建筑裝修垃圾再生骨料的研究

魏建軍

近年來(lái)，越來(lái)越多學(xué)者開(kāi)始研究建筑垃圾循環(huán)利用技術(shù)。從現(xiàn)有研究可知：比起天然骨料，再生骨料有更高的吸水率和壓碎指標(biāo)等，表觀密度、堆積密度和堅(jiān)固性較高[1-3]；再生混凝土強(qiáng)度普遍較低，且其耐久性能和力學(xué)性能均隨著再生骨料占比的提升而降低[4]；再生骨料混凝土比天然骨料有更多的內(nèi)部界面過(guò)渡區(qū)，耐久性能和整體力學(xué)性能偏低[5]。基于此，本文對(duì)建筑裝修垃圾處置時(shí)再生材料及產(chǎn)品的基本性能試驗(yàn)進(jìn)行研究。

1 原材料及試驗(yàn)方案

1.1 原材料

試驗(yàn)材料主要包括4 種：第1，建筑工程垃圾再生骨料。經(jīng)破碎、篩分等工序處理后的建筑垃圾，骨料粒徑0 ～8 mm。第2，建筑裝修工程再生骨料。經(jīng)破碎、分選、風(fēng)選、除塵和篩分等工序處理后的建筑裝修垃圾，骨料粒徑0 ～8 mm。第3，粉煤灰。采用達(dá)到Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的粉煤灰。第4，管樁余漿。42.5 MPa 強(qiáng)度等級(jí)的廢棄漿液。

1.2 再生混凝土磚配合比試驗(yàn)

再生混凝土磚配合比試驗(yàn)共設(shè) 計(jì)240 mm×115 mm×90 mm 的 實(shí)心 磚 和240 mm×115 mm×53 mm 的多孔磚2 種建筑廢棄物再生磚，兩類再生磚的配合比如表1 所示。其中，RB 表示再生磚，數(shù)字表示裝修垃圾再生骨料的占比。配合比設(shè)計(jì)完成后，可以根據(jù)相關(guān)規(guī)范《砌墻磚試驗(yàn)方法》（GB/T 2542―2012）和《混凝土砌塊和磚試驗(yàn)方法》（GB/T 4111―2013）開(kāi)展干燥收縮率試驗(yàn)、吸水率試驗(yàn)和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

表1 再生磚配合比設(shè)計(jì)

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 骨料技術(shù)性能試驗(yàn)結(jié)果

兩類再生骨料顆粒級(jí)配見(jiàn)圖1。裝修垃圾和工程垃圾的再生骨料細(xì)度模數(shù)分別為2.47 和2.95，兩類再生骨料性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

圖1 兩種骨料級(jí)配曲線圖（來(lái)源：作者自繪）

表2 兩類再生骨料相關(guān)指標(biāo)

根據(jù)圖1 可知，工程垃圾再生骨料顆粒粒徑整體上要高于裝修垃圾再生骨料，原因主要在于再生骨料不同的組成成分和處理工藝。裝修垃圾組成成分相對(duì)復(fù)雜，含有較多低強(qiáng)度物質(zhì)，在篩分低強(qiáng)度物質(zhì)時(shí)可將其破碎成較小粒徑的顆粒。而工程垃圾主要為廢棄混凝土塊，成分單一且有較高強(qiáng)度，破碎篩分時(shí)有較大骨料粒徑。

從表2 來(lái)看，工程垃圾再生骨料有較大的表觀密度，原因在于裝修垃圾中質(zhì)量較輕的廢棄布料和塑料等更多，人工分選時(shí)難以分選干凈；兩類再生骨料均有較高的含泥量，原因在于各類處置環(huán)節(jié)中缺乏清晰的步驟；裝修垃圾再生骨料含泥量較大，表明破碎后所得再生骨料僅有較小粒徑；裝修垃圾再生骨料有更大的壓碎指標(biāo)，原因在于裝修垃圾中塑料碎屑等強(qiáng)度較低的材料占比高。整體上看，裝修垃圾再生骨料的表觀密度和骨料粒徑均比工程垃圾再生骨料小，而其壓碎指標(biāo)和含泥量均較大，骨料性質(zhì)較差。

2.2 裝修垃圾再生骨料對(duì)兩類再生磚性能的影響

2.2.1 抗壓強(qiáng)度

裝修垃圾再生骨料占比與兩類再生磚抗壓強(qiáng)度擬合直線的關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 抗壓強(qiáng)度-裝修垃圾再生骨料占比關(guān)系圖（來(lái)源：作者自繪）

隨著裝修垃圾再生骨料占比的不斷增加，兩類再生混凝土磚的抗壓強(qiáng)度顯著減小，主要原因在于裝修垃圾再生骨料組成成分復(fù)雜且有較高的含泥量。從性能測(cè)試上看，裝修垃圾再生骨料的含泥量約為14%，壓碎指標(biāo)約為27%，大于工程垃圾再生骨料的對(duì)應(yīng)指標(biāo)，即裝修垃圾再生骨料質(zhì)量較差。骨料含泥量和低強(qiáng)度成分隨裝修垃圾再生骨料占比的增加而增多，同時(shí)再生混凝土磚中骨料和砂漿以及砂漿間的粘結(jié)強(qiáng)度隨裝修垃圾中輕物質(zhì)等成分的降低而降低，進(jìn)而影響再生混凝土磚的整體強(qiáng)度。再生混凝土實(shí)心磚各類配合比下的抗壓強(qiáng)度均高于10 MPa；50%裝修垃圾再生骨料占比的再生混凝土實(shí)心磚平均強(qiáng)度大于15 MPa；75%裝修垃圾再生骨料占比的再生混凝土實(shí)心磚平均強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到MU15；100%裝修垃圾再生骨料占比的再生混凝土實(shí)心磚平均強(qiáng)度不滿足相關(guān)要求。未摻入裝修垃圾再生骨料的再生混凝土多孔磚最高抗壓強(qiáng)度約為14 MPa，50%以上裝修垃圾再生骨料占比的再生混凝土多孔磚抗壓強(qiáng)度已不滿足要求。

