建筑垃圾再生细粉用于聚苯颗粒保温砂浆试验研究

周文娟 周 丹 于显强(北京建筑大学，北京 100044)

1 前言

随着我国城市化进程的发展，每年约产生15 亿t 建筑垃圾，而在建筑垃圾再生处理过程中不可避免的会产生大量细粉［1］。若不对其加以研究利用，不仅浪费资源，还会给生态环境造成巨大的危害。

建筑垃圾再生细粉具有孔隙率高、含水率低，表面粗糙，比表面积大，与水泥的粘结较好，含有少量的活性成分等特点［2］。胶粉聚苯颗粒复合保温材料保温隔热性能好、导热系数低、粘接力强、抗压强度高、不易开裂空鼓、耐冻融、干燥收缩率及浸水线性变形率小［3］，且聚苯颗粒保温砂浆与其他保温材料相比总体造价较低，能满足国家相关节能规范要求，特别适用于建筑造型复杂节点处理难度大的各种外墙保温工程。从建筑垃圾再生细粉和保温材料的特点及发展前景看，可以将建筑垃圾再生细粉应用于聚苯颗粒保温砂浆中。

本文以不同粒径、掺量再生细粉来替代保温砂浆中的灰钙粉或水泥，研究其对胶粉聚苯颗粒保温砂浆的表观密度、立方体抗压强度、软化系数、导热系数等性能的影响。

2 原材料及试验方案

2.1 原材料

(1)水泥:北京金隅P.O42.5 水泥，水泥性能见表1。

表1 水泥技术性能

(2)建筑垃圾再生细粉:三种粒级，其最大粒径分别是:0.3mm、0.15mm、0.075mm。其主要化学成分见表2。

表2 建筑垃圾再生细粉的主要化学成分(%)

(3)硅灰:Ⅱ级硅灰，平均粒径为0.16μm，比表面积为24m2/g。

(4)聚苯颗粒:聚苯乙烯颗粒简称EPS;粒径2.2～5mm，平均粒径3.8mm，表观密度12.45kg/m3，其导热系数≤0.032W/(m·K)。

(5)纤维素醚:三星化学公司MECELLOSE 羟丙基甲基纤维素醚。

(6)可分散乳胶粉:瓦克公司 VINNAPAS RE5010N。

(7)其它。

2.2 试验方法

干表观密度测量参照《无机硬质绝热制品试验方法》GB/T5486.2008;砂浆抗压强度测量参照《水泥胶砂检验方法(ISO 法)》(GB/T 17671.1999);软化系数试验根据《胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统材料》(JG T158.2013)的规定执行;导热系数测量根据《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定—防护热板法》GB/T10294.2008 进行。

2.3 基础配合比

砂浆基础材料用量见表3。3 种建筑垃圾再生细粉取代水泥的比例分别为10%、20%、30%;取代灰钙粉的比例分别为20%、40%、60%。

表3 砂浆基础材料配合比

3 试验结果与分析

3.1 再生细粉替代灰钙粉对砂浆性能影响的结果与分析

(1)试验结果。再生细粉替代灰钙粉的聚苯颗粒保温砂浆配合比及试验结果见表4。

表4 再生细粉替代灰钙粉试验结果

2 结果分析

再生细粉替代灰钙粉对砂浆干表观密度、28d抗压强度、软化系数性能的影响分析见图1～3。

图1 再生细粉对砂浆干表观密度的影响

由图1 可知，整体来看，当再生细粉颗粒替代灰钙粉时，砂浆的干表观密度比不加细粉的砂浆的干表观密度低;当再生细粉的粒径为0.075mm 时，砂浆的干表观密度最小，其最小值为208.6kg/m3。综合不同粒径、掺量而言，表观密度值变化明显，其中最大值为270.6kg/m3，最小值为208.6kg/m3相差较大。

图2 再生细粉对砂浆28d 抗压强度的影响

由表4、图2 可知，掺入再生细粉砂浆的28d 抗压强度基本上都小于未掺入再生细粉的砂浆28d 抗压强度。由此可见，再生细粉在砂浆中的密实填充作用的效应要小于其吸水作用的效应。当再生细粉掺量为20%时，随着细粉最大粒径的降低，砂浆的28d 抗压强度呈现出升高的趋势。这主要是由于，再生细粉颗粒越细，其表面吸附的浆体层越厚，导致其强度越高。当再生细粉掺量大于20%时，砂浆的28d 抗压强度变化幅度不大，均在0.240MPa 左右，这主要由于，再生细粉掺量较大时，其吸水率明显升高，导致水泥水化用水量降低、砂浆强度降低，所以即使改变再生细粉的最大粒径，对砂浆的28d 强度仍无明显作用。

