林廢-固廢復(fù)合裝配式建筑墻體砌塊制備機理研究

摘要：自從綠色墻材的概念被提出后，探索林廢-固廢復(fù)合制備裝配式建筑墻體材料的技術(shù)成為一項重要的研究課題。以再生骨料混凝土砌塊作為主要研究對象，創(chuàng)新研發(fā)林廢-固廢復(fù)合制備裝配式建筑墻體材料，優(yōu)化現(xiàn)有墻體砌塊尺寸設(shè)計，使其達到非承重墻體的要求，并提升建筑節(jié)能效果。通過研究林廢固廢混凝土新型砌塊在墻材領(lǐng)域的潛在應(yīng)用，不僅推動回收再利用廢舊混凝土，有效促進建筑廢棄物的可持續(xù)發(fā)展利用，還為相關(guān)領(lǐng)域提供實驗數(shù)據(jù)和理論指導(dǎo)，推動高強復(fù)合混凝土砌塊技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。以加強低碳技術(shù)研發(fā)為抓手，推動建筑材料行業(yè)向輕型化、終端化、制品化轉(zhuǎn)型。

關(guān)鍵詞：林廢固廢裝配式建筑墻體砌塊制備機理

ResearchonthePreparationMechanismoftheWallBlocksofForest-andSolid-WasteCompositePrefabricatedBuildings

WANGZhiyong

ChongqingOpenUniversity，ChongqingTechnologyandBusinessInstitute，Chongqing，400052China

Abstract：Sincetheconceptofgreenwallmaterialswasproposed，ithasbecomeanimportantresearchtopictoexplorethetechnologyofthecompositepreparationofthewallmaterialofprefabricatedbuildingsfromforestwasteandsolidwaste.Takingtheblockofrecycled-aggregateconcreteasthemainresearchobject，thispaperinnovativelyresearchesanddevelopsthecompositepreparationof thewallmaterialofprefabricatedbuildingsfromforestwasteandsolidwaste，andoptimizesthesizedesignofexistingwallblocks，soastomeettherequirementsofnon-bearingwallsandimprovetheenergy-savingeffectofbuildings.Thispaperstudiesthepotentialapplicationofthenewblockofforest-andsolid-wasteconcreteinthefieldofwallmaterials，whichnotonlypromotestherecyclingandreuseofwasteconcreteandeffectivelypromotethesustainabledevelopmentandutilizationofconstructionwaste，butalsoprovidesexperimentaldataandtheoreticalguidanceforrelatedfieldsandpromotesthedevelopmentandapplicationofhigh-strengthcompositeconcreteblocktechnology.Withstrengtheningtheresearchanddevelopmentoflow-carbontechnologyasthestartingpoint，thebuildingmaterialindustryispromotedtowardslightweight，terminalandproducttransformation.

KeyWords：Forestwasteandsolidwaste;Prefabricatedbuilding;Wallblock;Preparationmechanism

隨著生態(tài)文明建設(shè)和工業(yè)行業(yè)的不斷發(fā)展，大量建筑和園林固體廢棄物的產(chǎn)生量不斷增加。為有效控制和監(jiān)管工業(yè)固體廢物的收集、利用和處理，2020年新《固廢法》的實施以及相關(guān)政策標準的出臺起到了積極約束作用。重慶市中心城區(qū)建筑垃圾專項治理規(guī)劃（2021—2035）中也明確，至2035年底，重慶市中心城區(qū)工程垃圾、拆除垃圾、裝修垃圾分類收集率達95%，建筑垃圾資源化利用率達82%，建筑垃圾綜合利用率達85%的目標。然而仍然存在一些問題需要解決。首先，區(qū)域發(fā)展不平衡導(dǎo)致整體廢物綜合利用水平和資源利用率有待提高。其次，還需要進一步開發(fā)和升級資源利用技術(shù)，這些問題導(dǎo)致環(huán)境污染和資源浪費，與可持續(xù)生態(tài)文明發(fā)展觀背道而馳。

