建筑垃圾再生细骨料制加气混凝土砌块研究

2021-07-12倪柳芳王发楠翁仁贵

建材与装饰 2021年20期

黄鑫，田风，倪柳芳，彭蕾，王发楠，翁仁贵

（福建工程学院生态环境与城市建设学院，福建福州 350118）

建筑垃圾指建筑废弃物及工业固体废物，伴随着拆迁、土地开发、地震等因素，建筑垃圾的产生不可避免[1]，每年增长约为35亿t的数量成为我国城市生活垃圾的重要构成，占比可达到35%[2]。我国对建筑垃圾的处理方式依为掩埋或堆放[3]，未进行任何处理，如此大量的建筑垃圾堆积可预见将对人们生活造成严重影响。

蒸压加气混凝土（AAC）是一种性能优良的新型建筑材料，其主要原料多为无机材料，内部有良好的多孔结构，因此具有轻质、保温、隔音、抗收缩性、防火等优点[4-7]。建筑废弃物制备蒸压加气混凝土砌块方面研究较少，传统蒸压加气混凝土制备以粉煤灰为原料，建筑垃圾主要作为再生骨料应用于再生混凝土，其含有大量的SiO2、Al2O3，结合甚至取替粉煤灰作为硅质和钙质材料用于蒸压加气混凝土的制备。本研究采用建筑垃圾再生细骨料制备蒸压加气混凝土，为建筑垃圾资源化处置提供新的技术工艺，减少自然资源压力同时实现经济效益和环境效益。

1 试验

1.1 试验材料

建筑垃圾：取自福建省某改建、拆迁过程产生的废弃混凝土；粉煤灰：取自福州市某电厂的脱硫粉煤灰；水泥：为P.O42.5普通硅酸盐水泥；生石灰：有效氧化钙为73.61%；石膏：其主要成分为CaSO4·2H2O；铝粉：细度为1.8（0.080mm筛筛余），各原料的主要化学成分组成见表1，建筑垃圾经破碎、球磨、筛分、物料烘干后备用。

表1 原料主要化学组分

1.2 实验仪器

本试验仪器主要有：电热鼓风干燥箱、磅秤、钢板直尺、钢制捣棒、材料试验机等。

1.3 蒸压加气混凝土砌块制备

工艺流程包括：混料→搅拌→浇筑→脱模→静置→切割、蒸压养护等过程。将建筑垃圾与辅料在不同配比下进称重混合，其中铝粉利用恒温磁力搅拌机搅拌制得均匀的铝粉悬浮液。加入适量水搅拌30min后将料浆倒入模具中浇筑成型。静停稠化6h后脱模并放入蒸压釜中进行蒸压养护，待自然冷却后切割成标准试块并养护得到蒸压加气混凝土试块样品。

1.4 性能分析

蒸压加气混凝土砌块的性能依据《蒸压加气混凝土性能试验方法（GBT11969—2008）》与《蒸压加气混凝土砌块（（GB 11968—2006））》测试蒸压加气混凝土砌块干密度、抗压强度。

1.4.1 干密度测试

本次试验采取机械刀具切割将整块的混凝土砌块切割成100mm×100mm×100mm的立方体小块。将试块放入60℃的电热鼓风干燥箱内保温24h，温度升至80℃保温24h后，升至温度105℃下烘至质量恒定，即得到最终质量M0。

1.4.2 抗压强度测试

机械刀具切割混凝土砌块成100mm×100mm×100mm的立方体试块，一组3块。检查试块外观无缺陷后测量试件的尺寸，并计算试件的受压面积。将试块放在材料试验机的下压板的中心位置，开动试验机，以2.5kN/s的速度连续而均匀地加荷，直至试件破坏，记录破坏荷载。

其中：f-试件的抗压强度，MPa；p1-破坏荷载，N；A1-试件受压面积，mm2。

2 结果与讨论

2.1 蒸压加气混凝土砌块辅料参数优选

辅料的配比是蒸压加气混凝土砌块成型及性能强度的关键，试验在固定建筑垃圾和粉煤灰的占比分别为40%和29%的条件下做了五组辅料配比的试验组，性能结果及各配比下的浇筑稳定性可得，石膏的占比不宜高于5%，石膏占比过高会导致坯体的气孔合并造成静停稠化速度过慢，破环孔结构甚至造成“塌模”。而石灰占比不宜低于10%，石灰是蒸压加气混凝土砌块制备的关键钙质材料，其含量直接影响蒸压加气混凝土砌块的强度，在碱性及消解条件下反应生成的氢气伴随着稠化分布到坯体中，促进坯体形成，而掺量过小，热量和产气量不足则会导致稠化速度慢，影响砌块的干密度。结合砌块性能及实际需要，优选辅料石膏、水泥、石灰的占原料比为5%、10%、16%，三者配比为16:52:32。

表2 辅料配比

2.2 蒸压加气混凝土砌块工艺参数优选

蒸压养护过程存在着温度与湿度的交换，在交换时原料在一系列反应中加速SiO2溶出，并在高温高压环境、碱性条件下形成托贝莫来石晶体使制品拥有更紧致的孔结构，这决定蒸压加气混凝土砌块的强度。

表3 不同蒸压养护时间下砌块性能试验

由图1可得，通过控制蒸压时间，可以看到干密度值呈下降趋势，变化不明显。砌块的抗压强度随着蒸压时间的加长呈先增后减趋势，并且在蒸压时间为7h时达到最高，抗压强度最大值为4.25MPa，此时间对应干密度为623.6kg·m-3。可能随着蒸压时间的延长对砌块中水化产物的体积和结晶度产生影响，蒸压时间过长使水化的硅酸钙及铝酸钙间距增大，阻碍了溶解产物的迁移与水化，使砌块内部变得松散，从而降低抗压强度。坯体内部的水分与蒸压养护环境进行长时间交换，使坯体的水分散失导致干密度下降。综合分析，确定蒸压时间优选为6h。

图1 蒸压养护时间对蒸压加气混凝土砌块性能影响

2.3 建筑垃圾掺量对蒸压加气混凝土性能的影响

通过上述试验所得优选工艺条件下进行，由表4、图2得随着建筑垃圾掺量增大，蒸压加气混凝土砌块干密度呈上升趋势，当建筑垃圾完全替代粉煤灰时，砌块干密度达到641.8kg·m-3。干密度上升粉煤灰的占比有很大关系，粉煤灰中含有大量的SiO2、Al2O3，作为蒸压加气混凝土中主要的硅质材料，促进了原料拌合物的和易性，提高了发气高度，随着粉煤灰的减少，因此砌块干密度上升。其次建筑垃圾主要是废弃砖、混凝土等，在机械作用下依旧保留着水泥颗粒、黏土等，易吸收水分导致拌合物静停稠化时间减短，引起发气量的减少，对砌块内部孔结构造成影响，因此表现为干密度上升。

表4 建筑垃圾掺量对蒸压加气混凝土砌块性能影响

图2 建筑垃圾掺量对加气混凝土砌块干密度和抗压强度的影响

随着建筑垃圾掺量的增加，蒸压加气混凝土砌块抗压强度呈现先上升后下降的趋势，分析可能原因为经处理后的建筑垃圾存在细小的碎石、水泥浆等，在建筑垃圾掺量较少时，其成分中大量的SiO2在高温高压强碱条件下反应，改善于填充坯体孔结构，从而提升了蒸压加气混凝土砌块的强度。但随着建筑垃圾掺入过量时，混料中胶凝物质较少导致黏性较差，黏结界面易开裂，因此导致蒸压加气混凝土砌块抗压强度的下降。