劉文竹

（貴陽城市建設(shè)工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550023）

0 引言

相關(guān)研究表明，我國近20年來城市每年產(chǎn)出的建筑廢棄材料超過24億t[1]，其中超90%建筑廢棄材料沒有再利用。大量城市建筑廢棄材料堆積影響城市容貌，清運(yùn)建筑廢棄材料不僅需要消耗大量的人力物力，同時(shí)因揚(yáng)塵問題還會(huì)造成城市環(huán)境污染。因此，對(duì)城市建筑垃圾再利用已經(jīng)成為亟待解決的問題。我國城市建筑是由框架結(jié)構(gòu)、樓板、梁柱等組成，其主體為鋼筋混凝土，墻體則為磚砌體，建筑廢棄材料為廢棄的磚塊和混凝土[2]。將其進(jìn)行混合后，搭配其他材料可制作再生混凝土，該種混凝土質(zhì)量較輕，對(duì)環(huán)境沒有負(fù)面影響，也促進(jìn)了建筑廢棄材料的可循環(huán)利用。但目前針對(duì)再生混凝土的性能研究相對(duì)較少[3]，為拓展再生混凝土應(yīng)用路徑，本文在此研究以建筑廢棄材料為骨料的再生混凝土的制備并測(cè)試其性能。

1 再生混凝土制備

1.1 原材料選取

（1）骨料。再生混凝土所用的廢棄材料來自于城市房屋改造工程和基礎(chǔ)建筑施工工程，將建筑廢棄材料經(jīng)過錘擊、切割磁性分選、雜物分選、一級(jí)破碎、一級(jí)篩分以及初加工、粉碎等處理后得到廢棄材料再生混凝土骨料，該骨料屬于II級(jí)再生骨料，其物理性能參數(shù)如表1所示。

表1 再生混凝土骨料物理性能參數(shù)

（2）摻和料。為提升再生混凝土性能，將熱電廠發(fā)電產(chǎn)生的一級(jí)粉煤灰作為添加料，粉煤灰的組分如表2所示。

表2 粉煤灰組分（單位：%）

（3）水泥。制作再生混凝土所用的水泥普通硅酸鹽水泥，生產(chǎn)廠家為：東莞市潤(rùn)澤建材有限公司，水泥技術(shù)指標(biāo)如表3 所示。制作再生混凝土所用的水為普通自來水，其密度取1.0×103kg/m3。

表3 硅酸鹽水泥技術(shù)指標(biāo)

（4）減水劑。減水劑是制作再生混凝土必不可少的添加物。減水劑是表面活性劑的一種，將其添加到再生混凝土中可分散水泥顆粒，降低用水量。減水劑選擇萘系高效減水劑FDN-C，該減水劑為黃棕色固體粉末，易溶于水[4]，其主要成分為β-萘磺酸鹽甲醛聚合物。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

合理的配合比可有效提升再生混凝土的性能，設(shè)計(jì)粉煤灰摻量不同的再生混凝土，其配合比如表4所示。

表4 再生混凝土配合比

1.3 再生混凝土制備工藝

準(zhǔn)備好制備再生混凝土原材料后，依據(jù)表3 內(nèi)再生混凝土配合比制備混凝土試件，制備過程如下：

（1）攪拌。廢棄材料作為骨料時(shí)，其飽和面較干[5]，需將骨料提前至于清水中浸泡24h 備用。使用攪拌機(jī)通過裸石裹灰法制備混凝土試件。先制備與混凝土試件水灰比相同的水泥凈漿，將其涂抹在攪拌機(jī)內(nèi)壁，再將2/3的再生骨料放入攪拌機(jī)內(nèi)攪拌1min，再添加減水劑、粉煤灰等原料攪拌5min，然后將剩余的再生骨料放入攪拌機(jī)內(nèi)繼續(xù)攪拌3min，攪拌完成后卸料，再通過人工合拌2min。

