王 四 清

(湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421002)

·建筑材料及應(yīng)用·

混合建筑垃圾骨料砂漿的性能研究★

王 四 清

(湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421002)

對(duì)混合建筑垃圾骨料砂漿和天然河砂骨料砂漿的物理、力學(xué)性能進(jìn)行了對(duì)比研究，結(jié)果表明，在膠凝材料用量相同、砂漿稠度相近時(shí)，混合建筑垃圾骨料砂漿除吸水率稍偏大外，其抗壓強(qiáng)度明顯高于天然河砂骨料砂漿，其他物理性能與天然河砂砂漿基本相近，能有效解決城市建筑垃圾的處理難題。

建筑垃圾，砂漿，吸水率，自然干燥收縮率，抗壓強(qiáng)度

0 引言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展和舊城的提質(zhì)改造，在新建和拆遷過程中，一方面產(chǎn)生了大量的建筑垃圾，出現(xiàn)了“垃圾圍城”現(xiàn)象；另一方面，新建又需要消耗大量的水泥、砂、石、磚等建筑材料，而生產(chǎn)這些建筑材料的原料均取之于巖土，這又將導(dǎo)致山林、耕地和江河受到毀損、水土流失、環(huán)境破壞，長(zhǎng)此下去，人類賴以生存的環(huán)境將受到嚴(yán)重的威脅。且我國(guó)又是一個(gè)人均資源擁有量相當(dāng)匱乏的國(guó)家，因此，建筑垃圾無害化循環(huán)利用已勢(shì)在必行。

建筑垃圾并非垃圾，建筑垃圾中以磚(或砌塊)、混凝土、砂漿等無機(jī)非金屬物質(zhì)為主，此外還有少量的鋼材、木材、玻璃、塑料等，它們都是可回收再利用的資源，我國(guó)目前只是將其中的鋼材、木材、塑料進(jìn)行了回收，剩余部分的利用率極低。據(jù)工信部統(tǒng)計(jì)，2012年我國(guó)新建和拆遷所產(chǎn)生的建筑垃圾就高達(dá)15億t之多，進(jìn)行資源化利用的不到5%，而歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的利用率已達(dá)95%以上。

本研究利用建筑垃圾中的廢磚、廢混凝土、廢砂漿等無機(jī)非金屬固體廢棄物的混合物作為骨料，以復(fù)合硅酸鹽水泥和建筑石灰膏為膠凝材料配制不同強(qiáng)度等級(jí)的建筑垃圾骨料砂漿。研究過程中，以天然河砂骨料砂漿作為參比，在膠凝材料用量相同、砂漿稠度相近時(shí)，分別對(duì)其保水率、吸水率、自然干燥收縮率、抗壓強(qiáng)度等物理力學(xué)性能進(jìn)行了試驗(yàn)與分析，給出了相應(yīng)的研究結(jié)論，以供生產(chǎn)和應(yīng)用參考。

1 砂漿的材料組成與性能測(cè)試

1.1 建筑垃圾骨料與天然河砂

本研究以磚混結(jié)構(gòu)為例。在磚混結(jié)構(gòu)建筑中，燒結(jié)磚占30%～50%、砂漿占25%～35%、混凝土占20%～30%、其他(陶瓷、玻璃)占5%～10%，它們均具有一定的抗壓強(qiáng)度。

首先將建筑垃圾用小型鱷式破碎機(jī)將其破碎成最大公稱粒徑不大于5 mm的顆粒，然后按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25176—2010混凝土和砂漿用再生細(xì)骨料[1]和GB/T 14684—2011建設(shè)用砂[2]的有關(guān)規(guī)定，分別對(duì)建筑垃圾骨料和天然河砂的主要物理性能進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

