建筑垃圾制備再生砂漿的試驗研究

曾 亮 符子安 康文文

(江西省建筑材料工業(yè)科學研究設計院，江西 南昌 330001)

1 引言

據(jù)統(tǒng)計，我國每年因拆除建筑產(chǎn)生的建筑垃圾在2 億t 以上［1］。2011年科技部將固體廢棄物本地化再生建材利用成套技術列入國家十二五科技支撐計劃，其中很多內容涉及到建筑垃圾的資源化利用問題［2］。在工程建設領域，由于水泥基材料用巨大，人類將面臨資源、環(huán)境的嚴峻挑戰(zhàn)。因此，發(fā)展綠色生態(tài)水泥混凝土材料是人類的二選擇。建筑砂漿廣泛應用于砌筑、抹面、修補、灌漿及粘貼飾面材料等工程中，是建筑工程中用量較大的建筑材料之一，發(fā)展綠色再生砂漿是發(fā)展綠色生態(tài)水泥混凝土材料的重要組成部分。

目前，用于配制建筑砂漿的主要原料砂的現(xiàn)狀不容樂觀。隨著我國基本建設的發(fā)展，建筑用砂量不斷增大，許多地區(qū)經(jīng)過幾十年的大量開采天然砂資源已接近枯竭，而對砂的無序和大量開采，破壞了自然景觀和生態(tài)環(huán)境，也影響了河堤安全。另一方面，我國在城市化建設過程中產(chǎn)生了大量建筑垃圾。建筑垃圾主要包括拆除舊建筑及建造新建筑時產(chǎn)生的廢磚、廢混凝土、廢砂漿和建筑渣土等經(jīng)分選、破碎、篩分加工后，一般可作為再生的骨料資源重新加以利用。將廢棄混凝土破碎篩分后制成再生骨料，不僅可以減少對自然砂石的開采，同時可以減輕廢棄混凝土對農(nóng)田的侵占和環(huán)境的污染［3］。目前，部分建筑垃圾經(jīng)破碎、篩分分級后，主要利用其中的粗骨料配制再生混凝土，而細骨料沒有得到很好的利用，建筑垃圾再生利用率很低［4］。將建筑垃圾破碎、篩分后得到的細骨料(稱為再生砂)部分或全部取代天然砂，用來生產(chǎn)稱為再生砂漿，對永久節(jié)省天然砂資源，減輕固體廢棄物對環(huán)境的污染，提高建筑砂漿的綠色化程度，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟具有非常積極的意義。

2 原材料與試驗方法

2.1 原材料

(1)水泥:江西亞東水泥有限公司生產(chǎn)的P.C32.5 級復合硅酸鹽水泥，28d 抗壓強度365MPa，抗折強度6.65MPa。

(2)粉煤灰:江西貴溪電廠Ⅱ類粉煤灰，細度為45μm 篩余5%。

(3)建筑垃圾再生砂:將南昌地區(qū)拆除的舊建筑產(chǎn)生的廢混凝土建筑垃圾經(jīng)破碎混合及篩分(去除5mm 以上的顆粒)等工藝制成建筑垃圾再生砂，其細度模數(shù)為2.5，屬于中砂顆粒級配1 區(qū)，級配合格;表觀密度為2500kg/m3，堆積密度為1450kg/m3。

(4)天然砂:建筑用砂，細度模數(shù)為2.6，中砂。

(5)復合外加劑:該試驗用外加劑由纖維素醚、可再分散乳膠粉、礦物微粉等多組分按一定比例經(jīng)特殊工藝復合而成的具有保水增稠的復合外加劑。

2.2 試驗方法

采用建筑垃圾再生砂分別取代天然砂作細骨料，并摻入水泥、粉煤灰、復合外加劑配制建筑工程中常用的M5.0、M7.5 級再生建筑砂漿，測定所配制砂漿的施工和易性(稠度、保水率、粘聚性)以及抗壓強度等有關性能，試驗方法按照建筑砂漿基本性能試驗方法標準(JGJ/70 -2009)進行。

2.3 試驗配合比

以M5.0 和M7.5 基準砂漿配合比為基礎，本試驗采用的灰砂比分別為(1:5 和1:4)，分別對再生細骨料以0%、30%、50%、70%和100%取代天然砂摻量，配制再生砂漿，控制稠度在70～90mm 范圍內，調整各自用水量并記錄各材料用量見表1 所示。

