建筑垃圾再生細(xì)粉用于聚苯顆粒保溫砂漿試驗(yàn)研究

周文娟 周 丹 于顯強(qiáng)(北京建筑大學(xué)，北京 100044)

1 前言

隨著我國城市化進(jìn)程的發(fā)展，每年約產(chǎn)生15 億t 建筑垃圾，而在建筑垃圾再生處理過程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生大量細(xì)粉［1］。若不對其加以研究利用，不僅浪費(fèi)資源，還會(huì)給生態(tài)環(huán)境造成巨大的危害。

建筑垃圾再生細(xì)粉具有孔隙率高、含水率低，表面粗糙，比表面積大，與水泥的粘結(jié)較好，含有少量的活性成分等特點(diǎn)［2］。膠粉聚苯顆粒復(fù)合保溫材料保溫隔熱性能好、導(dǎo)熱系數(shù)低、粘接力強(qiáng)、抗壓強(qiáng)度高、不易開裂空鼓、耐凍融、干燥收縮率及浸水線性變形率小［3］，且聚苯顆粒保溫砂漿與其他保溫材料相比總體造價(jià)較低，能滿足國家相關(guān)節(jié)能規(guī)范要求，特別適用于建筑造型復(fù)雜節(jié)點(diǎn)處理難度大的各種外墻保溫工程。從建筑垃圾再生細(xì)粉和保溫材料的特點(diǎn)及發(fā)展前景看，可以將建筑垃圾再生細(xì)粉應(yīng)用于聚苯顆粒保溫砂漿中。

本文以不同粒徑、摻量再生細(xì)粉來替代保溫砂漿中的灰鈣粉或水泥，研究其對膠粉聚苯顆粒保溫砂漿的表觀密度、立方體抗壓強(qiáng)度、軟化系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)等性能的影響。

2 原材料及試驗(yàn)方案

2.1 原材料

(1)水泥:北京金隅P.O42.5 水泥，水泥性能見表1。

表1 水泥技術(shù)性能

(2)建筑垃圾再生細(xì)粉:三種粒級(jí)，其最大粒徑分別是:0.3mm、0.15mm、0.075mm。其主要化學(xué)成分見表2。

表2 建筑垃圾再生細(xì)粉的主要化學(xué)成分(%)

(3)硅灰:Ⅱ級(jí)硅灰，平均粒徑為0.16μm，比表面積為24m2/g。

(4)聚苯顆粒:聚苯乙烯顆粒簡稱EPS;粒徑2.2～5mm，平均粒徑3.8mm，表觀密度12.45kg/m3，其導(dǎo)熱系數(shù)≤0.032W/(m·K)。

(5)纖維素醚:三星化學(xué)公司MECELLOSE 羥丙基甲基纖維素醚。

(6)可分散乳膠粉:瓦克公司 VINNAPAS RE5010N。

(7)其它。

2.2 試驗(yàn)方法

干表觀密度測量參照《無機(jī)硬質(zhì)絕熱制品試驗(yàn)方法》GB/T5486.2008;砂漿抗壓強(qiáng)度測量參照《水泥膠砂檢驗(yàn)方法(ISO 法)》(GB/T 17671.1999);軟化系數(shù)試驗(yàn)根據(jù)《膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)材料》(JG T158.2013)的規(guī)定執(zhí)行;導(dǎo)熱系數(shù)測量根據(jù)《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定—防護(hù)熱板法》GB/T10294.2008 進(jìn)行。

2.3 基礎(chǔ)配合比

砂漿基礎(chǔ)材料用量見表3。3 種建筑垃圾再生細(xì)粉取代水泥的比例分別為10%、20%、30%;取代灰鈣粉的比例分別為20%、40%、60%。

表3 砂漿基礎(chǔ)材料配合比

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 再生細(xì)粉替代灰鈣粉對砂漿性能影響的結(jié)果與分析

(1)試驗(yàn)結(jié)果。再生細(xì)粉替代灰鈣粉的聚苯顆粒保溫砂漿配合比及試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 再生細(xì)粉替代灰鈣粉試驗(yàn)結(jié)果

