建筑垃圾含量對免燒磚性能的影響

李 浩

西北民族大學(xué) 蘭州 730124

建筑垃圾含量對免燒磚性能的影響

李 浩

西北民族大學(xué) 蘭州 730124

隨著建筑垃圾日益增多的現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重，如何處理建筑垃圾已經(jīng)成為我們亟待解決的問題。本文就是研究如何利用建筑垃圾制造新型建筑材料，并探究建筑垃圾摻量對免燒磚性能的影響。利用建筑垃圾制備的再生集料全部替代砂的同時(shí)，用粉煤灰和礦渣替代部分水泥，并在實(shí)驗(yàn)室測試了免燒磚的體積密度、氣孔率、吸水率、抗壓強(qiáng)度等性能指標(biāo)。結(jié)果表明：利用建筑垃圾為再生集料和粉煤灰、礦渣制備的免燒磚的綜合性能能夠滿足國家的標(biāo)準(zhǔn)，不僅節(jié)約了大量礦產(chǎn)和土地資源，而且減少了環(huán)境污染，具有很大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

建筑垃圾；粉煤灰；礦渣；骨料；免燒磚

0 前言

近年來，隨著城市現(xiàn)代化改造和農(nóng)村城市化進(jìn)程的加快以及基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)， 城市加快了“新陳代謝”的速度。大批舊建筑物被拆除，在這個(gè)過程中，建筑垃圾無形中成為阻礙城市建設(shè)的“代謝物”。該怎樣處理這些建筑垃圾，是一個(gè)越來越值得關(guān)注的社會課題。盡管大多數(shù)建筑垃圾無毒無害，但若簡單填埋，不僅影響城市環(huán)境、浪費(fèi)土地資源，還會造成巨大的能源和資源的浪費(fèi)。目前，建筑垃圾已經(jīng)加劇了我國城市土地資源的緊張局面，嚴(yán)重影響到了社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，加強(qiáng)建筑垃圾的綜合利用已經(jīng)迫在眉睫。

本文研究利用建筑垃圾和工業(yè)廢渣制備免燒磚，我們利用建筑垃圾制備的再生集料全部替代砂，用工業(yè)廢渣替代部分的水泥，采用液壓式壓機(jī)對免燒磚壓制成型，壓力為10kN，免去蒸壓工藝，最后對免燒磚進(jìn)行充分的養(yǎng)護(hù)，使制備的免燒磚的吸水率、體積密度、氣孔率和抗壓強(qiáng)度均能達(dá)到國家對免燒磚的要求，成為一種環(huán)境友好型的建筑材料。同時(shí)使免燒磚能夠作為墻體材料應(yīng)用到實(shí)際生活中去，改善目前建筑垃圾對環(huán)境污染的現(xiàn)狀，使建筑垃圾得到有效的利用。

1 實(shí)驗(yàn)原料及方案步驟

1.1 原材料

（1）水泥：蘭州甘草水泥集團(tuán)生產(chǎn)的強(qiáng)度為42.5MPa的普通硅酸鹽水泥。

（2）粗細(xì)集料（建筑垃圾）：本實(shí)驗(yàn)所用建筑垃圾是在西北民族大學(xué)原位試驗(yàn)基地收集的廢棄鋼筋混凝土試塊。

（3）粉煤灰：本實(shí)驗(yàn)對燃煤電廠排出的主要固體廢物通過QQM輕型球磨機(jī)進(jìn)行干法磨制，對磨好的粉煤灰和礦渣用0.3mm的方孔篩進(jìn)行篩分。實(shí)驗(yàn)中采用的粉煤灰和礦渣顆粒尺寸均為0.3mm以下。

