建筑废弃物再生原料发泡混凝土密实砌块的性能研究

张磊蕾，吴春丽，王爱军，廖礼平，王武祥

（1.中国建筑材料科学研究总院，北京　100024；2.绿色建筑材料国家重点实验室，北京　100024）

建筑废弃物再生原料发泡混凝土密实砌块的性能研究

张磊蕾1，2，吴春丽1，2，王爱军1，廖礼平1，王武祥1，2

（1.中国建筑材料科学研究总院，北京100024；2.绿色建筑材料国家重点实验室，北京100024）

建筑废弃物再生原料发泡混凝土密实保温砌块是以水泥为主要胶凝材料、建筑废弃物再生原料为骨料、通过化学发泡工艺制成的一类实心发泡混凝土砌块，采用干表观密度为640～830 kg/m3的发泡混凝土生产。研究了废混凝土再生原料、废砖再生原料用量对B07、B08密度等级再生原料发泡混凝土物理力学性能的影响。结果表明，建筑废弃物再生原料用量变化将引起再生原料发泡混凝土强度的显著变化。以抗压强度为基准，提出了再生原料发泡混凝土砌块的适宜配合比。

建筑废弃物再生原料；再生原料发泡混凝土砌块；发泡混凝土；抗压强度

0　前言

建筑物拆除和新建建筑产生的建筑废弃物中，组分非常复杂，组成变化较大，国内在实施建筑废弃物资源化再生利用时，通常采取选择性回收技术。废混凝土、废砖和废石等无机硬质组成，通过加工可再生成为生产混凝土制品的主要原料，如再生粗骨料、混凝土（砂浆）用的再生细骨料、废混凝土再生原料、废砖再生原料，或者它们的混合物。研究表明，利用废混凝土和废砖再生原料制备发泡混凝土密实砌块，在技术上是可行的，且具有显著的社会经济效益。

建筑废弃物再生原料发泡混凝土密实保温砌块（简称再生原料发泡混凝土砌块）是以水泥为主要胶凝材料、建筑废弃物再生原料作为骨料、通过化学发泡工艺制成的一类零孔洞率实心发泡混凝土砌块，具有轻质、保温隔热性能好、防火性能好、比强度高等特点。因此，是一种具有良好推广应用前景的节能型墙体砌筑材料，研制和推广应用将会大大推进我国建筑节能工作进程［1-2］。

本文主要研究B07（640～730kg/m3）和B08（740～830kg/m3）2个密度等级再生原料发泡混凝土砌块，采用干表观密度为640～830 kg/m3的再生原料发泡混凝土生产。探讨废混凝土及废砖再生原料用量对再生原料发泡混凝土力学性能的影响，基于抗压强度提出了再生原料发泡混凝土砌块的适宜配合比。

1　原材料及试验方法

1.1原材料

水泥，选用唐山冀东水泥厂产42.5R普通硅酸盐水泥；细骨料，选用细度模数为1.74的天然粉细砂；建筑废弃物再生原料，由废混凝土、废烧结砖破碎而成的废混凝土和废砖再生原料，最大粒径5 mm（见图1）；混合材，选用北京市石景山发电厂产Ⅲ级干排粉煤灰；改性剂：选用中国建筑材料科学研究总院研制，型号为AC014的早强剂、浓度为50%的液体硫酸铝速凝剂和型号为WPF012的稳泡剂；发泡剂，选用浓度为27.5%的双氧水。

图1　建筑废弃物再生原料

1.2试样制备

首先按照配合比计量原材料，然后将除发泡剂以外的原材料（水泥、粉细砂、建筑废弃物再生原料、粉煤灰、早强剂、稳泡剂和水）采用高速搅拌机制备成均匀浆体，搅拌机转速不低于700 r/min，搅拌时间控制为180 s；然后在浆体中加入速凝剂，再搅拌60 s；最后加入发泡剂继续搅拌至均匀，搅拌时间控制在10 s内。将制备的发泡混凝土料浆迅速一次性浇注入模，待料浆发泡完毕后在试验室环境条件下覆盖养护2～24 h。试块脱模前先切除面包头，脱模后按要求养护至规定龄期。