從試驗(yàn)結(jié)果分析，兩者的級(jí)配情況和粗細(xì)程度相近，但建筑垃圾骨料的堆積密度明顯小于天然河砂、壓碎指標(biāo)明顯大于天然河砂，且建筑垃圾骨料的單級(jí)最大壓碎指標(biāo)值已略超出了《混凝土和砂漿用再生細(xì)骨料》中規(guī)定的30%，這主要是混合建筑垃圾中的燒結(jié)磚具有大量的孔隙、質(zhì)量輕、強(qiáng)度低，且占比較大所致。

表1 建筑垃圾骨料與天然河砂的物理性能試驗(yàn)結(jié)果

1.2 水泥

本研究所用水泥為復(fù)合硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為32.5，其主要技術(shù)性能見表2。

表2 水泥的主要技術(shù)性能 MPa

1.3 建筑石灰膏

建筑石灰膏主要化學(xué)成分為Ca(OH)2。本研究所用石灰膏的稠度為40 mm。

建筑石灰膏一方面能夠改善砂漿的和易性，另一方面還能提高砂漿的強(qiáng)度，特別是含有公稱粒徑不大于0.16 mm的建筑垃圾粉料的建筑垃圾骨料砂漿。國(guó)內(nèi)已有研究表明，公稱粒徑不大于0.16 mm的建筑垃圾粉料的主要成分為SiO2，Al2O3及CaO等，這些物質(zhì)均具有化學(xué)活性，容易與Ca(OH)2發(fā)生水化反應(yīng)生成水化硅酸鈣和水化硅酸鋁等膠凝性產(chǎn)物[3，4]，從而提高混合建筑垃圾骨料砂漿的強(qiáng)度。

2 砂漿的性能測(cè)試與結(jié)果分析

2.1 性能測(cè)試

首先依據(jù)JGJ/T 98—2010砌筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[5]設(shè)計(jì)以天然河砂為骨料的不同強(qiáng)度等級(jí)的對(duì)比砂漿的配合比，以混合建筑垃圾為骨料的研究砂漿的配合比的水泥用量和石灰膏的用量均與對(duì)比砂漿相同，對(duì)比砂漿和研究砂漿的骨料用量均為其堆積密度值，然后依據(jù)JGJ/T 70—2009建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法[6]分別對(duì)對(duì)比砂漿和研究砂漿的物理力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。

由于砂漿的稀稠直接影響到砂漿的物理力學(xué)性能，為了使試驗(yàn)結(jié)果具有可比性，故本研究結(jié)果均是在兩者的稠度達(dá)到相近時(shí)的測(cè)試結(jié)果,具體見表3。

2.2 結(jié)果分析

表3 對(duì)比砂漿與研究砂漿的物理力學(xué)性能

從砂漿的物理力學(xué)性能對(duì)比測(cè)試結(jié)果得知，當(dāng)1 m3砂漿中的水泥用量為214 kg～275 kg，水泥和石灰膏的總用量為350 kg，兩者的稠度為80 mm～93 mm時(shí)，混合建筑垃圾骨料砂漿和天然河砂砂漿的物理力學(xué)性能對(duì)比分析如下：

1)拌和用水量。

建筑垃圾骨料砂漿的拌和用水量比天然河砂砂漿多27%左右。這主要是建筑垃圾骨料中的燒結(jié)磚、廢砂漿、廢混凝土等顆?？紫堵瘦^大，具有較大的吸水率，且粒徑不大于0.16 mm的含量也比河砂高，故當(dāng)水泥和石灰膏的用量相同、砂漿的稠度相近時(shí)，建筑垃圾骨料砂漿的單位用水量大于天然河砂砂漿。

2)保水率。

混合建筑垃圾骨料砂漿的保水率為90.0%～92.1%，天然河砂砂漿的保水率為89.1%～91.6%，均超過了JGJ/T 98—2010砌筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程中規(guī)定的84%，砂漿的保水率良好。

3)抗壓強(qiáng)度。

當(dāng)單位水泥用量為214 kg～275 kg，石灰膏的用量為136 kg～25 kg時(shí)，混合建筑垃圾骨料砂漿28 d齡期的抗壓強(qiáng)度為6.1 MPa～9.0 MPa，天然河砂砂漿的強(qiáng)度為3.4 MPa～7.4 MPa?；旌辖ㄖ橇仙皾{抗壓強(qiáng)度是天然河砂砂漿的180%～121%，且隨著砂漿強(qiáng)度的提高，抗壓強(qiáng)度比逐漸降低。

