再生混合砂在湿拌砌筑砂浆中的应用及经济效益分析

梁伟，孙爱东，金荣鸿，李正茂，孙国斌

（1. 深圳市绿志新型建材研究院有限公司，广东 深圳 518112；2. 深圳市为海建材有限公司，广东 深圳 518129）

0 引言

深圳正在加快推进现代化国际化创新型城市建设，开发建设体量巨大，深圳市现有建筑的总建筑面积约10.8 亿平方米，每年产生将近 1 亿立方米的建筑废弃物。同时，新建工程项目对砂、石等建筑材料有大量需求，据深圳市水泥及制品协会统计，2017 年全市预拌混凝土和砂浆企业累计消耗约 2800 万吨砂。受制于生态与环境的保护，深圳本地的砂石资源严重依赖周边的东莞、惠州等市[1]。

砂的需求日益增多，而开采却受环保因素限制，供应量有限，导致天然砂资源愈发短缺。国内已对再生骨料进行了大量的试验研究[2-5]，余乃宗、元成方[6,7]等人研究表明粉体材料对砂浆强度的影响大于再生砂，郑娟荣[8]研究砂的细度模数在 2.2～2.3 间用于干混抹灰砂浆为宜。本文研究再生混合砂在湿拌砌筑砂浆中的应用，通过使用部分再生混合砂替代部分天然砂，合理利用再生资源，实现资源的循环利用和企业成本的降低，并应用于环保砂浆智能机器人（见图1）的生产，考虑上述设备只有 3 个筒仓，本文据此开展相应的试验。

图1 环保砂浆机器人

1 试验用原材料

（1）水泥：海螺 P·O42.5 普通硅酸盐水泥，3d 抗压强度 28.1MPa，28d 抗压强度 47.6MPa，其它技术指标符合现行 GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》要求。

（2）外加剂：科隆智谷聚羧酸外加剂，减水率24.9%，固含量 13.0%，其它技术指标符合现行 GB/T 8075—2017《混凝土外加剂》要求。

（3）天然砂：惠州产中砂，细度模数 2.8，筛分结果见表1，符合Ⅱ级配区要求，为中砂。

（4）再生混合砂：深圳市横岗街道工业区建筑物拆除、破碎产生的混合砂，细度模数 3.5，筛分结果见表1。对照 GB/T 25176—2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》，符合Ⅰ级配区要求，为粗砂。

表1 天然砂和再生混合砂的筛分析试验结果

2 砂浆试验

采用单因素试验探讨含水率 11% 再生混合砂取代含水率 7% 天然砂对湿拌砌筑砂浆的稠度和抗压强度的影响，试验配合比和性能检测结果见表2。

3 结果分析

3.1 流动性的影响

试验中，当 100% 使用再生混合砂取代天然砂时，通过水的增减从 300kg/m3到 400kg/m3，砂浆的初始工作状态可达到良好效果，但 1h 后的砂浆均无任何流动性，无法满足砂浆的工作性能要求（A1、B1、C1）。由表2 可知，当掺入再生混合砂且不掺加外加剂时，1h后的砂浆几乎没有任何流动性。当再生混合砂的取代率为 75% 和 50% 的时候，通过配合比的调整和外加剂的掺入，可得到性能良好的再生湿拌砌筑砂浆。

3.2 强度的影响

从表2 和图2 可见，75% 和 50% 再生混合砂取代天然砂时，再生湿拌砌筑砂浆的 3d 和 28d 抗压强度与只用天然砂的砂浆试块抗压强度相差不大，其中，再生砂 50% 的取代率时砂浆的 3d 和 28d 抗压强度均比只用天然砂的砂浆试块强度略大。从图2 可见，75% 的取代率时，28d 抗压强度值较 3d 抗压强度增长率最大，为266%；50% 的取代率时，28d 抗压强度值较 3d 抗压强度增长率为 231%，与 0% 的取代率时的强度增长 226%非常接近。秦拥军[9]等人试验用的再生细骨料全部为废弃的混凝土，试验结果为随着再生细骨料取代率的增大，强度增长放缓。本试验用的再生混合砂成分复杂，含有废弃的混凝土和砖、瓦等，强度增长率与秦拥军等人试验结果不同，可能是由于再生混合砂与天然砂之间形成连续级配，且烧结砖中含有活性 SiO2，与水泥水化产物 Ca(OH)2发生二次水化反应导致。

表2 砂浆试验配合比及性能检测结果

图2 不同再生混合砂取代率砂浆的抗压强度

3.3 基准配合比调整的影响

由表2 可知，随着水泥用量的增减，再生混合砂75% 取代率时，28d 抗压强度的波动范围在 12%～26%之间，波动幅度相对较大；而再生混合砂 50% 取代率时，28d 抗压强度的波动范围在 16%～21% 之间，波动幅度较小。由表2 和图3 可知，再生混合砂 50% 取代率与基准砂浆的 28d 抗压强度较为接近。

图3 不同再生混合砂取代率砂浆强度的增长率

3.4 经济效益的影响

在保证质量的前提下，再生混合砂的掺入不仅可有效缓解深圳市场砂源紧张和砂价处于历史最高价的局面，也是积极响应政府号召，实现建筑废弃物的循环再生利用。成本按照水泥 450 元/吨、水洗砂 160 元/吨、再生混合砂 40 元/吨、外加剂 3500 元/吨计算，水直接取自施工现场，未计入成本，表3 可见，随着再生混合砂掺入比例的减少，原材料成本显著上升，上升幅度详见图4。此外，随着水洗砂价格的上升，再生混合砂使用的经济效益将愈发显著。

4 工程实际应用

位于深圳市龙岗区吉华街道的围墙，使用掺入 50%再生混合砂的湿拌再生砌筑砂浆，详见图5 和 图6。施工 10 天后实地走访，与其它完全使用天然砂的砂浆墙体相比无差异。

表3 再生湿拌砌筑砂浆生产成本 元

图4 不同掺量再生湿拌砌筑砂浆的成本

随着砂石等材料价格的暴涨，越来越多的企业在寻求可替代天然砂石的材料。已有深圳固定式搅拌站和移动式服务站使用再生混合砂用于湿拌砌筑砂浆的生产，墙材企业也正尝试在灰砂砖、艺术砂浆墙板、植草砖、透水砖等墙材中使用再生混合砂。

图5 风景墙用再生砌筑砂浆与风景墙砌墙施工现场

图6 风景墙完工后的现场图

5 结论

（1）再生混合砂的取代率为 100% 的时候，砂浆的工作性能无法满足标准要求，现有的再生混合砂无法完全取代天然砂。

（2）当再生混合砂的取代率为 75% 的时候，在配合比调整过程中，发现波动性较大，质量难以控制。

（3）从经济性的角度分析，再生混合砂的掺量越高，材料成本越低。但高掺量的砂浆质量却难以控制，结合砂浆质量稳定性等因素，再生混合砂 50% 的取代率社会综合效益最佳。