雷秀玲，鐘睿曾，王瑛瑋，馬智法

（1.中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林長春130021；2.寧波市水利水電規(guī)劃設(shè)計研究院，浙江寧波315000；3.吉林大學(xué)材料學(xué)院，吉林長春130021）

低分揀建筑垃圾制備混凝土研究

雷秀玲1，鐘睿曾2，王瑛瑋3，馬智法1

（1.中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林長春130021；2.寧波市水利水電規(guī)劃設(shè)計研究院，浙江寧波315000；3.吉林大學(xué)材料學(xué)院，吉林長春130021）

中國垃圾存量已超過200億t，“垃圾圍城”越發(fā)嚴(yán)重，源化率僅為5%左右。文中針對建筑垃圾成分復(fù)雜、性能波動大和分揀困難的特點，研究了利用建筑垃圾做為骨料制備混凝土的性能，為建筑垃圾的低分揀利用做出了有益的探索。

建筑垃圾；低分揀；混凝土；制備

1 建筑垃圾利用的現(xiàn)狀及分析

1.1 現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計，中國垃圾存量已超過200億t，“垃圾圍城”越發(fā)嚴(yán)重。過去的十幾年里，中國對建筑垃圾的處理方式主要有2種：一是將建筑垃圾進(jìn)行輕度分揀，取得有一定殘值的部分，而將其他部分丟棄；二是未經(jīng)任何處理的建筑垃圾被運到郊外或者農(nóng)村，進(jìn)行露天堆放或填埋。以500～600 t/萬m2的標(biāo)準(zhǔn)推算，2020年中國還將新增建筑面積300億m2，由此產(chǎn)生建筑垃圾134億t，若單純堆存將占地223～333 hm2。

“建筑垃圾資源化”這一概念的提出為建筑垃圾處理提供了一條新的途徑。然而，由于種種原因，2005—2014年間，中國建筑垃圾資源化率僅為5%左右，而韓國、歐美發(fā)達(dá)國家每年建筑垃圾資源化率均已超過90%，形成了鮮明對比。因此，提高建筑垃圾資源化率，使其最大化地轉(zhuǎn)化為再生資源，對實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1.2存在的問題

目前，困擾建筑垃圾利用的最主要問題：一是建筑垃圾不同于生活垃圾，燃燒值很低，無法燃燒發(fā)電；二是建筑垃圾成分復(fù)雜、不同批次的建筑垃圾成分波動很大，并且分揀困難，給特定方向的利用造成極大困難。

針對建筑垃圾成分復(fù)雜、波動大和分揀困難的特點，試驗研究了利用建筑垃圾做為骨料制備混凝土的性能，為建筑垃圾的低分揀利用做出了有益的探索。

2 實驗材料及過程

2.1 實驗原料及設(shè)備

原料：325號水泥；建筑垃圾，例如磚、混凝土、陶瓷玻璃、石膏，引氣減水劑。

實驗設(shè)備：顎式破碎機；球型粉磨機；水泥膠砂振實臺；萬能試驗機；烘箱；冰柜；2目、4目、10目、20目、40目篩子各1個；40 mm×40 mm×160 mm模具；天平；量筒等。

2.2 配方設(shè)計

現(xiàn)階段拆除的建筑物誕生于多種年代，拆除后的建筑垃圾組成差異較大。一般老式建筑采用磚混結(jié)構(gòu)較多，拆后建筑垃圾紅磚的占比較大；而新式建筑多以混凝土框架結(jié)構(gòu)為主，拆后建筑垃圾混凝土的占比較大，而其他組分兩類建筑垃圾差異不大，其中的金屬、木材和塑料等可以通過破碎后的低度分揀獲得更有價值的利用。所以，為了模仿現(xiàn)階段的建筑垃圾組成，實驗共設(shè)計3種原料配比的骨料進(jìn)行對比試驗，3組骨料的配比如表1所示。

