建筑垃圾再生細(xì)骨料制加氣混凝土砌塊研究

黃 鑫，田 風(fēng)，倪柳芳，彭 蕾，王發(fā)楠，翁仁貴

（福建工程學(xué)院生態(tài)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，福建福州 350118）

建筑垃圾指建筑廢棄物及工業(yè)固體廢物，伴隨著拆遷、土地開發(fā)、地震等因素，建筑垃圾的產(chǎn)生不可避免[1]，每年增長(zhǎng)約為35億t的數(shù)量成為我國(guó)城市生活垃圾的重要構(gòu)成，占比可達(dá)到35%[2]。我國(guó)對(duì)建筑垃圾的處理方式依為掩埋或堆放[3]，未進(jìn)行任何處理，如此大量的建筑垃圾堆積可預(yù)見將對(duì)人們生活造成嚴(yán)重影響。

蒸壓加氣混凝土（AAC）是一種性能優(yōu)良的新型建筑材料，其主要原料多為無(wú)機(jī)材料，內(nèi)部有良好的多孔結(jié)構(gòu)，因此具有輕質(zhì)、保溫、隔音、抗收縮性、防火等優(yōu)點(diǎn)[4-7]。建筑廢棄物制備蒸壓加氣混凝土砌塊方面研究較少，傳統(tǒng)蒸壓加氣混凝土制備以粉煤灰為原料，建筑垃圾主要作為再生骨料應(yīng)用于再生混凝土，其含有大量的SiO2、Al2O3，結(jié)合甚至取替粉煤灰作為硅質(zhì)和鈣質(zhì)材料用于蒸壓加氣混凝土的制備。本研究采用建筑垃圾再生細(xì)骨料制備蒸壓加氣混凝土，為建筑垃圾資源化處置提供新的技術(shù)工藝，減少自然資源壓力同時(shí)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

建筑垃圾：取自福建省某改建、拆遷過(guò)程產(chǎn)生的廢棄混凝土；粉煤灰：取自福州市某電廠的脫硫粉煤灰；水泥：為P.O42.5普通硅酸鹽水泥；生石灰：有效氧化鈣為73.61%；石膏：其主要成分為CaSO4·2H2O；鋁粉：細(xì)度為1.8（0.080mm篩篩余），各原料的主要化學(xué)成分組成見表1，建筑垃圾經(jīng)破碎、球磨、篩分、物料烘干后備用。

表1 原料主要化學(xué)組分

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

本試驗(yàn)儀器主要有：電熱鼓風(fēng)干燥箱、磅秤、鋼板直尺、鋼制搗棒、材料試驗(yàn)機(jī)等。

1.3 蒸壓加氣混凝土砌塊制備

工藝流程包括：混料→攪拌→澆筑→脫?！o置→切割、蒸壓養(yǎng)護(hù)等過(guò)程。將建筑垃圾與輔料在不同配比下進(jìn)稱重混合，其中鋁粉利用恒溫磁力攪拌機(jī)攪拌制得均勻的鋁粉懸浮液。加入適量水?dāng)嚢?0min后將料漿倒入模具中澆筑成型。靜停稠化6h后脫模并放入蒸壓釜中進(jìn)行蒸壓養(yǎng)護(hù)，待自然冷卻后切割成標(biāo)準(zhǔn)試塊并養(yǎng)護(hù)得到蒸壓加氣混凝土試塊樣品。

1.4 性能分析

蒸壓加氣混凝土砌塊的性能依據(jù)《蒸壓加氣混凝土性能試驗(yàn)方法（GBT11969—2008）》與《蒸壓加氣混凝土砌塊（（GB 11968—2006））》測(cè)試蒸壓加氣混凝土砌塊干密度、抗壓強(qiáng)度。

1.4.1 干密度測(cè)試

本次試驗(yàn)采取機(jī)械刀具切割將整塊的混凝土砌塊切割成100mm×100mm×100mm的立方體小塊。將試塊放入60℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)保溫24h，溫度升至80℃保溫24h后，升至溫度105℃下烘至質(zhì)量恒定，即得到最終質(zhì)量M0。

1.4.2 抗壓強(qiáng)度測(cè)試

機(jī)械刀具切割混凝土砌塊成100mm×100mm×100mm的立方體試塊，一組3塊。檢查試塊外觀無(wú)缺陷后測(cè)量試件的尺寸，并計(jì)算試件的受壓面積。將試塊放在材料試驗(yàn)機(jī)的下壓板的中心位置，開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，以2.5kN/s的速度連續(xù)而均勻地加荷，直至試件破壞，記錄破壞荷載。

其中：f-試件的抗壓強(qiáng)度，MPa；p1-破壞荷載，N；A1-試件受壓面積，mm2。

2 結(jié)果與討論

2.1 蒸壓加氣混凝土砌塊輔料參數(shù)優(yōu)選

輔料的配比是蒸壓加氣混凝土砌塊成型及性能強(qiáng)度的關(guān)鍵，試驗(yàn)在固定建筑垃圾和粉煤灰的占比分別為40%和29%的條件下做了五組輔料配比的試驗(yàn)組，性能結(jié)果及各配比下的澆筑穩(wěn)定性可得，石膏的占比不宜高于5%，石膏占比過(guò)高會(huì)導(dǎo)致坯體的氣孔合并造成靜停稠化速度過(guò)慢，破環(huán)孔結(jié)構(gòu)甚至造成“塌模”。而石灰占比不宜低于10%，石灰是蒸壓加氣混凝土砌塊制備的關(guān)鍵鈣質(zhì)材料，其含量直接影響蒸壓加氣混凝土砌塊的強(qiáng)度，在堿性及消解條件下反應(yīng)生成的氫氣伴隨著稠化分布到坯體中，促進(jìn)坯體形成，而摻量過(guò)小，熱量和產(chǎn)氣量不足則會(huì)導(dǎo)致稠化速度慢，影響砌塊的干密度。結(jié)合砌塊性能及實(shí)際需要，優(yōu)選輔料石膏、水泥、石灰的占原料比為5%、10%、16%，三者配比為16:52:32。