砂漿的抗壓強(qiáng)度主要由膠凝材料與骨料的界面粘結(jié)力以及骨料本身的強(qiáng)度決定，而膠凝材料與骨料的界面粘結(jié)力不僅與膠凝材料的用量和強(qiáng)度有關(guān)外，還與骨料表面的粗糙程度、潔凈度等因素有關(guān)。砂漿正常受壓破壞應(yīng)該是膠凝材料與骨料界面的粘結(jié)力達(dá)到極限后而開裂破壞，如果出現(xiàn)砂漿骨料先破壞，則說明骨料的抗壓強(qiáng)度不夠。

在膠凝材料的強(qiáng)度和用量相同的情況下，由于混合建筑垃圾骨料中含有10%左右的公稱粒徑不大于0.16 mm粉料，這些粉料中含有SiO2，Al2O3，CaO等活性礦物，它們能與Ca(OH)2發(fā)生水化反應(yīng)生成更多的水化硅酸鈣和水化硅酸鋁等膠凝性物質(zhì)，且建筑垃圾骨料是經(jīng)機(jī)械粉碎而成，表面粗糙，與水泥漿的表面粘結(jié)力強(qiáng)，故使得混合建筑垃圾骨料砂漿的強(qiáng)度比天然河砂砂漿的強(qiáng)度要高。

當(dāng)砂漿強(qiáng)度較高時(shí)，骨料的強(qiáng)度對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響較為明顯，由于混合建筑垃圾骨料的最大單級(jí)壓碎指標(biāo)值比天然河砂大得多，即混合建筑垃圾骨料的強(qiáng)度比天然河砂的強(qiáng)度低很多，故隨著砂漿強(qiáng)度的提高，混合建筑垃圾骨料砂漿與天然河砂砂漿的抗壓強(qiáng)度比逐漸減少。

4)自然干燥收縮率。

混合建筑垃圾骨料砂漿28 d齡期的自然干燥收縮率為0.13%～0.15%，天然河砂砂漿的自然干燥收縮率為0.09%～0.12%，且隨著水泥用量的增加而增大?；旌辖ㄖ橇仙皾{的自然干燥收縮率略大于天然河砂砂漿，但均未超過JG/T 291—2011建筑用砌筑和抹灰干混砂漿[7]中規(guī)定的0.15%。

砂漿的自然干燥收縮率的大小主要取決于水泥用量和拌和用水量，水泥用量愈大、拌和用水量愈多，則砂漿硬化后的收縮率就愈大。雖然混合建筑垃圾骨料砂漿的水泥用量與天然河砂砂漿相同，但由于混合建筑垃圾骨料含有較多的孔隙，且含有較多的粒徑不大于0.16 mm的粉料，在砂漿稠度相同的前提下，混合建筑垃圾骨料砂漿的拌和用水量比天然河砂砂漿要多，故混合建筑垃圾骨料砂漿的自然干燥收縮率比天然河砂砂漿大。

5)吸水率。

混合建筑垃圾骨料砂漿28 d齡期的吸水率為24.7%～22.8%，天然河砂砂漿為14.2%～12.1%，混合建筑垃圾骨料砂漿的吸水率明顯高于天然河砂砂漿，且吸水率隨著砂漿強(qiáng)度的提高而有所減少。這主要是由于混合建筑垃圾骨料中的燒結(jié)磚、廢砂漿、廢混凝土等顆粒具有多孔結(jié)構(gòu)，孔隙率較大，故吸水率大，但隨著砂漿強(qiáng)度的提高，水泥用量增大，水泥水化產(chǎn)生的膠凝物質(zhì)增多，砂漿的密實(shí)度得以提高，從而使得砂漿的吸水率有所下降。

