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        建筑垃圾制備輕質(zhì)墻體材料的研究

        2022-11-09 08:34:54劉樂劉曉娟陳建印趙昕秦興磊
        廣東建材 2022年10期
        關(guān)鍵詞:聚苯渣土固化劑

        劉樂 劉曉娟 陳建印 趙昕 秦興磊

        (棗莊中聯(lián)水泥有限公司)

        0 引言

        自十九世紀(jì)四十年代以來,歐洲、美國、日本等發(fā)達(dá)國家就已經(jīng)相繼開展了新型輕質(zhì)墻體材料的研究,我國對輕質(zhì)墻材材料的研究起步較晚,其研究方向大多為水泥發(fā)泡、纖維增強(qiáng)、輕骨料混凝土等,其產(chǎn)品性能較好,但對原材料的要求較高,產(chǎn)品價(jià)格偏高[1-3]。我國正處在基礎(chǔ)建設(shè)高速發(fā)展的時(shí)期,建筑原材料價(jià)格不斷上漲,環(huán)境保護(hù)的要求不斷提高,迫切需要一種價(jià)格低廉、更加環(huán)保的輕質(zhì)墻材產(chǎn)品[3-6]。有關(guān)研究表明,建筑垃圾可以用于制備輕質(zhì)墻體材料,因此本實(shí)驗(yàn)擬利用廢棄混凝土、廢磚、渣土等建筑垃圾對制備輕質(zhì)墻體材料進(jìn)行研究。

        1 試驗(yàn)原料及方法

        1.1 水泥和聚苯顆粒

        本試驗(yàn)所用水泥為P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥,其基本物理性能如表1 所示。

        表1 水泥的基本物理性能

        聚苯顆粒為粒徑在1~2mm,堆積密度在17㎏/m3左右的市售聚苯顆粒。

        1.2 建筑垃圾

        試驗(yàn)所用建筑垃中的廢棄混凝土、廢磚、渣土均取自建筑工地,經(jīng)過挑選、均化、破碎、過篩等處理后使用,各原材料的化學(xué)成分及XRD 衍射分析見表2 和圖1。

        從表2 和圖1 中可以看出,渣土和廢磚粉中的主要化學(xué)成分是SiO2和Al2O3,其主要礦物為石英和長石,廢混凝土粉的主要化學(xué)成分為CaO 和SiO2,主要礦物為石英和方解石。

        表2 渣土、廢混凝土粉、廢磚粉的化學(xué)成分

        1.3 活性指數(shù)

        對廢混凝土粉和廢磚粉進(jìn)行了活性指數(shù)的測定,試驗(yàn)中水灰比固定為0.5,廢混凝土粉和廢磚粉均以30%的比例替代水泥,試驗(yàn)結(jié)果見表3。

        從表3 中可以看出,廢混凝土粉的活性指數(shù)在60%左右,廢磚粉的活性指數(shù)在58%左右,兩種原材料的活性均不高且相差不大。

        表3 廢混凝土粉和廢磚粉強(qiáng)度活性指數(shù)

        1.4 試驗(yàn)方法

        按一定配比準(zhǔn)確稱量各種原材料的用量,把稱量好的物料倒入攪拌鍋中,攪拌均勻后加入一定量的水和一定體積的聚苯顆粒,待聚苯顆粒和物料均勻地膠結(jié)在一起,關(guān)閉攪拌機(jī),裝入70.7mm×70.7mm×70.7mm 的試模,插搗密實(shí)后,表面覆蓋塑料薄膜,放置水泥標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)1d 后脫模得到試塊,試塊覆膜包裹繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期28d 后,將試塊置于烘箱中烘干至衡重,測試其干密度和抗壓強(qiáng)度。

        2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

        2.1 廢混凝土粉、廢磚粉對試塊的影響

        采用雙因素試驗(yàn),探究廢混凝土粉和磚粉用量對輕質(zhì)墻材性能的影響,試驗(yàn)配比及結(jié)果見表4,其中成型一組試塊,原材料總料量為850g,聚苯顆粒用量均為1L,水料比為0.27。

        從表4 中可以看出,隨著廢混凝土粉摻量的增加、廢磚粉摻量的減少,抗壓強(qiáng)度先增長后降低,當(dāng)廢混凝土摻量在40wt%、廢磚粉摻量在25wt%時(shí),抗壓強(qiáng)度最高為3.84MPa;隨著廢混凝土粉摻量的增加、廢磚粉摻量的減少,試塊的干密度呈不斷下降的趨勢,即增加廢混凝土粉的用量有利于試塊干密度的降低。

        表4 試驗(yàn)配比及結(jié)果

        2.2 聚苯顆粒對試塊的影響

        選取上組抗壓強(qiáng)度最高的配比A6 為基準(zhǔn)配比,研究聚苯顆粒的用量對試塊性能的影響,試驗(yàn)中聚苯顆粒用量及試驗(yàn)結(jié)果見表5,其中成型一組試塊,原材料總料量為850g,水料比為0.27。

        表5 試驗(yàn)配比及結(jié)果

        從表5 中可以看出,隨著聚苯顆粒摻量的增加,試塊的抗壓強(qiáng)度和干密度均呈不斷下降的趨勢,其中當(dāng)聚苯顆粒摻量大于1.15L 時(shí),試塊的抗壓強(qiáng)度下降比較明顯,干密度下降也比較明顯,即聚苯顆粒的摻量不宜超過1.15L。