表2 輔料配比

2.2 蒸壓加氣混凝土砌塊工藝參數(shù)優(yōu)選

蒸壓養(yǎng)護(hù)過(guò)程存在著溫度與濕度的交換，在交換時(shí)原料在一系列反應(yīng)中加速SiO2溶出，并在高溫高壓環(huán)境、堿性條件下形成托貝莫來(lái)石晶體使制品擁有更緊致的孔結(jié)構(gòu)，這決定蒸壓加氣混凝土砌塊的強(qiáng)度。

表3 不同蒸壓養(yǎng)護(hù)時(shí)間下砌塊性能試驗(yàn)

由圖1可得，通過(guò)控制蒸壓時(shí)間，可以看到干密度值呈下降趨勢(shì)，變化不明顯。砌塊的抗壓強(qiáng)度隨著蒸壓時(shí)間的加長(zhǎng)呈先增后減趨勢(shì)，并且在蒸壓時(shí)間為7h時(shí)達(dá)到最高，抗壓強(qiáng)度最大值為4.25MPa，此時(shí)間對(duì)應(yīng)干密度為623.6kg·m-3?？赡茈S著蒸壓時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)砌塊中水化產(chǎn)物的體積和結(jié)晶度產(chǎn)生影響，蒸壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)使水化的硅酸鈣及鋁酸鈣間距增大，阻礙了溶解產(chǎn)物的遷移與水化，使砌塊內(nèi)部變得松散，從而降低抗壓強(qiáng)度。坯體內(nèi)部的水分與蒸壓養(yǎng)護(hù)環(huán)境進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間交換，使坯體的水分散失導(dǎo)致干密度下降。綜合分析，確定蒸壓時(shí)間優(yōu)選為6h。

圖1 蒸壓養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)蒸壓加氣混凝土砌塊性能影響

2.3 建筑垃圾摻量對(duì)蒸壓加氣混凝土性能的影響

通過(guò)上述試驗(yàn)所得優(yōu)選工藝條件下進(jìn)行，由表4、圖2得隨著建筑垃圾摻量增大，蒸壓加氣混凝土砌塊干密度呈上升趨勢(shì)，當(dāng)建筑垃圾完全替代粉煤灰時(shí)，砌塊干密度達(dá)到641.8kg·m-3。干密度上升粉煤灰的占比有很大關(guān)系，粉煤灰中含有大量的SiO2、Al2O3，作為蒸壓加氣混凝土中主要的硅質(zhì)材料，促進(jìn)了原料拌合物的和易性，提高了發(fā)氣高度，隨著粉煤灰的減少，因此砌塊干密度上升。其次建筑垃圾主要是廢棄磚、混凝土等，在機(jī)械作用下依舊保留著水泥顆粒、黏土等，易吸收水分導(dǎo)致拌合物靜停稠化時(shí)間減短，引起發(fā)氣量的減少，對(duì)砌塊內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)造成影響，因此表現(xiàn)為干密度上升。

表4 建筑垃圾摻量對(duì)蒸壓加氣混凝土砌塊性能影響

圖2 建筑垃圾摻量對(duì)加氣混凝土砌塊干密度和抗壓強(qiáng)度的影響

隨著建筑垃圾摻量的增加，蒸壓加氣混凝土砌塊抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，分析可能原因?yàn)榻?jīng)處理后的建筑垃圾存在細(xì)小的碎石、水泥漿等，在建筑垃圾摻量較少時(shí)，其成分中大量的SiO2在高溫高壓強(qiáng)堿條件下反應(yīng)，改善于填充坯體孔結(jié)構(gòu)，從而提升了蒸壓加氣混凝土砌塊的強(qiáng)度。但隨著建筑垃圾摻入過(guò)量時(shí)，混料中膠凝物質(zhì)較少導(dǎo)致黏性較差，黏結(jié)界面易開裂，因此導(dǎo)致蒸壓加氣混凝土砌塊抗壓強(qiáng)度的下降。

3 結(jié)論

（1）綜上所述，在工藝條件：建筑垃圾、粉煤灰、石膏、水泥、石灰摻量分別為50%、19%、5%、10%、16%，蒸壓養(yǎng)護(hù)時(shí)間為6h條件下，制得蒸壓加氣混凝土砌塊111干密度為627.4kg·m-3，抗壓強(qiáng)度為5.67MPa，達(dá)到蒸壓加氣混凝土砌塊B06、A5.0級(jí)要求。

（2）利用建筑垃圾制備出性能蒸壓加氣混凝土砌塊，有效地將建筑垃圾的有害化處置方式轉(zhuǎn)化成無(wú)害化、資源化處理，節(jié)省自然資源，為建筑垃圾處置方式提供新的技術(shù)工藝，在環(huán)境和經(jīng)濟(jì)上都取得良好的效益。