建筑垃圾磚粉復(fù)合礦物摻和料試驗(yàn)研究

楊欣美 宋少民

(北京建筑大學(xué) 北京市綠色建筑與節(jié)能技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

前言

目前我國(guó)建筑垃圾圍城及破壞環(huán)境、生態(tài)的現(xiàn)象普遍存在，再生利用率比較低。據(jù)住建部報(bào)導(dǎo)，到2020年中國(guó)還將新建住宅300 億平方米，由此產(chǎn)生的建筑垃圾將超過(guò)50 億噸。建筑垃圾如果不處理會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，而且占用大量土地［1］。可見(jiàn)建筑垃圾的資源化利用仍有巨大的發(fā)展空間，建筑垃圾具有資源化屬性，建筑垃圾經(jīng)過(guò)資源化處置，95%以上可成為工程建設(shè)的原材料并能應(yīng)用到建設(shè)工程中去［2］。建筑垃圾經(jīng)過(guò)合理處理實(shí)現(xiàn)其資源化利用是建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展必須解決的重大課題，也是建筑材料行業(yè)同仁的責(zé)任和使命。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于建筑垃圾資源化利用的研究主要集中于再生磚、砌塊用骨料以及再生粗細(xì)骨料應(yīng)用于混凝土的研究，對(duì)建筑垃圾微粉用于摻和料的研究相對(duì)較少。隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，礦粉、粉煤灰等礦物摻和料已經(jīng)從利用工業(yè)廢渣節(jié)約成本變成了改善混凝土性能不可或缺的一種組分［3］。由于減水劑技術(shù)不斷進(jìn)步，混凝土水膠比不斷降低，各類低活性乃至非活性摻和料開(kāi)始在現(xiàn)代混凝土得到越來(lái)越多的利用。

本文研究建筑垃圾廢磚磨成細(xì)粉，與“礦渣粉、粉煤灰”以及“礦渣粉、石灰石”粉進(jìn)行三摻復(fù)合;研究和分析其對(duì)凈漿、膠砂和混凝土工作性與強(qiáng)度的影響。通過(guò)研究建筑垃圾磚粉復(fù)合礦物摻和料合適的組分配比和驗(yàn)證細(xì)度與需水量比指標(biāo)，為生產(chǎn)中合理控制磚粉復(fù)合礦物摻和料質(zhì)量提供參考。

1 原材料和試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原材料

(1)水泥:北京金隅水泥廠生產(chǎn)的P·O42.5 水泥，比表面積390 m2/kg，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量29.3%，實(shí)測(cè)28d 抗壓抗折強(qiáng)度分別為52.2MPa、9.7MPa。

(2)粉煤灰:密度2.2g/cm3比表面積410m2/kg，需水量比98%。

(3)礦渣粉:采用S95 級(jí)礦渣粉，密度2.89g/cm3比表面積460m2/kg，流動(dòng)度比96%。

(4)石灰石粉:密度2.76g/cm3，比表面積440m2/kg，流動(dòng)度比103%。

(5)建筑垃圾磚粉:所用磚粉由廢磚破碎后磨制，細(xì)度45μm 篩余為9.9%，需水量比為100%。

(6)細(xì)骨料:混凝土用砂為60%機(jī)制砂+40%河砂，細(xì)度模數(shù)2.9。

(7)粗骨料:本實(shí)驗(yàn)用石為碎石，最大公稱粒徑20mm。

(8)外加劑:本實(shí)驗(yàn)使用外加劑為西卡聚羧酸高效減水劑，固含量45%，反應(yīng)時(shí)間3min 左右。

1.2 試驗(yàn)方法

細(xì)度試驗(yàn)參照GB/T 1596 -2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》進(jìn)行粉煤灰、磚粉、礦渣粉的細(xì)度實(shí)驗(yàn);參照GB/T1345—2005《水泥細(xì)度檢驗(yàn)方法》篩析法進(jìn)行石灰石粉細(xì)度試驗(yàn)。參考GB/T17671 -1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO 法)》。混凝土坍落度和強(qiáng)度試驗(yàn)分別參照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50080 -2011)、《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081 -2002)

2 建筑垃圾磚粉復(fù)合摻和料對(duì)凈漿與膠砂性能的影響

2.1 建筑垃圾磚粉三組分摻和料對(duì)凈漿流動(dòng)度的影響

建筑垃圾磚粉三組分復(fù)合摻和料凈漿試驗(yàn)，A 組是摻加粉煤灰，B 組是摻加石灰石粉。

表1 建筑垃圾磚粉三組分復(fù)合(A 組)摻和料凈漿配合比及流動(dòng)度 單位:g

表2 建筑垃圾磚粉三組分(B 組)復(fù)合摻和料凈漿實(shí)驗(yàn)配合比及流動(dòng)度 單位:g

表1、2結(jié)果表明，磚粉、礦渣粉、粉煤灰以及磚粉、礦渣粉、石灰石粉三組分復(fù)合摻和料中，磚粉的加入并不會(huì)降低凈漿流動(dòng)度。

總體上看，相同復(fù)合比例時(shí)，礦渣粉、磚粉、石灰石粉復(fù)合摻和料+水泥凈漿流動(dòng)度比礦渣粉、磚粉、粉煤灰復(fù)合摻和料+水泥大，石灰石粉的加入有助于提高凈漿流動(dòng)度。

