利用建筑垃圾制備預(yù)拌抹灰砂漿及其性能研究

李亞林 王玉婷

（四川聚力建材科技有限公司，四川 成都 611100）

1 引言

由于混凝土具有施工方便、高強(qiáng)耐久、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在工程中得到了廣泛應(yīng)用。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的加快、城鎮(zhèn)化率不斷提高，產(chǎn)生了大量的建筑垃圾。有關(guān)部門預(yù)測，到2020年，建筑垃圾產(chǎn)量將突破40億噸。其中，廢棄混凝土所占比重最大，約為2/3。我國現(xiàn)階段對建筑垃圾采取的處理方式主要是填埋、將其用作路基或直接堆放在建筑垃圾堆場，這與國家倡導(dǎo)的綠色發(fā)展理念相違背。抹灰砂漿在現(xiàn)代建筑工程中應(yīng)用非常廣泛，主要用于建筑物表面找平、外墻裝飾等。天然骨料作為砂漿的重要組成部分，大量地開采，對環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞，因此，研究建筑垃圾的回收利用，減少資源消耗，消除建筑垃圾對環(huán)境的污染具有重要意義。

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)原材料

P·O 42.5R散裝水泥、細(xì)度模數(shù)分別為2.5和1.5的機(jī)制中砂和天然細(xì)砂、增塑劑、減水劑、將廢棄混凝土破碎篩分得到的再生砂。再生砂的具體篩余見表1。

表1 再生砂的篩余結(jié)果

2.2 試驗(yàn)內(nèi)容

在本次試驗(yàn)中，研究的是再生砂替代機(jī)制中砂和天然細(xì)砂及高效減水劑對再生砂高替代率下的影響，以及水灰比對抹灰砂漿工作性能和力學(xué)性能的影響。試驗(yàn)配合比見表2。

表2 試驗(yàn)配合比

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 中砂替代對抹灰砂漿性能的影響

從圖1可見，再生砂的替代對砂漿稠度的影響比較明顯，隨著再生中砂替代率的不斷提高，稠度不斷減小，從0～100%稠度下降了20mm。對抹灰砂漿而言，再生中砂替代率在70%以上時，稠度已經(jīng)偏低，將影響實(shí)際施工。由于再生砂中廢棄混凝土的水化產(chǎn)物以及混凝土破碎后的再生中砂相對機(jī)制中砂具有表觀密度小、表面粗糙、孔隙多、吸水性強(qiáng)等特點(diǎn)，使砂漿中的一部分水分被再生中砂吸收，參與提供砂漿稠度的水分子減少，從而降低砂漿的稠度，且再生中砂替代率越高，稠度降低也越多，與試驗(yàn)結(jié)果相一致。再生中砂替代機(jī)制中砂的試驗(yàn)結(jié)果匯總見表3。

圖1 不同中砂替代率下砂漿的稠度

表3 再生中砂替代機(jī)制中砂的試驗(yàn)結(jié)果

由圖2可知，再生中砂替代率的不斷提高，將使抹灰砂漿的容重呈上升趨勢。由于再生中砂大量吸收水分后，砂漿中的自由水含量下降，而水的密度低于再生機(jī)砂的密度，因此，對同一立方米的砂漿而言，摻入再生中砂的砂漿中砂的含量相對更高，容重也隨之增加。不同中砂替代率下砂漿的容重如圖2所示。

圖2 不同中砂替代率下砂漿的容重

對抹灰砂漿而言，拉伸粘結(jié)強(qiáng)度是一個非常重要的指標(biāo)，它直接影響抹灰砂漿的質(zhì)量。從圖3可見，14d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度隨著再生中砂替代率不斷提高而呈降低趨勢，替代率從0～100%，14d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度下降了19%，但仍能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)拌砂漿》的要求，只是再生中砂對機(jī)砂的替代會導(dǎo)致拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的降低。分析原因，再生中砂中的細(xì)粉對增塑劑有一定的吸附作用，增塑劑可使水化水泥顆粒間形成保水薄膜，使水化反應(yīng)得以持續(xù)。增塑劑吸附再生中砂后，削弱了砂漿內(nèi)部后期的水化反應(yīng)，砂漿與基底之間的粘結(jié)強(qiáng)度降低。

