建筑垃圾制粉取代砂制备干混砂浆

魏小凡 张 潇 向文浩 刘东伟 贺骁勇 郭启龙

(西北民族大学土木工程学院， 甘肃 兰州 730000)

0 前言

随着我国城镇化的快速发展和旧城的提质改造，在新建和拆迁过程中，一方面产生了大量的建筑垃圾，出现了“垃圾围城”现象；另一方面，新建又需要消耗大量的水泥、砂、石、砖等建筑材料，而生产这些建筑材料的原料均取之于岩土，这又将导致山林、耕地和江河受到毁损、水土流失、环境破坏，长此下去，人类赖以生存的环境将受到严重的威胁。且我国又是一个人均资源拥有量相当匮乏的国家，因此，建筑垃圾无害化循环利用已势在必行。

我国在开展建筑垃圾再利用方面还存在着较大的差距，建筑垃圾的回收利用率不高，应用途径不广，目前，主要是将其破碎成再生粗骨料应用在再生混凝土方面，而关于再生细骨料方面的研究较少。如果能有效利用再生细骨料取代天然细骨料河沙，不仅能解建筑垃圾占用土地及处理的难题，拓宽建筑垃圾的应用途径，而且还能减少对天然砂资源的开采，缓解资源压力并保护生态环境，提高经济社会效益，满足人类可持续发展要求。建筑砂浆广泛应用于砌筑、抹面、修补、灌浆及粘贴饰面材料等工程中，是建筑工程中用量较大的建筑材料之一，发展绿色建筑砂浆是发展绿色生态水泥混凝土材料的重要组成部分。

因此，本研究针对这一问题，提出了利用建筑垃圾制砂取代天然细砂制备砂浆；废弃的混凝土块经过鄂式破碎机粉碎后，筛选出直径在0.15mm-4.75mm取代天然砂作为细骨料配制砂浆，通过测砂浆试块的抗压性能、抗折性能、体积密度、气孔率和吸水率，研究建筑垃圾对砂浆基本性能的影响。对建筑垃圾资源化提出了一种相对科学的解决方案，并给出了相应的研究结论，以供后续研究参考。

1 实验

1.1 原材料

（1）复合硅酸盐水泥：京兰水泥厂生产的32.5﹟复合硅酸盐水泥，烧失量5.31 %。

（2）建筑垃圾：建筑垃圾原料为废弃的混凝土板，其强度较大，先经过人工破碎后，用水浸泡去除表面的粉尘和泥土，晾干后再由鄂式破碎机破碎，之后再用分样筛筛分出粒径在0.15mm-4.75mm的建筑垃圾备用。

（3）HPMC(羟丙基甲基纤维素)：作为水泥砂浆的保水剂、缓凝剂使砂浆具有泵送性。

（4）水：自来水

（5）砂：河砂，经分样筛筛分后确定其粒径介于 0.25-0.5mm的，细度模数介于2.3-3.0之间的中砂，然后用自来水人工冲洗、晾干。

1.2 实验方法

（1）再生细骨料的制备

以建筑垃圾为原料，经颚式破碎机破碎，过4.75 mm孔径筛子，将未过筛的建筑垃圾大颗粒重新破碎，过完筛的较小颗粒再过0.15 mm筛，筛余的建筑垃圾颗粒满足GB 14684-2001《建筑用砂》II级配标准要求，作为再生细骨料备用。

（2）再生细骨料干混砂浆试样的制备

干混砂浆用水量和搅拌过程参照GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》标准进行，按照水泥砂浆配比准确计量各种组分，将水加入搅拌机内，再将水泥、再生细骨料倒入搅拌机内慢速搅拌1 min，再快速搅拌1.5 min，配制的干混砂浆体积为2L。将一半浆体注入尺寸为40 mm×40 mm×160 mm三联试模内，用捣棒使模具充分填实，然后再注入剩余浆体，捣实。把试模放在跳桌上跳动60次（约2 min），再刮平试模。将成型好试样与模具注明编号，放在恒温恒湿养护室里静置24 h，脱模后在温度为20 ℃、相对湿度为90 %的标准养护箱内养护至规定龄期。

（3）配合比设计

根据砌筑砂浆的配合比设计规程JGJ98-2000，前期实验取得的最佳用水量为460g。本文主要研究建筑垃圾代替量对砂浆性能的影响，配合比如表1-1所示。

表1-1不同建筑垃圾替代量的干混砂浆配合比

2 实验结果与分析

表2-1不同建筑垃圾掺量对砂浆的体积密度、气孔率和吸水率的影响

表2-1是不同建筑垃圾掺量对砂浆的体积密度、气孔率和吸水率的影响，从表中可以看出，随着建筑垃圾掺量的增加，干混砂浆的体积密度呈现为逐渐增加的趋势，则气孔率和吸水率呈现先降低后增加的趋势。这主要是由于一方面建筑垃圾中的细粉填充了干混砂浆中的空隙，提高了干混砂浆的密实度。另一方面，破碎后的建筑垃圾中存在较多的细粉，细粉的比表面积较大，从而吸水较为严重，从而导致砂浆中的水分降低，从而影响到硬化后砂浆的致密度。

图3.1 不同建筑垃圾替代量的干混砂浆7d、28d抗压强度折线图

图3.1是不同建筑垃圾替代量的干混砂浆7d、28d抗压强度折线图，从图中可以看出，随着建筑垃圾替代量的增加，砂浆的7d和28d抗压强度整体上都呈现为增加的趋势，当建筑垃圾掺量为70%时，7d抗压强度达到3.31MPa，28d抗压强度达到了5.74MPa分析原因，（1）可能是因为建筑垃圾再生砂中含有一定量的细粉料，掺人到天然砂中，填充了砂之间的空隙，优化了砂的级配。随着再生砂掺量的增加，这种优化作用越来越明显，在掺量为 70%左右时达到了最优级配，粗颗粒的骨架作用得以充分发挥的同时，细颗粒的填充也使砂浆达到了最大密实状态，因而强度最高。建筑垃圾微粉中因含有大量具有潜在活性的物质，如未水化的废弃混凝土磨细粉中的CaCO3、水泥凝胶和未水化水泥颗粒，分别具有形成水化碳铝酸钙与水化碳硅酸钙，作为水泥水化晶胚和继续水化形成凝胶产物的能力，尤其是早期。同时，建筑垃圾微粉中的硅、铝矿物则具有火山灰活性在碱激发下具有与Ca(OH)2二次反应形成 CSH凝胶的潜在能力 。

图3.2 不同建筑垃圾替代量的干混砂浆7d、28d抗折强度折线图

图3.2是不同建筑垃圾替代量的干混砂浆7d、28d抗折强度折线图，从图中可以看出，随着建筑垃圾替代量的增加，砂浆的7d和28d抗折强度整体上都呈现为增加的趋势，当建筑垃圾掺量为90%时，7d抗折强度达到了1.91 MPa，28d抗压强度达到了2.27 MPa。

3 结论

废弃的混凝土块经过鄂式破碎机粉碎后，筛选出直径在0.15mm-4.75mm的建筑垃圾，可以作为细集料代替河砂制备干混砂浆，其立方体抗压强度、抗折强度均符合相关国家标准。随着建筑垃圾掺量的增加，砂浆的体积密度逐渐增加，孔隙率和吸水率逐渐减小，7d和28d的抗压、抗折强度都呈现为增大的趋势。当建筑垃圾掺量为90%时，砂浆28d抗压强度可以达到4.49 MPa，28d抗折强度达到2.27 MPa。

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