2林廢固廢混凝土砌塊研究現(xiàn)狀

2.1林廢混凝土砌塊研究現(xiàn)狀

對于林廢混凝土砌塊，國內(nèi)外在這方面的理論研究很少，也沒有可供研究參考的實際工程，這直接阻礙了林廢混凝土砌塊的進一步推廣應(yīng)用。有關(guān)林廢混凝土砌塊的理論研究，國家已有可供工程實踐參考的相關(guān)技術(shù)規(guī)程和規(guī)范，然而對這種新型墻材的研究仍較少。

武漢理工大學(xué)李保德等人[1]利用有限元分析軟件對該砌塊進行了較為細致的試驗研究，是對其力學(xué)性能進行的一次有益探索。李燕[2]在此基礎(chǔ)上重點研究了地震作用下林廢混凝土砌塊砌體墻的工作性能，荷載作用下該類砌體墻裂縫發(fā)展規(guī)律及剪壓復(fù)合力作用下帶構(gòu)造柱的該類砌塊墻體的抗剪承載力計算公式。

2.2固廢混凝土砌塊研究現(xiàn)狀

國內(nèi)對于建筑垃圾資源化利用的研究工作起步較晚，相關(guān)法律規(guī)范和技術(shù)標準至今尚未出臺。國內(nèi)固廢混凝土的研究和應(yīng)用相對而言較為有限，與國外相比，其在再生骨料基本性能研究、制備技術(shù)、相關(guān)技術(shù)規(guī)范以及法律法規(guī)等方面的發(fā)展明顯滯后[3]。

研究主題與成果主要集中在固廢混凝土配合比設(shè)計、砌塊結(jié)構(gòu)研究、砌體力學(xué)性能研究和墻體抗震性能研究四個方面。

3林廢-固廢復(fù)合裝配式墻體砌塊制備方案

針對材料配合比優(yōu)化設(shè)計制備復(fù)合型節(jié)能環(huán)保墻體砌塊材料技術(shù)，從理論研究、實驗測試和數(shù)值仿真三個方面開展研究，解決現(xiàn)有墻體砌塊自重大、保溫差、易開裂等問題。其中，配合比優(yōu)化理論研究和工作性能分析是前期基礎(chǔ)工作，為林廢-固廢復(fù)合裝配式墻體材料制備提供理論支撐；在此基礎(chǔ)上，完成復(fù)合墻體材料的制備成型并通過微觀測試和宏觀性能試驗，根據(jù)實驗結(jié)果得出優(yōu)化對策措施，獲得目標復(fù)合墻體材料的關(guān)鍵技術(shù)，最終實現(xiàn)林廢-固廢復(fù)合裝配式墻體材料的生產(chǎn)與應(yīng)用[4-5]。

4林廢-固廢復(fù)合裝配式墻體砌塊制備機理

以建筑固廢、林廢回收再利用為出發(fā)點，圍繞裝配式建筑墻體材料的技術(shù)要求，設(shè)計新型林廢-固廢復(fù)合裝配式建筑墻體砌塊，采用正交試驗的方法，主要針對影響因素進行分析，并從配比出發(fā)進行優(yōu)化。優(yōu)化的目標是降低砌塊的自重，并提高砌塊的物理力學(xué)性能，以滿足非承重墻體的要求。通過這種方式，可以有效提升建筑的節(jié)能性能。

通過一系列的試驗和模擬研究，對砌塊進行多物理場非線性耦合仿真分析，并合理優(yōu)化砌塊的尺寸。同時，結(jié)合微觀測試和宏觀性能試驗的方法，設(shè)計出符合裝配式建筑領(lǐng)域技術(shù)要求的節(jié)能環(huán)保復(fù)合墻體材料，如圖2所示。通過探究林廢-固廢復(fù)合砌塊在墻材領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，既可以促進建筑固廢和林廢的回收再利用，又可以利用新型膠凝材料的性能優(yōu)勢開發(fā)出一種新型墻材。這種新型墻材通過對建筑垃圾中的骨料進行回收再生，對再生骨料進行固化制備再生混凝土，并進行各項性能研究，以滿足再生混凝土砌塊在力學(xué)、強度等方面的性能要求[6]。這為建筑固廢和林廢的資源化利用提供了新的方向，并為裝配式建筑林廢-固廢復(fù)合墻體材料的設(shè)計和應(yīng)用提供試驗數(shù)據(jù)和理論指導(dǎo)。