圖3 不同中砂替代率下砂漿的14d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度

從圖4可見，再生中砂替代率下砂漿的28d抗壓強(qiáng)度，隨著中砂替代率的提高呈現(xiàn)上升趨勢，當(dāng)中砂完全被再生中砂替代時，砂漿的28d抗壓強(qiáng)度上升了7.3%。這是因?yàn)樵偕猩霸谏皾{的拌和過程中吸水，然后在后期的反應(yīng)中不斷釋放出水分，就是砂漿的水化反應(yīng)可以持續(xù)進(jìn)行。同時，砂漿中的再生中砂表面粗糙、比表面積更大，對氫氧化鈣有吸附作用，使其成核和結(jié)晶受到阻礙，因而降低了氫氧化鈣在界面區(qū)域的富集，從而使砂漿的結(jié)構(gòu)更加緊密，這與前面的容重結(jié)果相一致。由于將機(jī)制砂全部替代時，總的機(jī)砂替代率僅為22%，替代率較低，由此可以看出，再生中砂少量替代機(jī)砂對砂漿強(qiáng)度的影響不大，而且還有一定的促進(jìn)作用。因此，用再生中砂替代少量的機(jī)砂具有實(shí)際的可行性。再生中砂替代率下砂漿的28d抗壓強(qiáng)度如圖4所示。

圖4 不同中砂替代率下砂漿的28d抗壓強(qiáng)度

3.2 再生細(xì)砂替代對抹灰砂漿性能的影響

在配比中，細(xì)砂的質(zhì)量占比為78%左右，是砂的主要來源，為了盡可能地將廢棄混凝土作為可再生資源，利用再生細(xì)砂替代天然細(xì)砂具有重要意義。隨著替代率的增加，砂漿的工作性會變得很差，因此，通過摻加高效減水劑來改善再生砂的性能，并研究在再生砂高替代率下提高砂漿工作性能的方案，期望能在滿足工作性能和力學(xué)性能的同時，實(shí)現(xiàn)中砂和細(xì)砂的全替代，使廢棄混凝土細(xì)集料再生利用達(dá)到最大化。本組試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 再生細(xì)砂替代天然細(xì)砂的試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，用再生細(xì)砂替代天然細(xì)砂的替代率為30%時，砂漿的稠度急劇下降，僅為26mm，難以滿足現(xiàn)場施工要求。而在摻入2‰的高效減水劑后，砂漿稠度有了明顯改善，達(dá)到70mm，完全滿足現(xiàn)場施工要求。隨著后期再生細(xì)砂替代率的逐步提高，砂漿稠度呈下降趨勢，符合單一替代機(jī)制砂規(guī)律。當(dāng)完全用再生細(xì)砂替代天然細(xì)砂后，砂漿稠度下降到56mm，與未摻入高效減水劑的相比，稠度仍有很大提高，因此，減水劑對砂漿稠度起到極大的改善作用。同時，由于減水劑的摻入，也增加了砂漿的凝結(jié)時間，因?yàn)樵谏a(chǎn)中使用的高效減水劑含有緩凝劑，從而延長了砂漿的凝結(jié)時間。但隨著再生細(xì)砂替代率的提高，其凝結(jié)時間逐漸減少，這主要是由于再生細(xì)砂中細(xì)粉對減水劑有一定的吸附作用，削弱了減水劑的作用。

在同一細(xì)砂替代比率條件下，摻入減水劑后砂漿的14d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度增大。但當(dāng)減水劑摻量相同時，隨著再生細(xì)砂替代率的提高，砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度下降。由于減水劑的加入，再生砂的吸水性有所降低，因而有足夠的水分使水泥能夠完全水化，表現(xiàn)出拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的提高。再生細(xì)砂替代率的提高，砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度下降，與再生中砂替代機(jī)砂的機(jī)理一致。

從表4中可以看出，B1組的28d抗壓強(qiáng)度相對B0組有所下降，減水劑的摻入增加了砂漿稠度，間接增加了同體積砂漿中的含水量，從而降低了砂漿的抗壓強(qiáng)度。但隨著再生細(xì)砂摻量的增加，砂漿的抗壓強(qiáng)度逐漸增大，這與再生中砂替代機(jī)制中砂的機(jī)理相一致。因此，從抗壓強(qiáng)度考慮，用再生細(xì)砂替代天然細(xì)砂具有實(shí)際可操作性。

4 結(jié)語

本文主要以再生中砂和細(xì)砂替代機(jī)制砂和天然細(xì)砂的再生抹灰砂漿為主要研究對象，探討了再生中砂、細(xì)砂替代機(jī)制砂和天然細(xì)砂情況下，高效減水劑對抹灰砂漿的稠度、凝結(jié)時間和容重等砂漿的基本工作性能以及14d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的影響。經(jīng)過試驗(yàn)對比研究，得出以下結(jié)論：

（1）再生中砂由0～100%替代將使抹灰砂漿的稠度減小、密度增加、凝結(jié)時間縮短40%、拉伸粘結(jié)強(qiáng)度降低19%、28d抗壓強(qiáng)度增大8%左右。

（2）在同一高效減水劑用量下，再生細(xì)砂替代率由30%增加到100%，將使稠度減小約30%、拉伸粘結(jié)強(qiáng)度下降10%～15%。再生砂的替代有利于提高抗壓強(qiáng)度，由30%的細(xì)砂替代率提高到100%時，28d抗壓強(qiáng)度提高20%～30%，上升較明顯。