建筑装修垃圾分选物工程特性及应用研究

章雨晨，尹立新，罗 婷，梁 玉

(常熟理工学院 商学院，江苏 常熟 215500)

1 引言

城市化进程中旧建筑陆续被拆除，导致大量建筑垃圾产生，给人类居住环境带来许多不利影响。日本、美国、德国等发达国家逐渐意识到对自然资源和生态的保护，把关注点放到建筑垃圾的回收利用上面，率先开始研究再生混凝土技术[1]。近年来，我国开始重视对建筑垃圾的处理，着手研究建筑废弃物的再利用。孙家瑛等人研究再生混凝土集料生产过程，提出一套新型的再生混凝土骨料加工生产工艺[2]。再生废砖粗骨料的吸水率远高于天然碎石粗骨料，再生废砖粗骨料的压碎指标明显高于天然碎石粗骨料[3]。朱坤学研究建筑垃圾的资源化利用，从配合比设计方法和优化骨料级配的角度研究配制高质量再生混凝土[4]。也有学者对再生骨料的性质和再生透水混凝土的配合比设计展开研究，对再生骨料透水混凝土进行试配和力学性能、透水性能的测试[5]。我国建筑垃圾回收利用率仍远远低于欧美等发达国家的水平，需要国内学者在建筑垃圾回收处理的科研道路上不断地探索。

2 建筑装修垃圾分选物的工程特性

2.1 建筑装修垃圾主要组分

建筑装修垃圾与普通建筑垃圾不同，包含了建筑装修美化与改造所生成的垃圾成分，所以其组成成分更加的杂乱。分选物中的混凝土块和砂浆块占量最大，约占39.2%和36.8%，其次是红砖块(13.6%)和瓷砖块(9.2%)，玻璃、木屑、塑料等材料含量较少[6]。需要注意的是，分选物组分中含有一定量的玻璃和瓷砖，玻璃和瓷砖块的表面光滑，可能之后对配制再生混凝土的强度有负面影响。本文选取装修垃圾分选物破碎后粒径为5～20 mm的骨料作为研究对象，研究其特性并进行混凝土配制。

2.2 骨料的工程特性实验研究

与天然骨料相比，建筑装修垃圾分选物在堆积密度、吸水率、含泥量、压碎值等工程特性方面存在一定的差别，这也将会影响制备的再生混凝土相关性能及强度。以下在实验室内针对分选物组分的工程特性进行了试验研究。分选物骨料颗粒的形状各异，大小不一，堆积后颗粒之间空隙率大，相同体积的情况下，堆放的建筑垃圾分选物少，所以分选物堆积密度就低。经破碎处理后骨料的表面凹凸不平，以及内部存在孔隙，使骨料的吸水性能大大提高，远高于其他类型的粗骨料。所以分选物中存在一定量的骨料就会影响到再生骨料整体的吸水率，关系到之后配合比设计的用水量问题。采用压碎值指标法来测定骨料的坚固性，骨料的压碎值直接关系到再生骨料整体的压碎值，也与再生混凝土强度有关。骨料的压碎指标很高，坚固性能差，不利于受压，会影响再生骨料的压碎值以及再生混凝土的强度。本文实验发现，骨料的干湿状态对骨料压碎值的影响不大。分选物中细微粉末较多，含泥量大，有可能影响再生混凝土的配制强度。经实验研究得出分选物的几种工程特性，如表1所示。

表1 分选物工程特性

与天然骨料相比，建筑装修垃圾分选物作为再生骨料的堆积密度较低，吸水率和含泥量大，压碎值指标高，坚固性能差。

3 分选物再生用于混凝土的配合比研究

3.1 分选物制作混凝土的配合比设计

混凝土配合比是指混凝土中各组成材料之间的质量比例关系，混凝土配合比设计的核心内容是水灰比、砂率和单位用水量这3个参数的确定。建筑装修垃圾分选物作为再生骨料配制再生混凝土，由于再生骨料比天然骨料的孔隙率、吸水率都要高，存在一定的差异，与普通混凝土配合比设计的顺序也有所不同，所以再生混凝土配合比设计更复杂，再生混凝土的用水量需要着重考虑。

3.2 配合比试配

实验过程中水泥采用42.5 MPa普通硅酸盐水泥，粗骨料采用的是建筑装修垃圾的分选物，粒径为5～20 mm，100%替代天然石料，细骨料采用的是建筑装修垃圾分选出的细颗粒，主要成分是砂浆碎粒，100%代替常用的砂。

本课题研究的再生骨料只适用于配制非承重结构的低强度等级混凝土，设计强度小于C40，再生混凝土配合比初步设计工作可根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55—2011)及相关文献研究，估算出实验所需的初步配合比，如表2所示。

表2 基准配合比

3.3 配合比优化

在再生混凝土配合比试配的基础上，根据搅拌完倒出的混凝土浆干硬程度以及振动时模具中渗出的水量情况，对配合比进行优化调整。粗、细骨料及水泥量保持不变，改变配合比中的其他相关参数，调整水灰比取值以及用水量，水灰比控制在0.4～0.8范围内变化。按照之前的过程继续试配，直至确定符合要求的再生混凝土的配合比。方案2、方案3的强度等级可达到C20及以上，可以用来作为施工现场配合比(表3)。

表3 基准配合比实例

4 结论

通过配合比设计分析，建筑装修垃圾分选物再生利用具有可行性，结合文献资料，可以发现这些分选物也能够应用于透水砖、轻质混凝土、河道砖等产品的配制。设计利用分选物制备透水砖应用于城市道路工程，可以缓解城市的热岛效应，维护生态水循环，从而保护环境。本文得出了以下几个结论。

(1)测试了分选物中骨料成分的吸水率和压碎值，试验结果均很高，对再生骨料整体的性能影响很大，所以在工程应用中需要严格控制分选物中骨料的成分，避免对混凝土强度产生负面影响。另外，本文测试了分选物的含泥量，相比于天然骨料，分选物含泥量较大，分选物中的细微粉末过多会导致混凝土强度下降，所以在工程应用时也需要控制再生骨料的含泥量，用水清洗、自然风干后再使用。

(2)配合比设计是研究再生混凝土的重点和难点，根据配合比设计步骤得到初始配合比，在此基础上试配、优化、调整，最终可使再生混凝土强度达到C20及以上。

(3)再生混凝土施工时要严格控制水灰比，水灰比不宜大于0.65，施工时严格控制建筑装修垃圾分选物中的玻璃、瓷砖等杂物，这些成分表面光滑，对混凝土强度有负面影响。同时也需要控制再生骨料中的微细粉尘含量，微细粉末过多会导致混凝土强度下降。