（4）減水劑：山西黃騰化工有限公司生產(chǎn)的萘系高效減水劑。

（5）激發(fā)劑：天津市北辰方正試劑廠生產(chǎn)的分析純的氫氧化鈣，Ca(OH)2含量不少于95%；分析純的硫酸鈉，NaSO4含量不少于99%。

（6）水：自來水

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

見表1。其中1號試樣為空白樣，實(shí)驗(yàn)過程中水灰比為28%，利用建筑垃圾生產(chǎn)的再生集料全部替代河沙，再生細(xì)集料的粒徑為0～4.5mm，粗集料的粒徑為4.5～9.5mm，減水劑的摻量為膠凝材料的1%。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

首先按實(shí)驗(yàn)配比準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)原料，然后進(jìn)行原料的攪拌和裝模，接著采用微機(jī)液壓壓力試驗(yàn)機(jī)慢慢加壓成型，成型壓力為10kN，成型后的試樣自然養(yǎng)護(hù)28d。最后測試試樣的體積密度、氣孔率、吸水率、抗壓強(qiáng)度等性能指標(biāo)。

表1 實(shí)驗(yàn)方案

圖1 體積密度隨建筑垃圾含量的變化折線

1.4 實(shí)驗(yàn)儀器

（1）實(shí)驗(yàn)室手推車：運(yùn)輸建筑垃圾和免燒磚試塊。

（2）顎式破碎機(jī)：用來破碎大塊建筑垃圾。

（3）QQM輕型球磨機(jī)：利用球磨機(jī)使粉煤灰、礦渣和激發(fā)劑攪拌的更加均勻。

（4）多孔篩：用于篩分粗細(xì)集料。

（5）微機(jī)液壓壓力試驗(yàn)機(jī)：對試塊進(jìn)行加壓。

（6）恒溫干燥箱：對稱完濕重的免燒磚進(jìn)行烘干。

2 結(jié)果與分析

2.1 體積密度

材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。首先取免燒磚試樣，將表面清潔干凈，在室溫下干燥至恒重，稱其質(zhì)量和測出其長寬高的尺寸，利用以下公式計(jì)算出建筑垃圾制備的免燒磚的體積密度：

由圖1可看出，整體的趨勢是隨著再生集料摻量的增大，試樣的體積密度逐漸減小。首先當(dāng)再生集料為225kg/m3時(shí)試塊的體積密度為2.09g/cm3，再生集料為375kg/m3時(shí)體積密度為2.04g/cm3，體積密度降低2.4%。然而，當(dāng)再生集料為600 kg/m3時(shí)，體積密度為1.69g/cm3，相對于4號試樣的體積密度降低了17.2%。

體積密度下降幅度明顯加大，說明隨著再生粗集料的摻量不斷增大，體積密度下降幅度不斷增大，雖然細(xì)集料能夠填補(bǔ)試樣的部分空隙，但是由于建筑垃圾制備的再生集料自身含有大量的氣孔，所以最終導(dǎo)致試樣的體積密度不斷下降。

2.2 氣孔率

氣孔率又稱空隙率。物體的致密程度或多孔性的一種量度。以物體中氣孔體積占總體積的百分?jǐn)?shù)表示。從待測試樣中取試塊，清洗材料表面，在110℃下烘干至恒重，置于干燥器中冷卻至恒溫，稱取試樣質(zhì)量M1即為試塊干重，將試樣置于水桶或其他清潔容器內(nèi)，然后在容器內(nèi)加水，直至浸沒試樣，將飽和試樣吊在天平的吊鉤上，并浸入有溢流管容器的浸液中，稱取飽和試樣的浮重M2，之后用飽和了浸液的毛巾，小心地拭去飽和試樣表面流掛的液珠，稱取其濕重質(zhì)量M3，最后按下式計(jì)算免燒磚試塊的氣孔率：

