建筑裝修垃圾分選物工程特性及應用研究

章雨晨，尹立新，羅 婷，梁 玉

(常熟理工學院 商學院，江蘇 常熟 215500)

1 引言

城市化進程中舊建筑陸續被拆除，導致大量建筑垃圾產生，給人類居住環境帶來許多不利影響。日本、美國、德國等發達國家逐漸意識到對自然資源和生態的保護，把關注點放到建筑垃圾的回收利用上面，率先開始研究再生混凝土技術[1]。近年來，我國開始重視對建筑垃圾的處理，著手研究建筑廢棄物的再利用。孫家瑛等人研究再生混凝土集料生產過程，提出一套新型的再生混凝土骨料加工生產工藝[2]。再生廢磚粗骨料的吸水率遠高于天然碎石粗骨料，再生廢磚粗骨料的壓碎指標明顯高于天然碎石粗骨料[3]。朱坤學研究建筑垃圾的資源化利用，從配合比設計方法和優化骨料級配的角度研究配制高質量再生混凝土[4]。也有學者對再生骨料的性質和再生透水混凝土的配合比設計展開研究，對再生骨料透水混凝土進行試配和力學性能、透水性能的測試[5]。我國建筑垃圾回收利用率仍遠遠低于歐美等發達國家的水平，需要國內學者在建筑垃圾回收處理的科研道路上不斷地探索。

2 建筑裝修垃圾分選物的工程特性

2.1 建筑裝修垃圾主要組分

建筑裝修垃圾與普通建筑垃圾不同，包含了建筑裝修美化與改造所生成的垃圾成分，所以其組成成分更加的雜亂。分選物中的混凝土塊和砂漿塊占量最大，約占39.2%和36.8%，其次是紅磚塊(13.6%)和瓷磚塊(9.2%)，玻璃、木屑、塑料等材料含量較少[6]。需要注意的是，分選物組分中含有一定量的玻璃和瓷磚，玻璃和瓷磚塊的表面光滑，可能之后對配制再生混凝土的強度有負面影響。本文選取裝修垃圾分選物破碎后粒徑為5～20 mm的骨料作為研究對象，研究其特性并進行混凝土配制。

2.2 骨料的工程特性實驗研究

與天然骨料相比，建筑裝修垃圾分選物在堆積密度、吸水率、含泥量、壓碎值等工程特性方面存在一定的差別，這也將會影響制備的再生混凝土相關性能及強度。以下在實驗室內針對分選物組分的工程特性進行了試驗研究。分選物骨料顆粒的形狀各異，大小不一，堆積后顆粒之間空隙率大，相同體積的情況下，堆放的建筑垃圾分選物少，所以分選物堆積密度就低。經破碎處理后骨料的表面凹凸不平，以及內部存在孔隙，使骨料的吸水性能大大提高，遠高于其他類型的粗骨料。所以分選物中存在一定量的骨料就會影響到再生骨料整體的吸水率，關系到之后配合比設計的用水量問題。采用壓碎值指標法來測定骨料的堅固性，骨料的壓碎值直接關系到再生骨料整體的壓碎值，也與再生混凝土強度有關。骨料的壓碎指標很高，堅固性能差，不利于受壓，會影響再生骨料的壓碎值以及再生混凝土的強度。本文實驗發現，骨料的干濕狀態對骨料壓碎值的影響不大。分選物中細微粉末較多，含泥量大，有可能影響再生混凝土的配制強度。經實驗研究得出分選物的幾種工程特性，如表1所示。

表1 分選物工程特性

與天然骨料相比，建筑裝修垃圾分選物作為再生骨料的堆積密度較低，吸水率和含泥量大，壓碎值指標高，堅固性能差。

3 分選物再生用于混凝土的配合比研究

3.1 分選物制作混凝土的配合比設計

混凝土配合比是指混凝土中各組成材料之間的質量比例關系，混凝土配合比設計的核心內容是水灰比、砂率和單位用水量這3個參數的確定。建筑裝修垃圾分選物作為再生骨料配制再生混凝土，由于再生骨料比天然骨料的孔隙率、吸水率都要高，存在一定的差異，與普通混凝土配合比設計的順序也有所不同，所以再生混凝土配合比設計更復雜，再生混凝土的用水量需要著重考慮。

3.2 配合比試配

實驗過程中水泥采用42.5 MPa普通硅酸鹽水泥，粗骨料采用的是建筑裝修垃圾的分選物，粒徑為5～20 mm，100%替代天然石料，細骨料采用的是建筑裝修垃圾分選出的細顆粒，主要成分是砂漿碎粒，100%代替常用的砂。

本課題研究的再生骨料只適用于配制非承重結構的低強度等級混凝土，設計強度小于C40，再生混凝土配合比初步設計工作可根據《普通混凝土配合比設計規程》(JGJ55—2011)及相關文獻研究，估算出實驗所需的初步配合比，如表2所示。

表2 基準配合比

3.3 配合比優化

在再生混凝土配合比試配的基礎上，根據攪拌完倒出的混凝土漿干硬程度以及振動時模具中滲出的水量情況，對配合比進行優化調整。粗、細骨料及水泥量保持不變，改變配合比中的其他相關參數，調整水灰比取值以及用水量，水灰比控制在0.4～0.8范圍內變化。按照之前的過程繼續試配，直至確定符合要求的再生混凝土的配合比。方案2、方案3的強度等級可達到C20及以上，可以用來作為施工現場配合比(表3)。

表3 基準配合比實例

4 結論

通過配合比設計分析，建筑裝修垃圾分選物再生利用具有可行性，結合文獻資料，可以發現這些分選物也能夠應用于透水磚、輕質混凝土、河道磚等產品的配制。設計利用分選物制備透水磚應用于城市道路工程，可以緩解城市的熱島效應，維護生態水循環，從而保護環境。本文得出了以下幾個結論。

(1)測試了分選物中骨料成分的吸水率和壓碎值，試驗結果均很高，對再生骨料整體的性能影響很大，所以在工程應用中需要嚴格控制分選物中骨料的成分，避免對混凝土強度產生負面影響。另外，本文測試了分選物的含泥量，相比于天然骨料，分選物含泥量較大，分選物中的細微粉末過多會導致混凝土強度下降，所以在工程應用時也需要控制再生骨料的含泥量，用水清洗、自然風干后再使用。

(2)配合比設計是研究再生混凝土的重點和難點，根據配合比設計步驟得到初始配合比，在此基礎上試配、優化、調整，最終可使再生混凝土強度達到C20及以上。

(3)再生混凝土施工時要嚴格控制水灰比，水灰比不宜大于0.65，施工時嚴格控制建筑裝修垃圾分選物中的玻璃、瓷磚等雜物，這些成分表面光滑，對混凝土強度有負面影響。同時也需要控制再生骨料中的微細粉塵含量，微細粉末過多會導致混凝土強度下降。