3 結(jié)論

1)在水泥和石灰膏用量相同、稠度相近時(shí)，混合建筑垃圾骨料砂漿的拌合用水量比顆粒粗細(xì)相近的天然河砂砂漿多27%左右，但砂漿的保水率均大于84%，滿足JGJ/T 98—2010砌筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程中對(duì)水泥混合砂漿保水率的要求，砂漿保水率良好。

2)當(dāng)1 m3混合建筑垃圾骨料砂漿中的水泥用量為214 kg～275 kg，水泥和石灰膏的總用量為350 kg，稠度為85 mm～93 mm時(shí)，砂漿28 d抗壓強(qiáng)度可達(dá)到6.1 MPa～9.0 MPa，比相同膠凝材料用量的天然河砂砂漿的強(qiáng)度高80%～21%，但增幅隨砂漿強(qiáng)度的提高而逐漸減少。

3)砂漿28 d抗壓強(qiáng)度不大于9 MPa時(shí)，混合建筑垃圾骨料砂漿的質(zhì)量吸水率比天然河砂砂漿大74%～88%，且隨著砂漿強(qiáng)度的提高而減少。

4)砂漿28 d抗壓強(qiáng)度不大于9 MPa時(shí)，混合建筑垃圾骨料砂漿的自然干燥收縮率比天然河砂砂漿大44%～25%，且隨著砂漿強(qiáng)度的提高而增大，但收縮率均不大于0.15%，滿足JG/T 291—2011建筑用砌筑和抹灰干混砂漿中的規(guī)定要求。

5)由于房屋建筑地上部分墻體所用砌筑和抹灰砂漿的強(qiáng)度等級(jí)通常在M5～M7.5之間，故混合建筑垃圾骨料砂漿的抗壓強(qiáng)度完全能滿足房屋建筑地上部分墻體的砌筑和抹灰，且在達(dá)到相同抗壓強(qiáng)度時(shí)，混合建筑垃圾骨料砂漿相比天然河砂骨料砂漿的水泥用量要少，既可減少砂漿的自然干燥收縮率，還可節(jié)約造價(jià)。由于混合建筑垃圾骨料砂漿的吸水率偏大，故用于墻體抹灰時(shí)，適宜于室內(nèi)墻體，不適宜室外墻體。

6)可有效解決城市建筑垃圾的處理難題，既可做到資源重復(fù)利用獲得經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還具有節(jié)能環(huán)保的社會(huì)效應(yīng)。

[1] GB/T 25176—2010，混凝土和砂漿用再生細(xì)骨料[S].

[2] GB/T 14684—2011，建設(shè)用砂[S].

[3] 郝先成，蹇守衛(wèi)，徐如林.混凝土類建筑垃圾粉料堿激發(fā)的活性評(píng)定[J].建設(shè)科技,2012(8):84-86.

[4] 馬保國(guó)，郝先成，蹇守衛(wèi),等.建筑垃圾中細(xì)粉料的活性研究[J].中國(guó)建材科技,2006(1):9-12.

[5] JGJ/T 98—2010，砌筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

[6] JGJ/T 70—2009,建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法[S].

[7] JG/T 291—2011，建筑用砌筑和抹灰干混砂漿[S].

The performance research on mixed building waste aggregate mortar★

Wang Siqing

(HunanHighSpeedRailwayCareerTechnicalCollege,Hengyang421002,China)

This paper compared and researched the physics, mechanical properties of mixed building waste aggregate mortar and natural sand aggregate mortar, the results showed that in the same amount of gel material, mortar consistency, the mixed building waste aggregate mortar except water absorption rate slightly large, its compressive strength significantly higher than natural sand aggregate mortar, other physical properties similar with natural sand mortar, could effectively solve the process problems of city building waste.

building waste, mortar, water absorption rate, natural drying shrinkage, compressive strength

1009-6825(2017)20-0113-03

2017-04-19★：2012年衡陽市科技局工業(yè)科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012KG80)

王四清(1965- )，男，講師

TU578.1

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