1.3试样养护

发泡混凝土试块的养护采用自然养护方式，即将试块置于封闭的养护箱内［温度（25±2）℃，湿度95%以上］，养护至28 d龄期，然后测试相关性能。

1.4性能测试

本研究主要测试再生原料发泡混凝土砌块的干表观密度和抗压强度，根据JC/T 1062—2007《泡沫混凝土砌块》进行测试。再生原料发泡混凝土砌块的强度等级以规格尺寸为100 mm×100 mm×100 mm的试块的立方体抗压强度来表征，干表观密度也以规格尺寸为100 mm×100 mm×100 mm的试块试验结果表示。

2　试验结果与分析

2.1废混凝土再生原料用量对发泡混凝土性能的影响

B07级再生原料发泡混凝土的性能控制目标为：干表观密度640～730 kg/m3，强度等级达到A3.5级（抗压强度平均值≥3.5MPa，单块最小值≥2.8MPa）。B08级再生原料发泡混凝土的性能控制目标为：干表观密度740～830 kg/m3，强度等级达到A5.0级（抗压强度平均值≥5.0MPa，单块最小值≥4.0 MPa）。

B07、B08级再生原料发泡混凝土配合比中，固定水泥用量，用粉细砂逐渐替代废混凝土再生原料，设计0、10%、20% 和30%4个用量，再生原料发泡混凝土配合比及性能测试结果见表1。

表1　粉细砂替代废混凝土再生原料制备发泡混凝土的配合比及性能测试结果

从表1可以看出，随着粉细砂掺量逐渐增加，再生原料发泡混凝土的抗压强度略有提高，但强度等级均达不到A3.5级和A5.0级的要求。

因此，本研究考虑用粉煤灰部分代替废混凝土再生原料，固定水泥用量，粉煤灰设计0、5%、10%、15%、20%和25%等6个用量，再生原料发泡混凝土配合比及性能测试结果见表2。

从表2可以看出，对于B07级再生原料发泡混凝土，当固定水泥用量，粉煤灰用量由0增至5%、10%、15%、20%和25%时，发泡混凝土抗压强度分别提高-1.8%、19.3%、37.6%、55.5% 和63.8%；对于B08级再生原料发泡混凝土，当水泥用量固定、粉煤灰用量由0增至5%、10%、15%、20%和25%时，发泡混凝土抗压强度分别提高8.1%、24.4%、43.7%、55.9%和72.3%。

当粉煤灰用量达到25%时，B07级再生原料发泡混凝土干表观密度为694 kg/m3，28 d抗压强度达到3.57 MPa，强度等级达到A3.5级；B08级再生原料发泡混凝土干表观密度为794 kg/m3，28d抗压强度达到4.65MPa，强度等级基本达到A5.0级。

表2　粉煤灰替代废混凝土再生原料制备发泡混凝土的配合比及性能测试结果

用粉煤灰替代废混凝土再生原料可以大幅度提高再生原料发泡混凝土的抗压强度，这归因于粉煤灰的“火山灰反应”［3］，即粉煤灰在常温下能与Ca（OH）2反应，生成类似于水泥水化产物的C-S-H凝胶，具有胶凝能力并产生一定的强度，可发挥胶凝材料作用。当粉煤灰与水泥混合后，粉煤灰中的活性SiO2和Al2O3与水泥水化产物Ca（OH）2发生二次水化反应。因此，在水泥用量固定的前提下，用具有胶凝作用的粉煤灰替代惰性的废混凝土再生原料，使得再生原料发泡混凝土抗压强度逐渐提高。

2.2废砖再生原料用量对发泡混凝土性能的影响

用粉细砂逐渐替代废砖再生原料，再生原料发泡混凝土配合比及性能测试结果见表3。由表3可以发现，随着粉细砂掺量逐渐增加，再生原料发泡混凝土抗压强度略有提高，但强度等级均达不到A3.5级和A5.0级的目标。