图3 再生细粉对砂浆软化系数的影响

由图3 可知，当建筑垃圾再生细粉掺量不变的情况下，随着再生细粉最大粒径的减小，砂浆的软化系数呈现降低的趋势。这主要是由于随着再生细粉最大粒径的降低，细粉空隙中外表面孔隙增多，而内部孔隙减小。而再生细粉主要是通过外部孔隙进行吸水，所以再生细粉最大粒径越小，其吸水作用越明显，导致其吸水后砂浆软化系数值逐渐降低。

3.2 再生细粉替代水泥对砂浆性能影响的结果与分析

(1)试验结果。再生细粉替代水泥的聚苯颗粒保温砂浆配合比及试验结果见表5。

表5 再生细粉替代水泥对砂浆性能的影响

(2)结果分析。再生细粉替代水泥对砂浆干表观密度、28d 抗压强度、软化系数性能的影响分析见图4～6。

图4 再生细粉对砂浆干表观密度的影响

由图4 可知，当建筑垃圾再生细粉掺量为10%时，随着建筑垃圾再生细粉最大粒径的降低，砂浆的干表观密度呈现出升高的趋势;当建筑垃圾再生细粉掺量为20%、30%时，随着建筑垃圾再生细粉最大粒径的降低，砂浆的干表观密度呈现出先升高再降低的趋势。总体来看，干表观密度值相差不大。这主要由于当再生细粉掺量较低时，随着细粉最大粒径的降低，再生细粉的可填充区域增多，导致砂浆的密实度升高;当再生细粉掺量较高时，砂浆内部填充区域已被一部分再生细粉填满，另一部分再生细粉分布于孔隙之外，反而会破坏砂浆粉料颗粒级配，降低砂浆的表观密度。

图5 再生细粉对砂浆28d 抗压强度的影响

由上图可知，对于相同掺量建筑垃圾再生细粉，其最大粒径为0.075mm 砂浆的抗压强度最大;而随着再生细粉掺量的增加，砂浆的28d 抗压强度明显降低。这主要是由于:一方面颗粒越细，其表面吸收的浆体层越厚，导致砂浆强度增大;另一方面，随着再生细粉取代率的提高，水泥用量减少，直接降低了砂浆的强度;最后，随着再生细粉掺量的增加，砂浆吸水率增加，而用水量不变，导致水泥水化用水量降低，从而使砂浆强度降低。

图6 再生细粉对砂浆软化系数的影响

由图6 可知，当建筑垃圾再生细粉最大粒径不变时，随着再生细粉掺量的增加，砂浆的软化系数逐渐增大。这主要是由于再生细粉的吸水率有限，导致其强度的降低存在下限值，当再生细粉掺量较大时，由于胶凝材料用量较少，产生的水化产物很少，在其吸水前抗压强度已很低，与之相比吸水后抗压强度降低空间较小，所以反而导致其软化系数变大。

3.3 建筑垃圾再生细粉保温砂浆导热系数试验结果

聚苯颗粒保温砂浆导热系数试验结果见表6。

表6 聚苯颗粒保温砂浆导热系数

由表6 可知，砂浆的导热系数随着砂浆容重的增大而逐渐增加，且都满足保温砂浆导热系数标准(保温砂浆导热系数≤0.060W/(m·K))的要求。

3 结论

(1)再生细粉替代灰钙粉时，当细粉最大粒径为0.075mm 时砂浆干表观密度最小;细粉的掺入降低了砂浆的抗压强度，但改变细粉的粒径和掺量对砂浆抗压强度无明显影响;而对于砂浆的软化系数来说，再生细粉粒径越小，其软化系数越小。所以建筑垃圾掺入可以优化聚苯颗粒保温砂浆的内部孔隙，在不提高砂浆干表观密度情况下，改善砂浆的保温性能。

(2)再生细粉替代水泥时，当掺量为20%时，砂浆干表观密度较大;随着再生细粉掺量的增加，砂浆28d 抗压强度逐渐下降，而软化系数呈现增大的趋势，0.15mm 再生细粉掺入时，砂浆的整体效果比其他组要好，有利于砂浆保温性能的发挥。

(3)总体来看，将建筑垃圾再生细粉应用于聚苯颗粒保温砂浆中，可以满足保温砂浆标准(抗压强度≥0.2MPa，软化系数＞0.5，导热系数≤0.060W/(m·K))的要求。

［1］鄢朝勇，叶建军.绿色建筑垃圾的研究与探讨［J］.混凝土，2010，(3):123 -125.

［2］朱银春，潘刚华，李敏等.固体废弃物在预拌砂浆中应用的若干技术问题探讨［J］.江苏建材，2009，(3):33 -35.

［3］肖建庄.再生混凝土［M］.北京:中国建筑工业出版社.2008:164 -165.