建筑垃圾制备再生细骨料性能与级配调整

2020-12-01任闻波

四川建材 2020年11期

孙姝，任闻波

(1.宁夏建设职业技术学院，宁夏银川 750021；2.宁夏中测计量测试检验院(有限公司)，宁夏银川 750021)

0 前言

建筑物和基础设施建设都离不开混凝土，随着我国城镇建设的发展，混凝土的需求量十分巨大。据计算每生产1 m3的混凝土大约需要700～900 kg的细骨料，因而作为混凝土细骨料的砂需求量也十分巨大。目前混凝土所用的细骨料主要为天然砂，随着对天然砂多年的开采，天然砂的资源总量和产量也在逐年减少。建筑垃圾中，除去渣土，废旧混凝土、废砂浆和废砖瓦含量占60%左右，现有的大量研究表明，将建筑垃圾中的废旧混凝土、废砂浆和砖瓦碎块等分拣出来，再进行破碎、筛分、除杂等工序，加工成一定粒径的再生细骨料，用来部分取代天然砂，制备再生细骨料混凝土，可以节约大量的天然砂资源，实现建筑垃圾的资源化再利用，在节约资源的同时，减轻对生态环境的压力。国内外研究学者在再生骨料方面做了许多研究，取得了一些可喜的成果。秦善勇等[1]研究了再生细骨料和水灰比两种因素对混凝土抗压强度的影响。李进军[2]对建筑垃圾再生微粉的基本性能进行了研究，并对其物理性能和化学性能研究后提出了应用建议。

本项目采集房屋拆迁过程中产生的建筑垃圾，经过破碎和筛分处理，得到再生细骨料，分析细骨料的性能指标，探讨再生细骨料应用于混凝土的处理方法。

1 实验材料的选择及预处理

常见建筑垃圾的主要成分如下：废旧混凝土、废旧砂浆、废旧墙材(烧结类：烧结普通砖、烧结空心砖等；非烧结类：混凝土空心砌块、蒸压加砌块、混凝土砖等)、少量木材、保温材料、废旧玻璃、废旧钢材、渣土等。

实验选用本地周边建设工地产生的建筑垃圾，主要以废混凝土、废墙材、废砂浆等为主。

为了对再生细骨料的性能进行分析，选用吴忠关马湖水洗砂作为对比，细度模数2.8～3.0，含泥量≤3.0%，泥块含量≤1.0%。

2 再生细骨料制备工艺

1)破碎：对建筑垃圾进行初期两级破碎处理至最大粒径≤100 mm。工艺如下：采用颚式破碎机，第一级粒径≥1000 mm，处理后粒径400 mm至600 mm；第二级粒径≥300 mm，处理后粒径40 mm至100 mm。

2)筛分：在第二级破碎机后加筛分设备，100 mm粒径以上物料重新返回上一级破碎。

3)除尘：由于建筑垃圾中本身含有大量粉尘，同时破碎、筛分过程中也会产生粉尘，如不处理一方面造成环境污染，另一方面导致骨料中含泥量增加，影响骨料质量。

经过处理后的建筑垃圾粒径为40～100 mm，经PEX150颚式破碎机破碎后，出料口物料最大粒径≤5 mm，并用方孔筛筛除160μm以下颗粒，最终粒径范围为160μm～5 mm，与天然砂粒径范围相同。

3 再生细骨料性能分析

经过破碎处理后，对照《混凝土和砂浆用再生细骨料》(GB/T 25176—2010)，对得到的再生细骨料进行了性能分析，建筑垃圾的性能如下。

1)颗粒级配。对再生细骨料进行筛分试验，测得各个粒径的累计筛余，并与再生细骨料标准中规定的级配区间进行对比，对比结果见表1。从表1中可看出，再生细骨料不符合任一分区的累计筛余规定，主要体现为大颗粒偏多，0.6 mm以上筛孔的筛余量均不达标，说明颚式破碎机破碎后得到的再生细骨料整体颗粒偏粗。为了达到合适的粒径分布，建议在第三级破碎时采用锤式破碎机，预期能达到较好的级配。

表1 破碎后级配与标准对比(累计筛余)

由于试验条件限制，无小型锤式破碎机，用颚式破碎机破碎后，颗粒级配不能满足再生细骨料的级配要求，因而对建筑垃圾再生细骨料进行了重新筛分与配比，各粒径级别的筛孔累计筛余量控制在Ⅱ区砂的范围内。

2)微粉含量。再生细骨料中粒径在75 μm以下颗粒属于微粉，其含量宜控制在5.0%以内。本试验中虽然经过了筛分处理，筛除了建筑垃圾中的粉尘，但其微粉含量仍然较大，经检测其微粉含量≥5.0%。表明虽然经过了筛分处理，微粉含量仍然较高，这种微粉粒径极小，会对混凝土性能产生不利影响。一方面，在混凝土中微粉会附着在骨料表面，削弱水泥石与骨料的粘结力，导致混凝土强度下降；另一方面，在拌和过程中，微粉会吸收大量拌和水，降低混凝土拌和物的流动性，导致混凝土需水量上升，硬化后水分蒸发，在混凝土内部留下微孔，导致混凝土孔隙率增大，强度和耐久性有所降低。考虑微粉的不良影响，实验过程中需将再生细骨料与含泥量较小的天然砂混合后，降低含泥量，减少对混凝土性能的不良影响。

3)泥块含量。再生细骨料中粒径>1.18 mm,经水洗、手捏后小于600 μm的颗粒属于泥块，其含量宜控制在1.0%以内。经检测，制得的再生细骨料泥块含量较少，能控制在≤0.5%范围。

4)坚固性。经硫酸钠溶液测定法测定，经过5次循环后，其质量损失10%～15%，坚固性偏低。坚固性反映了细骨料在气候、环境变化或其他物理因素作用下抵抗破裂的能力，若再生细骨料的坚固性不足，可能会导致混凝土的耐久性和强度不足。

4 再生细骨料与天然砂配合后的级配分析

对再生细骨料进行性能检测后发现，其性能指标与天然砂仍然存在一定的差距，于是考虑采用再生细骨料与天然砂混合使用的方法来制备混凝土，再生细骨料对天然砂的替代比分别为0%、20%、40%、60%、80%。对于不同替代比的混合细骨料，主要研究其颗粒级配，分析对混凝土性能可能产生的影响。

考虑破碎后再生细骨料的级配不符合标准要求，通过筛分对其进行了级配调整，确保其满足Ⅱ区再生细骨料的累计筛余，重新配比后的累计筛余见表2，已符合Ⅱ区再生细骨料的级配要求。

表2 天然砂与再生细骨料配比调整后的级配

将重新筛分配比后的再生细骨料的累计筛余与天然砂对比发现，再生细骨料整体颗粒仍然较粗，在较粗颗粒范围的累计筛余均高于天然砂。从细度模数来看，天然砂为2.5，位于中砂中的较小值，而再生细骨料为3.0，属于中砂细度模数的上限值，非常接近粗砂。若是将再生细骨料直接应用于混凝土，会导致混凝土拌和物和易性降低、易离析、泌水性增加，需要与天然砂配合使用。

按照不同替代比将天然砂替代后，对得到的混合砂也进行了筛分试验。随再生细骨料替代比的增加，混合砂的细度模数逐渐增加，当替代比达到80%时，混合砂的细度模数为2.9，已非常接近粗砂。同时，对四种替代比的混合细骨料绘制了级配曲线，见图1～4。从图1～4中可以看出，随着替代比的增加，混合砂的级配曲线逐渐向Ⅱ区上限趋近，80%替代比时，已非常接近Ⅱ区上限。