（2）成型。使用振動(dòng)擠壓和人工插搗方式對(duì)攪拌好的混凝土進(jìn)行成型。選擇邊長(zhǎng)120mm 的正方體模具，分3～4 次將攪拌好的混凝土裝入其中，使用插搗棒自四周向內(nèi)插搗20～30 次，排空混凝土內(nèi)的氣泡后[6]，再使用橡皮錘輕輕捶打混凝土表面，使混凝土下降4cm 左右，繼續(xù)添加混凝土，然后重復(fù)插搗和捶打后，使用鐵墩壓實(shí)。

（3）標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。使用薄膜將成型后的再生混凝土試件覆蓋后，將試件放置在陰涼處，每隔4.5h對(duì)再生混凝土試件進(jìn)行噴水，25h后脫模即可得到制備好的再生混凝土試件，備用。

2 再生混凝土物理性能測(cè)試及指標(biāo)計(jì)算

為驗(yàn)證廢棄材料再生混凝土的性能，分別選擇壓碎指標(biāo)、表觀密度、孔隙率、含水率等指標(biāo)衡量其性能。以上指標(biāo)均為《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》（JGJ 53-93）中描述混凝土性能的指標(biāo)。其中，表觀密度是混凝土質(zhì)量與體積的比值，其數(shù)值大小可衡量再生混凝土的強(qiáng)度和吸水性能；壓碎指標(biāo)可衡量再生混凝土強(qiáng)度特性，當(dāng)其壓碎指標(biāo)較小時(shí)，說明其強(qiáng)度越高；孔隙率是描述混凝土內(nèi)部充實(shí)程度的指標(biāo)，孔隙率越大，則混凝土試件內(nèi)固體的含量越低，直接影響再生混凝土在不同應(yīng)用環(huán)境中的效果，如當(dāng)再生混凝土被應(yīng)用在海綿城市建設(shè)時(shí)，孔隙率相對(duì)較大的混凝土鋪設(shè)區(qū)域的透水性越佳；含水率也是衡量混凝土內(nèi)部充實(shí)程度的指標(biāo)，其含水率越高，說明混凝土內(nèi)部空隙越多，進(jìn)而混凝土強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生變化。各指標(biāo)值的測(cè)試與計(jì)算方法如下。

2.1 壓碎值指標(biāo)計(jì)算

使用小型破碎機(jī)將生態(tài)混凝土破碎后，使用烘干機(jī)將其烘干至恒量，過篩并保留9～18mm的混凝土顆粒，利用壓力試驗(yàn)機(jī)以勻速施加220kN荷載，然后計(jì)算其壓碎指標(biāo)值Qe，公式如下：

式中：G1——生態(tài)混凝土質(zhì)量，g；

G2——篩余顆粒質(zhì)量，g。

2.2 表觀密度指標(biāo)計(jì)算

稱取適量再生混凝土試件，將其烘干至恒溫后稱取2.6kg[7]，均勻分為2份。將其分別裝入廣口瓶?jī)?nèi)，注入自來水浸泡，稱廣口瓶總重量。然后取2次試驗(yàn)試件表觀密度的均值，公式如下：

式中：ρ0——再生混凝土表觀密度，kg/m3；

G0——烘干后混凝土質(zhì)量，g；

G11、G12——兩次稱量的混凝土質(zhì)量，g；

ρ′——水的密度，kg/m3。

2.3 孔隙率指標(biāo)計(jì)算

稱取適量混凝土試件并對(duì)其進(jìn)行烘干處理后，將其分3次裝入容量為8L的容量筒內(nèi)，第一次裝入后，將直徑為14mm的圓鋼放置在容量筒底部，左右交替擊地面20次后，相同操作裝入第二次和第三次，然后使用直尺將筒口刮平后[8]，計(jì)算容量筒和式樣的總質(zhì)量，按下式計(jì)算試件的孔隙率。