        2.3 固化劑對試塊的影響

        為進(jìn)一步提高試塊的性能,在上述B6 配比下,外摻適量固化劑,固化劑的主要成分包括氨基磺酸鹽、硫酸鈉、氯化銨、氯化鎂、硅烷偶聯(lián)劑等,其固含量為20%,試驗(yàn)配比及試驗(yàn)結(jié)果見表6。

        從表6 中可以看出,加入固化劑可以提高試塊的抗壓強(qiáng)度,當(dāng)固化劑摻量在3.0wt%時(shí),抗壓強(qiáng)度最高為3.95MPa,與空白組C0 相比,抗壓強(qiáng)度提高了9.4%,隨著固化劑摻量(0~2.0wt%)的增加,試塊的抗壓強(qiáng)度有不斷升高的趨勢,當(dāng)固化劑摻量超過2.0wt%時(shí),其抗壓強(qiáng)度變化不大;隨著固化劑摻量的增加,試塊的干密度變化不大,所以固化劑的摻量為2.0wt%較為適宜。

        表6 試驗(yàn)配比及結(jié)果

        2.4 正交試驗(yàn)優(yōu)化

        為進(jìn)一步優(yōu)化試驗(yàn)配比,確定各原材料、固化劑的最優(yōu)摻量,進(jìn)行了正交試驗(yàn)。試驗(yàn)以水泥、固化劑、廢混凝土粉、磚粉為試驗(yàn)因素,其中水泥(因素A)取15wt%、20wt%、25wt%三個(gè)水平,廢混凝土粉(因素B)取20wt%、30wt%、40wt%三個(gè)水平,廢磚粉(因素C)取15wt%、20wt%、25wt%三個(gè)水平,固化劑(因素D)摻量取1.5wt%、2.0wt%、2.5wt%三個(gè)水平,渣土為余料摻量,其中成型一組試塊,原材料總料量為850g,聚苯顆粒用量均為1L,水料比為0.27。正交試驗(yàn)配比及試驗(yàn)結(jié)果見表7。

        表7 正交試驗(yàn)配比

        從表7 中可以看出,D8 組試塊的抗壓強(qiáng)度最高為4.21MPa,干密度為866㎏/m3,D3 組試塊干密度最低為840㎏/m3,抗壓強(qiáng)度為3.25MPa。為檢驗(yàn)各因素水平對試塊抗壓強(qiáng)度和干密度影響大小,進(jìn)行了正交試驗(yàn)極差分析,分析結(jié)果見表8。

        從表8 極差分析中可以看出,對抗壓強(qiáng)度的影響,水泥的影響最大,其次是廢混凝土粉,廢磚粉和固化劑的影響差不多,均較小,以抗壓強(qiáng)度為分析指標(biāo),得到的較優(yōu)組合為A3B3C1D3,即原材料配比為水泥25wt%、廢混凝土粉40wt%、廢磚粉15wt%、渣土20wt%、固化劑2.5wt%;對干密度的影響,水泥的影響也是最大,其次是廢混凝土粉,廢磚粉和固化劑影響不大,以干密度為分析指標(biāo),得到的較優(yōu)組合為A1B3C2D1,即原材料配比為水泥15wt%、廢混凝土粉40wt%、廢磚粉20wt%、渣土25wt%、固化劑1.5wt%。為得到抗壓強(qiáng)度和干密度均較好的配比,進(jìn)行了兩組配比的驗(yàn)證試驗(yàn),試驗(yàn)配比及結(jié)果見表9。

        表8 正交試驗(yàn)極差分析結(jié)果

        表9 驗(yàn)證試驗(yàn)配比及結(jié)果

        從表9 中可以看出D10 組試塊抗壓強(qiáng)度可達(dá)4.31MPa,干密度為855㎏/m3,D11 組試塊抗壓強(qiáng)度為3.33MPa,干密度為841㎏/m3,兩組試塊干密度僅相差14㎏/m3,強(qiáng)度卻相差0.98MPa,因此較優(yōu)配比應(yīng)為D10組配比,即原材料較優(yōu)配比為水泥25wt%、廢混凝土粉40wt%、廢磚粉15wt%、渣土20wt%、固化劑2.5wt%。

        3 結(jié)論

        建筑垃圾是放錯(cuò)了地方的資源,通過利用建筑垃圾中廢棄混凝土、廢磚、渣土等制備輕質(zhì)墻體材料的研究,可以得出的結(jié)論有:

        ⑴廢混凝土、廢磚、渣土中的主要化學(xué)成分有SiO2、Al2O3、CaO 等,主要以石英、長石、方解石等礦物的形式存在。

        ⑵廢混凝土、廢磚磨成細(xì)粉后,具有一定的活性,其活性指數(shù)均在60%左右,廢混凝土活性稍高。

        ⑶通過雙因素試驗(yàn)的研究,得到廢混凝土粉和廢磚粉摻量分別在40wt%、25wt%時(shí),試塊的抗壓強(qiáng)度最高為3.84MPa。

        ⑷聚苯顆粒作為輕質(zhì)骨料,其摻量不宜超過1.35L/㎏。

        ⑸加入固化劑可以提高試塊的抗壓強(qiáng)度,固化劑的適宜摻量為2.0wt%,試塊的抗壓強(qiáng)度可提高9%左右。

        ⑹通過正交試驗(yàn)優(yōu)化得到的較優(yōu)配比為水泥25wt%、廢混凝土粉40wt%、廢磚粉15wt%、渣土20wt%、固化劑2.5wt%,抗壓強(qiáng)度可達(dá)4.31MPa,干密度為855㎏/m3。

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