表3　粉细砂替代废砖再生原料制备发泡混凝土的配合比及性能测试结果

同样，考虑用粉煤灰代替废砖再生原料，固定水泥用量，粉煤灰设计0、5%、10%、15%、20%和25%等6个用量，再生原料发泡混凝土配合比及性能测试结果见表4。

从表4可以看出，当水泥用量固定，再生原料发泡混凝土抗压强度随废砖再生原料用量减少而明显提高，与废混凝土再生原料发泡混凝土规律一致。

对于B07级再生原料发泡混凝土，当水泥用量为33.5%、粉煤灰用量为20%和废砖再生原料用量为45%时，发泡混凝土干表观密度为707 kg/m3，28 d抗压强度达到3.90 MPa；对于B08级再生原料发泡混凝土，当水泥用量为28.5%、粉煤灰用量为25%和废混凝土再生原料用量为45%时，发泡混凝土干表观密度为815 kg/m3，28 d抗压强度达到4.96 MPa，可以达到B07级和B08级再生原料发泡混凝土的标准要求。

比较表2和表4可发现，当建筑废弃物再生原料用量相同时，与废混凝土再生原料发泡混凝土相比，废砖再生原料发泡混凝土抗压强度略高。这是因为，废砖再生原料堆积密度小，成型时料浆体积大，双氧水用量少，从而发泡混凝土内形成的气孔数量少，因此，废砖再生原料发泡混凝土抗压强度相对较高。

表4　粉煤灰替代废混凝土再生原料制备发泡混凝土的配合比及性能测试结果

2.3建筑废弃物再生原料发泡混凝土砌块推荐配合比

基于上述试验研究结果，以抗压强度为基准，密度等级为B07和B08级的再生原料发泡混凝土砌块推荐配合比见表5。利用推荐配合比制备的再生原料发泡混凝土砌块主要技术性能指标见表6。

表5　建筑废弃物再生原料发泡混凝土砌块推荐配合比 %

表6　建筑废弃物再生原料发泡混凝土的主要技术指标

3　结论

（1）当密度等级和原材料体系中水泥用量相同时，用天然粉细砂逐渐替代废混凝土或废砖再生原料，可使再生原料发泡混凝土抗压强度略有提高，但均达不到JC/T 1062—2007规定的A3.5和A5.0强度等级要求。

（2）当密度等级和原材料体系中水泥用量相同时，用粉煤灰替代惰性的废混凝土或废砖再生原料，使得再生原料发泡混凝土抗压强度逐渐提高。对于B07级再生原料发泡混凝土，建筑废弃物再生原料掺量40%，粉煤灰掺量达到25%时，发泡混凝土强度等级可达到A3.5级；对于B08级再生原料发泡混凝土，建筑废弃物再生原料掺量45%，粉煤灰掺量达到25%时，发泡混凝土强度等级可达到A5.0级，其它各项性能均符合JC/T 1062—2007的技术要求。

［1］张磊蕾.我国自保温混凝土砌块的发展现状及研究方向［C］//中国硅酸盐学会.房建材料与绿色建筑，北京，2009：528-535.

［2］王武祥，张磊蕾，王爱军，等.水泥基发泡混凝土保温砌块的性能与生产［J］.建筑砌块与砌块建筑，2012（6）：5-10.

［3］刘巽伯，沈旦申，陈以理，等.上海市粉煤灰应用技术手册［M］.上海：同济大学出版社，1995.

Study on the performance of construction waste recycled materials dense foam concrete blocks

ZHANG Leilei1，2，WU Chunli1，2，WANG Aijun1，LIAO Liping1，WANG Wuxiang1，2
（1.China Building Materials Academy，Beijing 100024，China；2.State Key Laboratory of Green Building Materials，Beijing 100024，China）

The construction waste recycled materials dense foam insulation concrete blocks is a kind of solid foam concrete block prepared by chemical foaming process taking cement as the main cementitious material，and construction waste recycled materials as aggregate.The dry apparent density of the used foam concrete is 640～830 kg/m3.The influence of the waste concrete recycled raw materials and the amount of waste brick recycled raw material on the physical and mechanical properties of B07，B08 density rating recycled materials foam concrete was studied.The results showed that the change of construction waste recycled materials amount will cause significant change in strength of recycled materials foam concrete.With reference to the compressive strength，this paper put forward the suitable mix of recycled materials foam concrete block.

construction waste recycled materials，recycled materials foam concrete blocks，foam concrete，compressive strength

TU522.3

A

1001-702X（2015）11-0065-04

国家科技支撑计划项目（2014BAL03B01）

2015-09-07

张磊蕾，女，1986年生，山东潍坊人，硕士，工程师，主要从事新型墙体材料和保温材料的研究。