兩類再生磚抗壓強(qiáng)度和裝修垃圾再生骨料摻量的線性擬合結(jié)果分別見(jiàn)式（1）和式（2）：

式中：fc1和fc2分別代表實(shí)心磚和多孔磚的抗壓強(qiáng)度，MPa；x代表總再生骨料中裝修垃圾再生骨料占比，%。

綜合上述分析可知，隨著裝修垃圾再生骨料占比的不斷增加，兩類再生磚抗壓強(qiáng)度不斷降低。對(duì)于75%以下裝修垃圾再生骨料占比的再生混凝土實(shí)心磚的抗壓強(qiáng)度均大于10 MPa，對(duì)于50%以下裝修垃圾再生骨料占比的再生混凝土實(shí)心磚的抗壓強(qiáng)度均大于15 MPa。

2.2.2 吸水率

裝修垃圾再生骨料的占比與兩類再生磚24 h 吸水率的擬合直線關(guān)系見(jiàn)圖3。由圖3 可知，兩類再生磚24 h吸水率均隨裝修垃圾再生骨料占比的增加而升高。再生混凝土多孔磚24 h吸水率更大，原因在于裝修垃圾比工程垃圾含有更多磚塊、混凝土砌塊和輕物質(zhì)等，使得裝修垃圾再生骨料吸水率更大，隨著裝修垃圾再生骨料占比的增加，再生骨料的24 h 吸水率也不斷增大。此外，再生混凝土多孔磚比起再生混凝土實(shí)心磚有更大的表面積，因此有相對(duì)較高的吸水率。

圖3 24 h 吸水率-裝修垃圾再生骨料占比關(guān)系圖（來(lái)源：作者自繪）

兩類再生磚24 h 吸水率和裝修垃圾再生骨料占比的線性擬合結(jié)果分別見(jiàn)式（3）和式（4）：

式中：W1和W2分別代表實(shí)心磚和多孔磚的吸水率，%。

綜上可知，兩類再生磚24 h 吸水率范圍為20%～23%，且吸水率與裝修垃圾再生骨料占比呈正比例關(guān)系。

2.2.3 干燥收縮率

裝修垃圾再生骨料占比與兩類再生磚干燥收縮率的擬合關(guān)系見(jiàn)圖4。

圖4 干燥收縮率-裝修垃圾再生骨料占比關(guān)系圖（來(lái)源：作者自繪）

兩類再生磚的干燥收縮率均隨裝修垃圾再生骨料占比的增加而增加，主要是因?yàn)殡S著裝修垃圾再生骨料占比的增加，吸水率不斷升高，使得再生磚的干燥收縮率不斷增加。多孔磚的干燥收縮率更大，原因在于多孔磚的孔洞結(jié)構(gòu)導(dǎo)致磚比表面積增大，表面有較多孔隙，試件浸水飽和后，孔隙填充水的作用導(dǎo)致孔壁出現(xiàn)向外的水張力，在經(jīng)過(guò)烘干處理后，多孔磚水壓消散，孔隙收縮，其干燥收縮率也隨之增大。此外，因多孔磚有更大的吸水率，使得多孔磚干燥收縮率較大。兩類再生磚干燥收縮率和裝修垃圾再生骨料占比的線性擬合結(jié)果分別見(jiàn)式（5）和式（6）：

式中：S1和S2分別代表實(shí)心磚和多孔磚的干燥收縮率，單位%。

隨著裝修垃圾再生骨料占比的增多，兩類再生磚干燥收縮率不斷上升，說(shuō)明摻入裝修垃圾再生骨料將增大再生混凝土磚的干燥收縮率。此外，再生混凝土實(shí)心磚干燥收縮率更小。

3 結(jié)論

本文探討了裝修垃圾再生骨料的技術(shù)性能，并基于此研究了再生混凝土磚中裝修垃圾再生骨料占比的影響，得到以下結(jié)論：第1，裝修垃圾再生骨料的表觀密度低于工程垃圾再生骨料，但壓碎指標(biāo)和含泥量較高，說(shuō)明裝修垃圾再生骨料技術(shù)性能較差。第2，再生混凝土磚抗壓強(qiáng)度隨裝修垃圾再生骨料占比的增加而下降，再生混凝土實(shí)心磚抗壓強(qiáng)度高于再生混凝土多孔磚。75%以下裝修垃圾再生骨料占比的再生混凝土實(shí)心磚強(qiáng)度達(dá)到10 MPa，裝修垃圾再生骨料占比減小時(shí)可達(dá)15 MPa；50%裝修垃圾再生骨料占比的再生混凝土多孔磚抗壓強(qiáng)度為10 MPa。因此，建議分別以75%和50%作為再生混凝土實(shí)心磚和多孔磚中裝修垃圾再生骨料的占比。第3，再生混凝土磚干燥收縮率和吸水率隨裝修垃圾再生骨料占比的增加而增大，再生混凝土實(shí)心磚吸水率和干燥收縮率較小。兩類再生磚均有大于0.1%的干燥收縮率，建議應(yīng)用于收縮變形要求較低的場(chǎng)所。