圖2 氣孔率隨建筑垃圾含量的變化折線

由圖2可以看出，當(dāng)膠凝材料水泥摻量為150kg/m3、粉煤灰摻量為50kg/m3、礦渣摻量為50kg/m3、水摻量為70kg/m3時(shí)，整體的趨勢是試樣的氣孔率隨粗細(xì)集料摻量的增加逐漸增大，原因是集料本身含有大量的氣孔，從而導(dǎo)致了制備的試樣的氣孔率增加。當(dāng)粗細(xì)集料摻量達(dá)到600kg/m3時(shí)，試樣的氣孔率達(dá)到21.14%。當(dāng)細(xì)集料的摻量不斷增加，它可以填充一部分大的氣孔，但是不能夠完全抵消因?yàn)榧媳旧硭氲臍饪祝栽噳K的氣孔率還是逐漸增加。但是當(dāng)建筑垃圾摻量控制在一定范圍內(nèi)，氣孔率還是能夠滿足國家的標(biāo)準(zhǔn)。最終能夠使建筑垃圾和工業(yè)廢渣能夠得到有效的利用，可以將這些廢棄物變廢為寶、變害為利，從而減少環(huán)境污染，節(jié)約土地資源，制備出綠色新型建筑墻體材料，造福于人類。

3.3 吸水率

免燒磚的吸水性能的優(yōu)異程度影響磚的砌筑、抹灰和保溫等性能，也直接影響到砌體的力學(xué)性能。取用建筑垃圾制備的免燒磚，在烘箱中烘至恒重，烘干溫度為110℃稱其干重質(zhì)量，記為M0，將干燥后的試樣放入水中浸泡24h，水的溫度為25±5℃，浸泡完后取出試樣，用濕毛巾拭去表面水分，立即稱其濕重質(zhì)量記為M3。按下式計(jì)算免燒磚的吸水率：

式中：A—免燒磚的吸水率，%

M0—吸水前免燒磚的質(zhì)量

M3—吸水后免燒磚的質(zhì)量

由圖3可以看出，整體的趨勢是隨著再生集料摻量的增加試塊的吸水率先是有稍微的降低趨勢然后大幅度增加。首先當(dāng)再生集料為225kg/m3時(shí)試塊的吸水率為1.56%，當(dāng)再生集料為375kg/m3時(shí)吸水率為2.25%，吸水率變化幅度不大。但當(dāng)再生集料為525kg/m3時(shí)吸水率為11.7%，相對于4號試樣吸水率大幅度增大。當(dāng)粗細(xì)集料的摻量為600kg/m3時(shí)免燒磚試塊的吸水率最大為12.06%。說明隨著再生粗集料摻量的不斷增加，吸水率變化幅度不斷加大。雖然粉煤灰、礦渣能夠填補(bǔ)試樣中的部分大空隙，但是由于建筑垃圾制備的再生集料中含有大量的氣孔，特別是粗集料中的氣孔率更大，這就使得制備的免燒磚的吸水率很大。但是只要將建筑垃圾的摻量控制在一定范圍內(nèi)，制備的免燒磚性能還是能夠滿足國家的標(biāo)準(zhǔn)，這樣使制備的免燒磚高效利用了建筑垃圾和工業(yè)廢渣，具有深遠(yuǎn)的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 抗壓強(qiáng)度

抗壓強(qiáng)度指外力施加壓力時(shí)的強(qiáng)度極限。抗壓強(qiáng)度是免燒磚的主要力學(xué)性能指標(biāo)，也是最基本的指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)過程中，取出免燒磚試塊，編號，加荷速度為1.5kN/s，直到試樣破壞為止，此時(shí)的最大載荷記為P，受壓面積用a×b，免燒磚的抗壓強(qiáng)度KP可按下式計(jì)算：