2 結(jié)果分析

再生細(xì)粉替代灰鈣粉對砂漿干表觀密度、28d抗壓強(qiáng)度、軟化系數(shù)性能的影響分析見圖1～3。

圖1 再生細(xì)粉對砂漿干表觀密度的影響

由圖1 可知，整體來看，當(dāng)再生細(xì)粉顆粒替代灰鈣粉時(shí)，砂漿的干表觀密度比不加細(xì)粉的砂漿的干表觀密度低;當(dāng)再生細(xì)粉的粒徑為0.075mm 時(shí)，砂漿的干表觀密度最小，其最小值為208.6kg/m3。綜合不同粒徑、摻量而言，表觀密度值變化明顯，其中最大值為270.6kg/m3，最小值為208.6kg/m3相差較大。

圖2 再生細(xì)粉對砂漿28d 抗壓強(qiáng)度的影響

由表4、圖2 可知，摻入再生細(xì)粉砂漿的28d 抗壓強(qiáng)度基本上都小于未摻入再生細(xì)粉的砂漿28d 抗壓強(qiáng)度。由此可見，再生細(xì)粉在砂漿中的密實(shí)填充作用的效應(yīng)要小于其吸水作用的效應(yīng)。當(dāng)再生細(xì)粉摻量為20%時(shí)，隨著細(xì)粉最大粒徑的降低，砂漿的28d 抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出升高的趨勢。這主要是由于，再生細(xì)粉顆粒越細(xì)，其表面吸附的漿體層越厚，導(dǎo)致其強(qiáng)度越高。當(dāng)再生細(xì)粉摻量大于20%時(shí)，砂漿的28d 抗壓強(qiáng)度變化幅度不大，均在0.240MPa 左右，這主要由于，再生細(xì)粉摻量較大時(shí)，其吸水率明顯升高，導(dǎo)致水泥水化用水量降低、砂漿強(qiáng)度降低，所以即使改變再生細(xì)粉的最大粒徑，對砂漿的28d 強(qiáng)度仍無明顯作用。

圖3 再生細(xì)粉對砂漿軟化系數(shù)的影響

由圖3 可知，當(dāng)建筑垃圾再生細(xì)粉摻量不變的情況下，隨著再生細(xì)粉最大粒徑的減小，砂漿的軟化系數(shù)呈現(xiàn)降低的趨勢。這主要是由于隨著再生細(xì)粉最大粒徑的降低，細(xì)粉空隙中外表面孔隙增多，而內(nèi)部孔隙減小。而再生細(xì)粉主要是通過外部孔隙進(jìn)行吸水，所以再生細(xì)粉最大粒徑越小，其吸水作用越明顯，導(dǎo)致其吸水后砂漿軟化系數(shù)值逐漸降低。

3.2 再生細(xì)粉替代水泥對砂漿性能影響的結(jié)果與分析

(1)試驗(yàn)結(jié)果。再生細(xì)粉替代水泥的聚苯顆粒保溫砂漿配合比及試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 再生細(xì)粉替代水泥對砂漿性能的影響

(2)結(jié)果分析。再生細(xì)粉替代水泥對砂漿干表觀密度、28d 抗壓強(qiáng)度、軟化系數(shù)性能的影響分析見圖4～6。

圖4 再生細(xì)粉對砂漿干表觀密度的影響

由圖4 可知，當(dāng)建筑垃圾再生細(xì)粉摻量為10%時(shí)，隨著建筑垃圾再生細(xì)粉最大粒徑的降低，砂漿的干表觀密度呈現(xiàn)出升高的趨勢;當(dāng)建筑垃圾再生細(xì)粉摻量為20%、30%時(shí)，隨著建筑垃圾再生細(xì)粉最大粒徑的降低，砂漿的干表觀密度呈現(xiàn)出先升高再降低的趨勢。總體來看，干表觀密度值相差不大。這主要由于當(dāng)再生細(xì)粉摻量較低時(shí)，隨著細(xì)粉最大粒徑的降低，再生細(xì)粉的可填充區(qū)域增多，導(dǎo)致砂漿的密實(shí)度升高;當(dāng)再生細(xì)粉摻量較高時(shí)，砂漿內(nèi)部填充區(qū)域已被一部分再生細(xì)粉填滿，另一部分再生細(xì)粉分布于孔隙之外，反而會(huì)破壞砂漿粉料顆粒級(jí)配，降低砂漿的表觀密度。