B 組礦渣粉、磚粉、石灰石粉百分比例為30:35:35 時(shí)凈漿流動(dòng)度最大，達(dá)到277mm，流動(dòng)性優(yōu)異。A 組同樣比例摻加粉煤灰的凈漿流動(dòng)為243mm，流動(dòng)性能良好。

2.2 建筑垃圾磚粉三組分復(fù)合摻和料膠砂配合比與強(qiáng)度

考慮到混凝土生產(chǎn)實(shí)際，本實(shí)驗(yàn)有所改變，采用低水膠比進(jìn)行膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)，水膠比0.35，試驗(yàn)中加入西卡聚羧酸減水劑調(diào)整流動(dòng)性，將攪拌時(shí)間改為:水和膠凝材料入鍋后，開(kāi)機(jī)慢攪30s，在第二個(gè)30s 開(kāi)始時(shí)加入標(biāo)準(zhǔn)砂，然后高速攪拌3min，成型養(yǎng)護(hù)方法不變。實(shí)驗(yàn)分析(分析表4、5):

表3 建筑垃圾磚粉三組分摻和料膠砂配合比 單位g

表4 建筑垃圾磚粉三組分復(fù)合(A 組)摻和料膠砂強(qiáng)度 單位:MPa

表5 建筑垃圾磚粉三組分(B 組)復(fù)合摻和料膠砂強(qiáng)度 單位:MPa

同比例摻加時(shí)，摻粉煤灰復(fù)合摻和料膠砂比摻石灰石粉的膠砂抗壓強(qiáng)度明顯高。

礦渣粉摻量相同時(shí)，磚粉摻量適度增加對(duì)膠砂28d 抗壓強(qiáng)度影響不大，強(qiáng)度都高于50MPa。

就強(qiáng)度而言，A 組礦渣粉、磚粉、粉煤灰復(fù)合百分比例為40%:30%:30%最好，28d 膠砂抗壓強(qiáng)度達(dá)75.8MPa，其膠砂的流動(dòng)度符合要求，無(wú)離析泌水現(xiàn)象，相比而言B 組同比例礦渣粉、磚粉、石灰石粉組膠砂強(qiáng)度為58.1MPa，膠砂強(qiáng)度的降低幅度很大，但膠砂流動(dòng)性更好。

綜上所述，經(jīng)多次試驗(yàn)可以確定礦渣粉、磚粉、粉煤灰/石灰石粉以40%:30%:30%復(fù)合時(shí)為最佳復(fù)合比例。按此比例進(jìn)行混凝土試驗(yàn)。

3 建筑垃圾磚粉三組分摻和料對(duì)混凝土工作性和強(qiáng)度的影響

3.1 建筑垃圾磚粉三組分復(fù)合摻和料混凝土配合比

表6 建筑垃圾磚粉三組分復(fù)合摻和料混凝土配合比 單位:kg/m3

3.2 建筑垃圾磚粉三組分復(fù)合摻和料混凝土工作性和強(qiáng)度

表7 建筑垃圾磚粉三組分復(fù)合摻和料(A 組)混凝土工作性和強(qiáng)度 單位:MPa

表8 建筑垃圾磚粉三組分復(fù)合摻和料(B 組)混凝土工作性和強(qiáng)度 單位:MPa

試驗(yàn)分析:B 組以40%:30%:30%比例復(fù)合摻和料應(yīng)用于C30、C40 混凝土?xí)r，實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度低于同比例A 組復(fù)合摻和料，但坍落度則是B 組更好些。石灰石粉的加入能一定程度上提高了混凝土的流動(dòng)性。借此也可以說(shuō)明磚粉的加入對(duì)混凝土的坍落度無(wú)不良影響，符合泵送要求。

4 結(jié)論

(1)實(shí)驗(yàn)用磚粉由廢磚經(jīng)破碎、磨細(xì)后(球磨機(jī)磨細(xì)30min)制得，45μm 方孔篩篩余10%以下，需水量比不大于100%，可作摻和料應(yīng)用于混凝土。

(2)磚粉、礦渣粉、粉煤灰按照4:3:3 復(fù)合制備的摻合料摻加能滿足C40 中等強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度要求，同時(shí)保證拌合物較好的和易性。

(3)如果使用石灰石粉與礦渣粉、磚粉復(fù)合制備摻和料，其需水行為更好，但建議礦渣比例不低于50%。

［1］肖莉.從災(zāi)區(qū)建設(shè)垃圾看資源化利用技術(shù)—北京建筑工程學(xué)院高級(jí)工程師陳家瓏訪談.建筑科技，7.

［2］陳家瓏.我國(guó)建筑垃圾資源化利用現(xiàn)狀與建議［J］.建設(shè)科技，9-12.

［3］劉娟紅，宋少民.綠色高性能混凝土技術(shù)與工程應(yīng)用.北京:中國(guó)電力出版社，2011.