KP=P/ab

式中：KP—試樣的抗壓強(qiáng)度，MPa

P—最大破壞載荷，N

a—受壓面的長度，mm

b—受壓面的寬度，mm

圖3 吸水率隨建筑垃圾含量的變化折線

圖4 抗壓強(qiáng)度隨建筑垃圾含量的變化折線

由圖4可以看出，隨著再生集料摻量的增大，整體的趨勢是試樣的抗壓強(qiáng)度先略微增大后減小。當(dāng)再生集料摻量為225～375kg/m3時(shí)，試樣的抗壓強(qiáng)度降低幅度較小，但當(dāng)再生集料常量為375～600kg/m3時(shí)，試樣的抗壓強(qiáng)度大幅度下降。當(dāng)再生集料摻量為600kg/m3時(shí)，試樣的抗壓強(qiáng)度僅為2.44MPa，已不能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)對免燒磚抗壓強(qiáng)度的要求。可見，再生集料的摻量要在一定的范圍內(nèi)，才能使制備的免燒磚具有良好的性能。原因是建筑垃圾本身具有很高的氣孔率，當(dāng)作為再生集料來制備免燒磚時(shí)，導(dǎo)致免燒磚的結(jié)構(gòu)中含有大量的氣孔，結(jié)構(gòu)疏松，不夠致密，使免燒磚的抗壓強(qiáng)度降低。但2號試樣的抗壓強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到了24.12MPa，完全滿足國家對墻體材料的要求。最終免燒磚的成功制備將使建筑和生活垃圾得到有效的利用，如果加以應(yīng)用和推廣，這項(xiàng)技術(shù)將會對環(huán)境的改善作出巨大的貢獻(xiàn)。所以探究將建筑垃圾制備成免燒磚有實(shí)際的意義。

4 總結(jié)

（1）在實(shí)驗(yàn)過程中，我們通過調(diào)整再生集料摻量來研究不同原料的配比對免燒磚性能的影響。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中我們不難看出，隨著再生集料摻量和膠凝材料配比的變化，免燒磚的體積密度、氣孔率、吸水率、抗壓強(qiáng)度都有不同的變化程度，然后我們對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以分析從而得到了較為合適的2號試樣配比，抗壓強(qiáng)度達(dá)到24.12MPa，吸水率1.56%，體積密度2.09g/m3，氣孔率3.31%，均達(dá)到并超過了國家對免燒磚的相關(guān)要求。從而既提高了免燒磚的性能，又降低了成本，高效利用了建筑垃圾和工業(yè)廢渣，對于大規(guī)模推廣高效利用建筑垃圾和工業(yè)廢渣相關(guān)技術(shù)和保護(hù)環(huán)境具有重要的意義。

（2）本項(xiàng)目利用建筑垃圾制備的再生集料全部替代砂的同時(shí)，利用粉煤灰和礦渣替代部分水泥作為膠凝材料，此外粉煤灰和礦渣具有優(yōu)異的微集料效應(yīng)，可以填充部分氣孔，改善免燒磚的微觀結(jié)構(gòu)。然后合理調(diào)整級配，采用適宜的制備工藝，成功使制備的免燒磚抗壓強(qiáng)度＞MU10，吸水率、體積密度和氣孔率均能達(dá)到國家對免燒磚的要求，使建筑垃圾和工業(yè)廢渣得到有效的利用，具有深遠(yuǎn)的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]張義利.利用建筑垃圾免燒免蒸制備標(biāo)準(zhǔn)磚的研究[D].南京工業(yè)大學(xué)，2006

[2]張義利，程麟，嚴(yán)生，等.利用建筑垃圾免燒免蒸制備標(biāo)準(zhǔn)磚[J].新型建筑材料2006（05）：25

[3]尹大偉.廢棄混凝土作免燒磚原料的試驗(yàn)研究[J].林業(yè)科技情報(bào)，2011（11）：15

[4]王梅，楊家寬，齊建召.用工業(yè)廢渣生產(chǎn)免燒免蒸磚[J].新型建筑材料，2004（12）：25

[5]董璇.建筑垃圾再生利用的環(huán)境性能分析[D].山東科技大學(xué)，2011

[6]茹曉紅.礦渣磷尾礦免燒磚的開發(fā)研究[D].武漢理工大學(xué)，2010

X705

A

西北民族大學(xué)國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目，（項(xiàng)目編號：201710742074）