG Aijun1，LIAO Liping1，WANG Wuxiang1，2
（1.China Building Materials Academy，Beijing 100024，China；2.State Key Laboratory of Green Building Materials，Beijing 100024，China）

The construction waste recycled materials dense foam insulation concrete blocks is a kind of solid foam concrete block prepared by chemical foaming process taking cement as the main cementitious material，and construction waste recycled materials as aggregate.The dry apparent density of the used foam concrete is 640～830 kg/m3.The influence of the waste concrete recycled raw materials and the amount of waste brick recycled raw material on the physical and mechanical properties of B07，B08 density rating recycled materials foam concrete was studied.The results showed that the change of construction waste recycled materials amount will cause significant change in strength of recycled materials foam concrete.With reference to the compressive strength，this paper put forward the suitable mix of recycled materials foam concrete block.

construction waste recycled materials，recycled materials foam concrete blocks，foam concrete，compressive strength

TU522.3

A

1001-702X（2015）11-0065-04

國家科技支撐計劃項目（2014BAL03B01）

2015-09-07

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