建筑垃圾混凝土标准砖试验研究

梁科科

(邯郸市工程建设造价管理站，河北邯郸056002)

建筑垃圾混凝土标准砖试验研究

梁科科

(邯郸市工程建设造价管理站，河北邯郸056002)

所做的试验主要有建筑垃圾混凝土标准砖配比试验、成型压力试验等。试验的主要原料为经处理后的建筑垃圾骨料，以普通硅酸盐水泥为胶凝材料，并掺入适量的粉煤灰。试验方法主要采用正交设计原理，合理地选择因素及相应的水平，进行配比优选，得出最佳配比方案，为建筑垃圾砖的生产实践提供理论参考。

建筑垃圾;混凝土标准砖;正交设计;抗压强度

0 引言

据最新统计结果显示，我国每年的建筑施工面积已超过6.5亿㎡，但随之而来的建筑垃圾也与日俱增［1］。目前，我国每年建筑垃圾的数量已占城市年垃圾总量的30% ～40%，绝大部分的建筑垃圾未经过任何处理就被运到郊外或乡村，采用露天堆放或填埋的方式进行处理。本文以此为出发点，提出了利用建筑垃圾生产混凝土标准砖的想法，并重点对建筑垃圾混凝土标准砖进行试验研究。

1 建筑垃圾的定义和组成

1.1 建筑垃圾定义及分类

对建筑垃圾的含义没有明确的定义，目前公认的定义是:主要是由土、渣土、散落的砂浆和混凝土、剔凿产生的砖石和混凝土碎块、打桩截下的钢筋混凝土桩头、金属、沥青、竹木材、装饰装修产生的废料、各种包装材料和其他废弃物等组成。

按照建筑垃圾来源的不同可分类为:1)旧的建筑物拆除垃圾。2)建筑施工垃圾。3)道路开挖。4)土地开挖［2］。

1.2 建筑垃圾组成

拆除垃圾的成分比例与被拆除建筑物的结构类型有关，不同时代的建筑物，在材料组成上具有很大的差异。我国90年代以后，由于新型建筑材料的大量应用，建筑物的组成材料趋向多元化，尤以化学建材的广泛应用为标志，但从总量上看，混凝土与水泥制品、砖瓦、陶瓷等烧黏土制品仍占主导地位。表1给出了近年来邯郸地区拆除建筑垃圾的主要组成情况。

表1 邯郸地区拆除建筑垃圾组成(%)

拆旧建筑建筑垃圾产量计算方法:通常按1t/㎡计。拆除砖混建筑，1㎡约产生1吨以上建筑垃圾;拆框架结构建筑，1㎡约1.2吨以上建筑垃圾。以邯郸市为例，2010年拆旧建筑80万㎡，按拆除砖混建筑计算，产生建筑垃圾为80万吨。

2 建筑垃圾混凝土标准砖原材料组成及优选

建筑垃圾混凝土标准砖原材料组成包括水泥、生石灰、粉煤灰、水、建筑垃圾骨料。经综合考虑，我们选择“太行山”牌42.5普通硅酸盐水泥作为本次制砖的胶凝材料，选用邯郸市峰峰大峪灰粉厂的精制优质白灰粉作为次要胶凝材料，掺量一般控制在水泥量的3%，其他材料选用邯郸热电厂生产的I级粉煤灰;邯郸市用自来水，符合饮用水的要求，见JGJ63-890;建筑垃圾骨料采用的是邯郸市新世纪附近旧楼拆除物，主要有废混凝土、废砖块、废陶瓷玻璃片及砂浆片等。在建筑垃圾制砖中所用的集料从种类上分为:混凝土碎块，砖瓦碎块，玻璃、陶瓷的碎颗粒，砂浆细粉，灰土。从粒径上看，主要包括小于1mm的废弃混凝土细粉，1～2mm较小粒径的废混凝土、废砖颗粒，2～3mm中间粒径的为废混凝土、砖瓦、陶瓷及玻璃颗粒，3～4mm稍大粒径颗粒，以废混凝土为主。

3 建筑垃圾混凝土标准砖配比试验

3.1 试验方法

试验方法选用正交设计。正交设计中的水平是指各因素在试验中要比较的具体条件，各水平的取值一般按照经验暂定，然后根据试验结果进行调整，为将各种配比情况尽量考虑周全［3］。