圖5 再生細(xì)粉對砂漿28d 抗壓強(qiáng)度的影響

由上圖可知，對于相同摻量建筑垃圾再生細(xì)粉，其最大粒徑為0.075mm 砂漿的抗壓強(qiáng)度最大;而隨著再生細(xì)粉摻量的增加，砂漿的28d 抗壓強(qiáng)度明顯降低。這主要是由于:一方面顆粒越細(xì)，其表面吸收的漿體層越厚，導(dǎo)致砂漿強(qiáng)度增大;另一方面，隨著再生細(xì)粉取代率的提高，水泥用量減少，直接降低了砂漿的強(qiáng)度;最后，隨著再生細(xì)粉摻量的增加，砂漿吸水率增加，而用水量不變，導(dǎo)致水泥水化用水量降低，從而使砂漿強(qiáng)度降低。

圖6 再生細(xì)粉對砂漿軟化系數(shù)的影響

由圖6 可知，當(dāng)建筑垃圾再生細(xì)粉最大粒徑不變時(shí)，隨著再生細(xì)粉摻量的增加，砂漿的軟化系數(shù)逐漸增大。這主要是由于再生細(xì)粉的吸水率有限，導(dǎo)致其強(qiáng)度的降低存在下限值，當(dāng)再生細(xì)粉摻量較大時(shí)，由于膠凝材料用量較少，產(chǎn)生的水化產(chǎn)物很少，在其吸水前抗壓強(qiáng)度已很低，與之相比吸水后抗壓強(qiáng)度降低空間較小，所以反而導(dǎo)致其軟化系數(shù)變大。

3.3 建筑垃圾再生細(xì)粉保溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

聚苯顆粒保溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 聚苯顆粒保溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)

由表6 可知，砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)隨著砂漿容重的增大而逐漸增加，且都滿足保溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)(保溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)≤0.060W/(m·K))的要求。

3 結(jié)論

(1)再生細(xì)粉替代灰鈣粉時(shí)，當(dāng)細(xì)粉最大粒徑為0.075mm 時(shí)砂漿干表觀密度最小;細(xì)粉的摻入降低了砂漿的抗壓強(qiáng)度，但改變細(xì)粉的粒徑和摻量對砂漿抗壓強(qiáng)度無明顯影響;而對于砂漿的軟化系數(shù)來說，再生細(xì)粉粒徑越小，其軟化系數(shù)越小。所以建筑垃圾摻入可以優(yōu)化聚苯顆粒保溫砂漿的內(nèi)部孔隙，在不提高砂漿干表觀密度情況下，改善砂漿的保溫性能。

(2)再生細(xì)粉替代水泥時(shí)，當(dāng)摻量為20%時(shí)，砂漿干表觀密度較大;隨著再生細(xì)粉摻量的增加，砂漿28d 抗壓強(qiáng)度逐漸下降，而軟化系數(shù)呈現(xiàn)增大的趨勢，0.15mm 再生細(xì)粉摻入時(shí)，砂漿的整體效果比其他組要好，有利于砂漿保溫性能的發(fā)揮。

(3)總體來看，將建筑垃圾再生細(xì)粉應(yīng)用于聚苯顆粒保溫砂漿中，可以滿足保溫砂漿標(biāo)準(zhǔn)(抗壓強(qiáng)度≥0.2MPa，軟化系數(shù)＞0.5，導(dǎo)熱系數(shù)≤0.060W/(m·K))的要求。

［1］鄢朝勇，葉建軍.綠色建筑垃圾的研究與探討［J］.混凝土，2010，(3):123 -125.

［2］朱銀春，潘剛?cè)A，李敏等.固體廢棄物在預(yù)拌砂漿中應(yīng)用的若干技術(shù)問題探討［J］.江蘇建材，2009，(3):33 -35.

［3］肖建莊.再生混凝土［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社.2008:164 -165.