式中：V0——再生混凝土孔隙率，%；

ρ1——松散或緊密堆積密度，kg/m3。

2.4 含水率指標(biāo)計(jì)算

將再生混凝土試件放入自來水中浸泡24h后，放置在室溫下達(dá)到面干的狀態(tài)時(shí)，稱取試件1000g放入烘箱烘干至恒量，然后冷卻至室溫后，測(cè)量再生混凝土試件質(zhì)量，利用下式計(jì)算其含水率。

式中：Z——再生混凝土試件含水率，%；

Ga、Gb——烘干前后再生混凝土試件質(zhì)量，g。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 壓碎指標(biāo)

再生混凝土的壓碎指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 再生混凝土壓碎指標(biāo)

由圖1分析可知，本文方法制備的再生混凝土壓碎指標(biāo)在粉煤灰摻量逐漸增加時(shí)，呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，壓碎指標(biāo)越低其自身的硬度越大，強(qiáng)度越高。其中粉煤灰摻量為0時(shí)，本文方法制備的再生混凝土試件的壓碎指標(biāo)為27%左右，該數(shù)值小于《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》（JGJ 53-93）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的III 類小于30%的規(guī)定，說明本文方法制備的再生混凝土硬度、強(qiáng)度均滿足混凝土使用標(biāo)準(zhǔn)，可用于部分建筑工程。

3.2 表觀密度

再生混凝土試件的表觀密度指標(biāo)測(cè)試結(jié)果如表5所示。由表5 分析可知，粉煤灰摻量較少的再生混凝土表觀密度數(shù)值較小，說明粉煤灰摻量較小的再生混凝土試件表面的空隙略多，但隨著粉煤灰摻量的增加，再生混凝土試件的表觀密度上升幅度不大。依據(jù)JGJ53-93 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，骨料表觀密度需大于2500kg/m3，而本文方法制備的再生混凝土表觀密度數(shù)值均高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定數(shù)值，說明本文方法制備的再生混凝土滿足建筑使用標(biāo)準(zhǔn)。

表5 再生混凝土表觀密度（單位：kg/m3）

3.3 孔隙率

再生混凝土孔隙率指標(biāo)測(cè)試結(jié)果如表6所示。分析表6可知，再生混凝土的孔隙率在粉煤灰摻量較少時(shí)，其孔隙率較高，說明再生混凝土的透水性較好，隨著粉煤灰摻量增加，再生混凝土的孔隙率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但下降幅度較小。本文方法制備的再生混凝土的孔隙率保持在0.5%~0.6%之間，其透水性較佳，可用于海綿城市建設(shè)。

表6 再生混凝土孔隙率（單位：%）

3.4 含水率

再生混凝土含水率指標(biāo)測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

圖2 再生混凝含水率

由圖2 分析可知，4 種再生混凝土的吸水率隨著浸泡時(shí)間呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，其中粉煤灰摻量較少的混凝土吸水率較高，其中A3 和A4 混凝土在浸泡時(shí)間超過10h時(shí)，吸水率數(shù)值不再上升，說明其已達(dá)到水飽和狀態(tài)，而A1和A2則在浸泡時(shí)間為18h時(shí)吸水率不再上升，說明A1 和A2 空隙較多吸收水分時(shí)間也較長(zhǎng)，因此含水率數(shù)值也較高。

4 結(jié)束語

本文研究了基于建筑廢棄材料作骨料的再生混凝土的制備及其性能。該方法以廢棄建筑材料作為骨料，選擇硅酸鹽水泥、減水劑等原材料后，設(shè)計(jì)再生混凝土配合比，依據(jù)該配合比通過攪拌、成型和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后制備粉煤灰添加量不同的再生混凝土試件，再通過不同試驗(yàn)方法以含水率、表觀密度、壓碎指標(biāo)等衡量再生混凝土物理性能。試驗(yàn)結(jié)果表明：該方法所制備的再生混凝土試件壓碎指標(biāo)值、表觀密度、孔隙率等均滿足《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》（JGJ53-93）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，可用于建筑施工，實(shí)現(xiàn)了建筑廢棄材料再利用，可在建筑領(lǐng)域推廣應(yīng)用。