建筑垃圾再生砂粉的基本性能试验研究

马郁，张敬，谢小元

（中国建筑科学研究院建材所，北京　100000）

建筑垃圾再生砂粉的基本性能试验研究

马郁，张敬，谢小元

（中国建筑科学研究院建材所，北京100000）

本文通过对建筑垃圾再生砂粉的基本性能，胶砂流动度和胶砂强度等性能的试验研究，得出结论：建筑垃圾再生砂粉有一定的活性，其各项性能指标满足 II 级粉煤灰要求，因此可作为混凝土矿物掺合料使用，替代水泥配制混凝土。由试验结果来看，再生砂粉的掺量应控制在20% 以下，才能保证各种性能不受影响，如超过20%，其性能随掺量的增加急剧下降，进而可能影响到混凝土的性能，因此再生砂粉的掺量要控制在一定范围内使用，才能发挥良好的活性特征。

建筑垃圾；再生粉体；化学分析；基本性能；胶砂流动度

1　前言

近些年，建筑垃圾资源化利用的研究日益受到大家的注意，围绕此课题开展了许多探索性的研究和实践应用的尝试。再生粗细骨料的研究已经比较全面，但对再生骨料剩余的再生砂粉部分的利用还有待研究，实现建筑垃圾再生砂粉在混凝土中的资源化利用，提高建筑垃圾资源化利用率，减少其作为固体废弃物堆放填埋所造成的资源浪费和环境污染，可有效提高建筑材料的可持续发展。

本课题对建筑垃圾再生砂粉的基本性能进行试验，包括其化学成分分析、矿物成分组成、粉料的比表面积、颗粒粒度和颗粒微观形貌等，并对再生砂粉进行了需水量比、游离氧化钙含量、均匀性、安定性和强度活性指数等基本性能进行了试验研究。

2　再生砂粉的化学成分分析

表1　再生砂粉的化学成分　%

通过比较，可以看出，再生砂粉和砖瓦用黏土的化学成分上有异同。再生砂粉的 SiO2、Al2O3、Fe2O3含量低于黏土，而 CaO 和 MgO 含量高于黏土。出现这种现象主要是因为所用的建筑垃圾的原材料主要由黏土砖为主，同时含有少量的混凝土，因此粉磨所得的再生砂粉其主要成分是黏土砖粉末和少量的水泥石细粉和石灰石粉，而水泥石和石灰石材料为再生粉体提供了更多的 CaO 和 MgO。

对比再生砂粉和粉煤灰的化学成分，可以看出两者的SiO2含量相近，但再生砂粉的 Al2O3明显低于粉煤灰，而其他成分又高于粉煤灰，因此两者在化学成分上有些许差别。而在一定条件下，CaO 和 MgO 等物质的存在有助于发挥与水泥水化产物的二次水化反应能力，提高再生砂粉的反应活性。

3　再生砂粉的细度和颗粒分布

按照国标 GB/T1596－2005规定的粉煤灰细度的测试方法测试了再生砂粉的细度，使用了勃氏法测定了再生砂粉的比表面积，使用激光粒度分析仪测定了再生砂粉的颗粒粒度分布，并与粉煤灰的各项性能进行比较，结果见表2。

表2　再生砂粉的细度和比表面积

结果表明，与粉煤灰相比，再生砂粉的颗粒微细，比表面积较高，粒度分布比较均匀。这样的颗粒细度和粒度分布有利于再生砂粉材料在混凝土中发挥活性，保持强度；而较高的比表面积有可能会提高混凝土的需水量，对混凝土的工作性能会有所影响，因此要控制再生砂粉的掺量。