表1 3種骨料配方中各種原料的比例%

混凝土的配比為粗骨料：細(xì)骨料∶水泥=4∶3∶3；水灰比為0.6，其中引氣減水劑占水泥的2%。粗骨料分為2種粒徑，分別為：篩網(wǎng)2目下4目上和4目下10目上，兩種原料比例為1∶1；細(xì)骨料取篩網(wǎng)20目下40目上。

由于模具承載量大約為1 800 g，可以制作9個試塊，各種原料具體用量見表2。

表2 各組骨料的構(gòu)成用量g

混凝土其他材料組成：水泥用量為529.2 g，引水劑用量為10.8 g，水用量為324 ml。

2.3 實驗過程

將紅磚、混凝土、陶瓷等原料用顎式破碎機和球型粉磨機破碎到適當(dāng)粒徑，分別用2目、4目、10目、20目、40目篩子進(jìn)行篩分，得到實驗所需粒徑的粗細(xì)骨料待用。

2.3.1 試驗樣塊制備

實驗制備樣塊共3組，為滿足統(tǒng)計規(guī)律，每組樣塊制作30個，按照配方設(shè)計中所設(shè)計的配比分別稱取相應(yīng)質(zhì)量的各種原料，然后將稱量好的材料放入水泥膠砂攪拌機，并加入適量水進(jìn)行混合攪拌，搗實后在水泥膠砂振實臺上振實，表面覆蓋后在合適位置靜置24 h后拆模，將所有試塊放入水中濕養(yǎng)護7 d，7 d后將試塊取出放置在空氣中養(yǎng)護28 d，稱量并記錄所稱質(zhì)量。

2.3.2 吸水率測試

在每組試塊稱量之后，從中取出標(biāo)號前5號的樣塊進(jìn)行吸水率的測試，測試步驟：先將試塊放入熱水中完全浸泡4 h，浸泡后取出稱量質(zhì)量，得到樣塊吸水后的質(zhì)量，并通過公式吸水率=（吸水后質(zhì)量-吸水前質(zhì)量）÷吸水前質(zhì)量×100%，來求得試塊的吸水率。

2.3.3 抗壓強度測試

在吸水率測試完畢后將所選前5號試塊放在烘箱中烘干，同時再取標(biāo)號為6—15號的試塊進(jìn)行抗壓強度測試，從而得到試塊在未凍融前的標(biāo)準(zhǔn)28 d抗壓強度。

2.3.4 凍融循環(huán)實驗

根據(jù)自身實驗條件及相關(guān)資料，實驗設(shè)定冷凍時間為4 h，融化時間為2 h，此為一個凍融循環(huán)，首先取其余部樣塊分組標(biāo)號進(jìn)行凍融試驗。直至凍融循環(huán)次數(shù)達(dá)到35次時，取出一半試塊，在室溫下干燥，記錄相應(yīng)的樣塊質(zhì)量，計算35次凍融后的質(zhì)量損失。然后進(jìn)行抗壓強度測試，得到抗壓強度數(shù)據(jù)。剩余一半試塊繼續(xù)進(jìn)行凍融實驗，直到循環(huán)次數(shù)達(dá)到50次時，取出試塊干燥后同樣進(jìn)行質(zhì)量測量和抗壓強度測試，得到試塊的質(zhì)量損失及抗壓強度數(shù)據(jù)。

試驗混凝土制備過程及抗壓試驗測試方法按照GB/T50 081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，抗壓測試實驗條件為負(fù)荷控制1 000 N/s。

3 實驗結(jié)果及分析

3.1 吸水率實驗結(jié)果與分析

吸水率實驗結(jié)果見表3。

表3 各組吸水率%

由于甲組樣塊磚的比例最高，丙組樣塊混凝土的比例最高。由此可見，樣塊的吸水率隨著樣塊中磚的含量提高而提高。說明磚的吸水率大于混凝土，同時也證明磚的孔隙度要大于混凝土的孔隙度。