表1 再生砂漿配合比

3 試驗結果及分析

3.1 再生砂取代率對砂漿工作性影響

在試驗室條件下，按上述5 種配合比配制M5.0和M7.5 再生砂漿，通過控制其稠度觀察用水量變化，然后通過分層度試驗測定其保水性，試驗結果如表2 所示。再生砂不同取代率對砂漿用水量和保水率影響關系如圖1 和圖2 所示。

表2 再生砂取代率對砂漿工作性能的影響

圖1 再生砂取代率對砂漿用水量影響

從圖1 可看出，再生砂漿用水量隨著再生砂的摻量的增加而增加這是因為再生砂較天然砂孔隙率較大，比表面積較大，吸水性較強。因此隨著再生砂取代天然砂摻量越高，相應的用水量會越大。從圖2可知，砂漿保水率隨著再生砂摻量的增加而增加，這是由于在砂漿拌合后一部分水分被再生砂迅速吸收，同時再生砂的粗糙表面和較多的細粉料進一步提高了對水的吸附能力，使得砂漿表面泌水減少，提高了再生砂漿的保水能力。通過上述配合比試驗觀察發(fā)現(xiàn)，再生砂制備的砂漿粘聚性都良好，因此使用再生砂替代天然砂制備再生砂漿具有較好的工作性能。

圖2 再生砂取代率對砂漿保水率影響

3.2 再生砂取代率對砂漿強度影響

在試驗室條件下，按上述5 種配合比配制M5.0和M7.5 再生砂漿，測試砂漿7d 和28d 抗壓強度。試驗結果如表3 所示。再生砂不同取代率對砂漿7d和28d 強度影響關系如圖3 和圖4 所示。

由圖3 和圖4 中可見，廢混凝土再生砂制備再生砂漿的抗壓強度隨齡期的增長規(guī)律與普通砂漿相似。隨著再生砂的摻量在0 -100%范圍內增加，砂漿強度均呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢，摻量30%時達到最高。用建筑垃圾再生砂代替天然砂配制中低強度砂漿，在摻量30%以上強度會呈現(xiàn)小幅降低，但對其強度沒有顯著不利影響，28d 抗壓強度均可達到設計抗壓強度要求。這可能是因為建筑垃圾再生砂中含有一定量的細粉料，摻入到天然砂中，填充了砂之間的空隙，優(yōu)化了砂的級配，隨著再生砂摻量的增加，這種優(yōu)化作用越來越明顯，在摻量為30%左右

圖3 再生砂取代率對砂漿7d 抗壓強度影響

從試驗結果分析可知，再生砂備的砂漿28d 強度增長值較高于天然砂，這主要因為再生砂中有部分未水化的水泥顆粒，具有一定的活性，對砂漿后期強度有一定提升，廢混凝土再生混合砂砂漿后期強度增長較快，高于普通砂漿強度的增長率。

4 結論

(1)在保持砂漿流動性(稠度)基本一致的條件下，用建筑垃圾再生砂配制的砂漿需水量比普通建筑砂漿高，隨再生砂摻量的增加，砂漿用水量增大，但其保水性提高。

(2)用建筑垃圾再生砂代替天然砂配制中低強度砂漿，對其強度沒有顯著不利影響，摻量為30%左時達到了最優(yōu)級配，細顆粒的填充也使砂漿達到了最大密實狀態(tài)，因而強度最高。當摻量進一步提高，粗細顆粒的比例發(fā)生變化由骨架密實結構向懸浮密實結構變化，骨架作用被削弱，從而強度降低。右時可獲得良好的顆粒級配，強度提高;對于M5.0、M7.5 級砂漿，所有摻量均能滿足設計強度要求。

圖4 再生砂取代率對砂漿28d 抗壓強度影響

(3)建筑垃圾再生砂漿的后期強度增長率要高于普通砂漿強度增長率。

［1］陳樹建，翟愛良，季昌良等.混合再生骨料混凝土配制技術試驗研究［J］.水資源與水工程學報，2013，24(3):96 -101.

［2］李秋義，朱亞光，高篙.機械強化對再生骨料性能的影響［C］.第三屆全國再生混凝土學術交流會.

［3］劉數(shù)華，冷發(fā)光.再生混凝土技術［M］.北京:中國建材工業(yè)出版社，2007:24.

［4］劉俊華，張霞，劉鳳利等.建筑垃圾再生混合砂漿性能試驗研究［J］.混凝土，2014，24(3):131 -134.