本实验的考核指标是建筑垃圾砖的抗压强度指标，选取对建筑垃圾标准砖的抗压强度影响较大的三个因素即水泥、粉煤灰、水料比，每个因素选取3个水平来考虑，所以要选一张至少有3列的正交表，而满足此条件的3水平正交表以L9(34)为最小，因此选用正交表L9(34)来安排试验。各因素水平见表2。

表2 正交试验因素水平表(%)

3.2 试验方案及试件测试

试验目的是通过正交试验进行配合比设计，寻求建筑垃圾砖最佳配合比方案。正交试验方案见表3。

表3 L9(34)试验方案(%)

在实验室里制作试件，主要过程如下:1)组装试模;2)试模壁涂刷机油;3)填料;4)压制成型;5)拆模;6)养护。试件制作完成后进入测试环节，主要是测量抗压强度和容重，实验设备选用YAW-2000A型微机控制电液伺服压力实验机，最大压力2000kN;钢尺:精确为1mm;天平，精确到g。

抗压强度测量方法是:量测每个试件的受压面宽度b和长度h各两个，取其平均值;将试块放在压力机加压板的中央，加压至试块破坏，记录最大破坏荷重P。

式中:R—抗压强度;P—最大破坏荷重;F—受压面积;F=b×h。抗压强度以试件试验结果的算术平均值和单块试件的最小强度值来表示。

容重测量方法是:试件养护到一定龄期，用直尺测每一边的长度，每一边量测两次，取平均值作为边的长度;用天平称其重量。

式中:W—容重;G—试块的自然重量;A—试块的长度;B—试块的宽度;C—试块的高度。

4 试验结果及分析

利用正交设计安排试验取得试验数据后，运用极差分析法，通过计算将各因素和水平对试验结果指标的影响大小用图表加以表示，以确定最优试验方案。试验结果见表4。

表4 L9(34)试验结果与极差计算

由表4试验结果可知，A的极差最大，其次是B，而C的极差最小。根据极差顺序可知各因素对强度影响的主次顺序如下:A＞B＞C。故水泥掺量是影响抗压强度的主要因素，水料比是重要因素，而粉煤灰掺量是影响较小的次要因素。根据上述结果，以因素的水平值为横坐标，以相应因素的同水平导致结果之和的平均值作为纵坐标，画出每一因素各水平对结果影响的趋势图，见图1。

从图1可知，随着水泥掺量的增大，抗压强度呈逐渐增加的趋势，但增幅到A2水平时逐渐放缓，在满足砖强度要求的前提下，从降低成本的角度出发，应考虑减少水泥用量，另外水泥掺量过多影响砖的收缩率，综合以上两种因素，考虑A2水平。

当水料比B＜13%时，抗压强度逐渐增强，当水料比B＞13%时，抗压强度值出现拐点，逐渐减少。故水料比控制在13%是理想合理值，即B2。

当0＜C＜10%时，抗压强度为上升趋势，当10% ＜F＜15%时，抗压强度为下降趋势，当粉煤灰掺量为10%时，抗压强度达到最大，因此选择10%掺量为合理值，即C2。

从上面分析中可以看出，满足建筑垃圾标准砖强度的合理配合比为A2B2C2。

5 结论

根据以上的试验结果分析，可以得出以下结论:

1)建筑垃圾混凝土标准砖的最佳配比方案是A2B2C2，即水泥12%，粉煤灰10%，建筑垃圾骨料78%，水料比13%。

2)对强度影响重要性的排序为:A＞B＞C，即水泥掺量＞水料比＞粉煤灰掺量。

［1］俞淑芳.建筑垃圾的综合利用［J］.国外建材科技，2005，26(2):37～40

［2］钱玲，侯浩波.建筑垃圾的综合利用［J］.再生资源研究，2004，(6):23～26

［3］北京大学数学力学系数学专业概率统计组.正交设计——一种安排多因素试验的数学方法［M］.北京:人民教育出版社，1996

［责任编校:张彩红］

TU522.1

A

1009-5462(2012)01-0053-03

2012-02-20

河北省建设厅2006年度课题“建筑垃圾生产新型墙材”(科技成果号:CG05514)最终研究成果之一。

梁科科，男，河北肥乡人，邯郸市工程建设造价管理站工程师。