4　再生砂粉性能试验研究

4.1试验原材料

水泥：金隅 P·O42.5水泥，80μm 筛余为1.5%，比表面积为342m2/kg，28d 抗压强度为47.88MPa。

粉煤灰：II 级粉煤灰，45μm 筛余为15%，28d 活性指数为86%。

减水剂：液体聚羧酸高性能减水剂，减水率为18%。

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再生砂粉：上述建筑垃圾再生粉体材料。

基准水泥：GSB14－1510强度检验用水泥标准样品。

标准砂：国标 GB/T17671－1999规定的中国 ISO 标准砂。

4.2再生砂粉的基本性能

参照 GB/T1596－2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中，根据粉煤灰的性能要求和测试方法，对再生砂粉需水量比、均匀性、安定性和强度活性指标等指标进行了测定，同时与粉煤灰的各项性能进行了比较。结果见表3。

表3　再生砂粉的基本性能

从表3中可以看出，再生粉体的活性指数较高，需水量比、安定性、游离钙含量、均匀性等性能均满足国标 GB/T1596－2005对水泥和混凝土中粉煤灰的性能要求，因此可以考虑将再生砂粉作为矿物掺合料用于配制砂浆和混凝土。

4.3掺再生砂粉的水泥净浆流动度试验性能

参照国标 GB/T8077－2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》中规定的水泥净浆流动度试验方法，测试不同掺量再生砂粉在掺固定外加剂的水泥净浆的流动度，试验采用再生砂粉替代水泥掺量分别为0%，10%，20%，30%，40%，50%，测定其净浆流动度，试验结果如表4。

表4　再生砂粉对水泥净浆流动度的影响

从表4中可以看出，在固定外加剂掺量的情况下，当再生砂粉掺量在20% 以下时，净浆流动度虽有所降低，但下降不明显。随着再生砂粉掺量的增加，掺量超过20% 后，水泥净浆流动度迅速降低，当再生砂粉掺量达到50% 时，净浆流动度急速下降至85mm。这说明再生砂粉会增加胶凝材料系统的用水量。因此在使用时，要注意适当控制再生砂粉的用量，以避免其对混凝土工作性造成不良影响。

4.4掺再生砂粉的胶砂流动度和胶砂强度试验性能

通过前面的试验结果表明，再生粉体具有一定的活性，可作为混凝土矿物掺合料使用。为进一步了解再生砂粉的使用性能，了解再生砂粉对胶砂流动度及力学强度的影响，现参照国标 GB/T17671－1999规定的试验方法，采用固定用水量，选取不同掺量再生砂粉内掺到水泥中，进行胶砂试验。试验采用再生砂粉替代水泥掺量分别为0%，10%，20%，30%，40%，50%，测定其胶砂流动度和抗压抗折强度。试验结果由表5表示。

从表5中可以看出，再生砂粉掺量小于20% 时，水泥胶砂流动度有所降低，但下降趋势不明显，随着再生砂粉掺量的增大，再生粉体掺量大于20% 以后，水泥胶砂流动度呈直线下降趋势。水泥胶砂各龄期强度的变化规律与流动度的变化相近。结果表明，再生砂粉有一定的活性，可作为一种混凝土矿物掺合料使用，但再生砂粉的掺量要控制在20% 以下比较合适。

表5　再生砂粉对水泥胶砂强度的影响

6　结论

建筑垃圾再生砂粉有一定的活性，其各项性能指标可达到II级粉煤灰的要求，因此可作为混凝土掺合料使用，替代水泥配制混凝土。再生砂粉和粉煤灰的化学成分虽有所不同，但其中的 CaO 和 MgO 等物质有助于发挥与水泥水化产物的二次水化反应能力，可提高再生砂粉的反应活性。但要适当控制再生砂粉的用量，在水泥净浆试验和胶砂试验中，都表现出随着再生砂粉掺量的增大，尤其是当掺量超过20% 以后，水泥净浆流动度和胶砂流动度呈直线下降趋势，而水泥胶砂各龄期强度也出现相同规律。因此，再生粉体在配制混凝土时，需要注意掺量的控制，才能更好的发挥它的特性。

［单位地址］北京市朝阳区管庄东里甲一号（100024）

马郁，2011年毕业于北京建筑大学（原北京建筑工程学院）无机非金属材料工程专业，本科学历，2011年7月至今在中国建筑科学研究院建筑材料研究所。