4.1復(fù)合裝配式墻體砌塊配合比優(yōu)化設(shè)計

針對目前建筑固廢、林廢和建筑節(jié)能的現(xiàn)狀，優(yōu)化尺寸設(shè)計，利用破碎的廢棄混凝土作為骨料，摻入一定量的林廢制備林廢-固廢復(fù)合裝配式建筑墻體空心砌塊，在其空腔內(nèi)填充一定的林廢-固廢復(fù)合填充料，使其成為新型綠色節(jié)能砌塊。在實驗室進行林廢-固廢復(fù)合裝配式建筑墻體砌塊的制備、抗壓強度、密度和導(dǎo)熱系數(shù)的試驗。在實驗室中人工制備建筑固廢，獲取粒徑符合要求的再生骨料。同時，摻入一定比例的林廢，使用再生骨料替代部分天然骨料，通過設(shè)置不同的配合比，制備多組林廢-固廢復(fù)合裝配式墻體材料的外圈材料。隨后對這些試塊進行力學(xué)性能試驗，從中選擇出力學(xué)性能最優(yōu)的一組試塊[7]。并將這組試塊作為砌塊力學(xué)性能研究的基礎(chǔ)，使其滿足裝配式建筑墻體對該材料的性能要求。

4.2復(fù)合裝配式墻體材料物理力學(xué)性能

以砌塊密度和砌塊幾何尺寸為變量，建立了不同形狀的砌塊模型，如圖3所示。對制備的林廢-固廢復(fù)合裝配式建筑墻體砌塊進行物理力學(xué)性能試驗，分別進行林廢-固廢復(fù)合裝配式建筑墻體砌塊抗壓強度、抗折強度、干表觀密度、吸水率和含水率試驗，測定砌塊的相關(guān)物理力學(xué)性能參數(shù)，選出強度最大的砌塊結(jié)構(gòu)。

4.3復(fù)合裝配式墻體材料非線性耦合仿真分析F

通過熱工性能測試，計算得出其導(dǎo)熱系數(shù)，并通過COMSOL軟件模擬砌塊的傳熱過程，檢驗數(shù)值模擬的準確性，為砌塊生產(chǎn)確定工藝參數(shù)。通過林廢-固廢復(fù)合裝配式墻體材料熱工性能測試結(jié)果，計算得出其導(dǎo)熱系數(shù)，并通過COMSOL軟件模擬砌塊的傳熱過程，得出傳熱系數(shù)的數(shù)值模擬結(jié)果，將兩者進行對比，檢驗數(shù)值模擬的準確性，為砌塊生產(chǎn)確定工藝參數(shù)。

5結(jié)語

以建筑固廢、林廢回收再利用為出發(fā)點，圍繞裝配式建筑墻體材料的技術(shù)要求，設(shè)計新型林廢-固廢復(fù)合裝配式建筑墻體砌塊，主要通過優(yōu)化配比，降低砌塊的自重，同時提高砌塊的物理力學(xué)性能，以解決現(xiàn)有墻體砌塊存在的自重大、保溫性能差、易開裂等問題。通過利用建筑和園林垃圾再生骨料制備再生混凝土，探索將林廢-固廢復(fù)合砌塊應(yīng)用于墻材領(lǐng)域的可能性。積極推進建筑固廢、林廢的回收再利用，提升能源利用效率，助力“雙碳”目標實現(xiàn)。

參考文獻

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[4]楊雷銘.造紙白泥輕質(zhì)混凝土內(nèi)隔墻板的配合比設(shè)計及其性能研究[D].柳州：廣西科技大學(xué)，2022.

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[7]盧志鵬.固廢再生模板砌塊砌體基本力學(xué)性能及熱工性能研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2023.