3.2 抗壓強度實驗結(jié)果與分析

利用萬能試驗機對3組試樣前10號樣品進(jìn)行測試所得數(shù)據(jù)如表4所示。從表4的對比可以得出：骨料中混凝土與磚的相對含量對抗壓強度影響不大。

表4 3組樣品抗壓強度MPa

3.3 凍融循環(huán)實驗結(jié)果與分析

3.3.1 質(zhì)量損失及分析

試驗為了探知凍融循環(huán)實驗對樣塊質(zhì)量的影響程度，并探討凍融循環(huán)實驗對骨料配比不同的樣塊質(zhì)量影響的規(guī)律。

由于抗壓強度測試屬于破壞性試驗，在35次凍融循環(huán)后1-10號樣品進(jìn)行抗壓強度測試被破壞，凍融試驗質(zhì)量損失=（凍融前質(zhì)量-凍融后質(zhì)量）/凍融前質(zhì)量×100%，其余各組樣塊凍融循環(huán)后質(zhì)量損失數(shù)據(jù)如表5所示。

由表5可以得出：35次凍融循環(huán)，試樣短期抗凍融能力與骨料配方有關(guān)，骨料中磚的含量越高，試樣短期抗凍融能力越強；50次凍融循環(huán)，骨料的配方對試樣的抗凍融性存在影響，在短期凍融循環(huán)實驗中，以磚骨料為主的混凝土抗凍融性較強，在長期凍融循環(huán)試驗中，以混凝土骨料為主的混凝土抗凍性更強。

3.3.2 抗壓強度數(shù)據(jù)及分析

試樣抗壓測試，見表6，凍融循環(huán)后抗壓強度損失，見表7。

對比3組試樣抗壓強度及凍融循環(huán)后抗壓強度損失，得出：骨料配方對樣塊凍融循環(huán)后的抗壓強度存在影響，骨料中磚的比例越高抗壓強度損失越多，骨料中混凝土比例越高，抗壓強度損失越小。

4 結(jié)論

1）在其他條件相同時，樣塊的吸水率跟骨料配方有關(guān)。由于磚的吸水率大于混凝土，所以樣塊中磚的含量越高，相應(yīng)的樣塊吸水率也越高；樣塊中混凝土含量越高，樣塊吸水率越低。

表5 凍融循環(huán)后質(zhì)量損失%

表6 試樣抗壓強度MPa

表7 凍融循環(huán)后抗壓強度損失%

2）在其他條件相同時，骨料的配方與試樣的抗壓強度有關(guān)，骨料中混凝土的含量越高，相應(yīng)的樣塊抗壓強度也越高。

3）在其他條件不變時，試樣的抗凍融能力與骨料配方有關(guān)。骨料中混凝土比例增加可以提高試樣的抗凍融性，骨料中磚比例的增加會降低混凝土抗凍融性。

4）在其他條件不變時，試樣在凍融循環(huán)之后的抗壓強度損失與骨料的配方有關(guān)。骨料中磚的含量越高，抗壓強度損失越大；骨料中混凝土含量越高，抗壓強度損失越小。

5）實驗?zāi)M低分揀建筑垃圾設(shè)計的3個骨料配方所制備的混凝土28 d強度、35次和50次凍融循環(huán)強度均高于15 MPa，滿足非承重墻體材料相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

［參考資料］

［1］李健，李永亮.佳木斯市固體廢棄物產(chǎn)生及利用分析［J］.中國資源綜合利用，2013，31（10）：32-34.

［2］王怡潔.建筑廢棄物資源化的榜樣［N］.中國建材報，2015(001）：1-4.

［3］尹喜霖，楊湘奎，初禹，等.佳木斯市城區(qū)固體廢棄物污染與處置利用途徑［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報2002（2）：82-87.

［4］Poon CS，Ann TW Yu，Ng LH.On-Site Sorting of Construction and Demolition Waste in Hong Kong［J］. Resources，Conservation and Recycling，2001，32：157-172.

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