建筑垃圾砖粉复合矿物掺和料试验研究

杨欣美 宋少民

(北京建筑大学 北京市绿色建筑与节能技术重点实验室)

前言

目前我国建筑垃圾围城及破坏环境、生态的现象普遍存在，再生利用率比较低。据住建部报导，到2020年中国还将新建住宅300 亿平方米，由此产生的建筑垃圾将超过50 亿吨。建筑垃圾如果不处理会严重污染环境，而且占用大量土地［1］。可见建筑垃圾的资源化利用仍有巨大的发展空间，建筑垃圾具有资源化属性，建筑垃圾经过资源化处置，95%以上可成为工程建设的原材料并能应用到建设工程中去［2］。建筑垃圾经过合理处理实现其资源化利用是建筑业可持续发展必须解决的重大课题，也是建筑材料行业同仁的责任和使命。

国内外关于建筑垃圾资源化利用的研究主要集中于再生砖、砌块用骨料以及再生粗细骨料应用于混凝土的研究，对建筑垃圾微粉用于掺和料的研究相对较少。随着混凝土技术的发展，矿粉、粉煤灰等矿物掺和料已经从利用工业废渣节约成本变成了改善混凝土性能不可或缺的一种组分［3］。由于减水剂技术不断进步，混凝土水胶比不断降低，各类低活性乃至非活性掺和料开始在现代混凝土得到越来越多的利用。

本文研究建筑垃圾废砖磨成细粉，与“矿渣粉、粉煤灰”以及“矿渣粉、石灰石”粉进行三掺复合;研究和分析其对净浆、胶砂和混凝土工作性与强度的影响。通过研究建筑垃圾砖粉复合矿物掺和料合适的组分配比和验证细度与需水量比指标，为生产中合理控制砖粉复合矿物掺和料质量提供参考。

1 原材料和试验方法

1.1 试验原材料

(1)水泥:北京金隅水泥厂生产的P·O42.5 水泥，比表面积390 m2/kg，标准稠度用水量29.3%，实测28d 抗压抗折强度分别为52.2MPa、9.7MPa。

(2)粉煤灰:密度2.2g/cm3比表面积410m2/kg，需水量比98%。

(3)矿渣粉:采用S95 级矿渣粉，密度2.89g/cm3比表面积460m2/kg，流动度比96%。

(4)石灰石粉:密度2.76g/cm3，比表面积440m2/kg，流动度比103%。

(5)建筑垃圾砖粉:所用砖粉由废砖破碎后磨制，细度45μm 筛余为9.9%，需水量比为100%。

(6)细骨料:混凝土用砂为60%机制砂+40%河砂，细度模数2.9。

(7)粗骨料:本实验用石为碎石，最大公称粒径20mm。

(8)外加剂:本实验使用外加剂为西卡聚羧酸高效减水剂，固含量45%，反应时间3min 左右。

1.2 试验方法

细度试验参照GB/T 1596 -2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》进行粉煤灰、砖粉、矿渣粉的细度实验;参照GB/T1345—2005《水泥细度检验方法》筛析法进行石灰石粉细度试验。参考GB/T17671 -1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO 法)》。混凝土坍落度和强度试验分别参照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T50080 -2011)、《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081 -2002)

2 建筑垃圾砖粉复合掺和料对净浆与胶砂性能的影响

2.1 建筑垃圾砖粉三组分掺和料对净浆流动度的影响

建筑垃圾砖粉三组分复合掺和料净浆试验，A 组是掺加粉煤灰，B 组是掺加石灰石粉。

表1 建筑垃圾砖粉三组分复合(A 组)掺和料净浆配合比及流动度 单位:g

表2 建筑垃圾砖粉三组分(B 组)复合掺和料净浆实验配合比及流动度 单位:g

表1、2结果表明，砖粉、矿渣粉、粉煤灰以及砖粉、矿渣粉、石灰石粉三组分复合掺和料中，砖粉的加入并不会降低净浆流动度。

总体上看，相同复合比例时，矿渣粉、砖粉、石灰石粉复合掺和料+水泥净浆流动度比矿渣粉、砖粉、粉煤灰复合掺和料+水泥大，石灰石粉的加入有助于提高净浆流动度。

B 组矿渣粉、砖粉、石灰石粉百分比例为30:35:35 时净浆流动度最大，达到277mm，流动性优异。A 组同样比例掺加粉煤灰的净浆流动为243mm，流动性能良好。

2.2 建筑垃圾砖粉三组分复合掺和料胶砂配合比与强度

考虑到混凝土生产实际，本实验有所改变，采用低水胶比进行胶砂强度试验，水胶比0.35，试验中加入西卡聚羧酸减水剂调整流动性，将搅拌时间改为:水和胶凝材料入锅后，开机慢搅30s，在第二个30s 开始时加入标准砂，然后高速搅拌3min，成型养护方法不变。实验分析(分析表4、5):

表3 建筑垃圾砖粉三组分掺和料胶砂配合比 单位g

表4 建筑垃圾砖粉三组分复合(A 组)掺和料胶砂强度 单位:MPa

表5 建筑垃圾砖粉三组分(B 组)复合掺和料胶砂强度 单位:MPa

同比例掺加时，掺粉煤灰复合掺和料胶砂比掺石灰石粉的胶砂抗压强度明显高。

矿渣粉掺量相同时，砖粉掺量适度增加对胶砂28d 抗压强度影响不大，强度都高于50MPa。

就强度而言，A 组矿渣粉、砖粉、粉煤灰复合百分比例为40%:30%:30%最好，28d 胶砂抗压强度达75.8MPa，其胶砂的流动度符合要求，无离析泌水现象，相比而言B 组同比例矿渣粉、砖粉、石灰石粉组胶砂强度为58.1MPa，胶砂强度的降低幅度很大，但胶砂流动性更好。

综上所述，经多次试验可以确定矿渣粉、砖粉、粉煤灰/石灰石粉以40%:30%:30%复合时为最佳复合比例。按此比例进行混凝土试验。

3 建筑垃圾砖粉三组分掺和料对混凝土工作性和强度的影响

3.1 建筑垃圾砖粉三组分复合掺和料混凝土配合比

表6 建筑垃圾砖粉三组分复合掺和料混凝土配合比 单位:kg/m3

3.2 建筑垃圾砖粉三组分复合掺和料混凝土工作性和强度

表7 建筑垃圾砖粉三组分复合掺和料(A 组)混凝土工作性和强度 单位:MPa

表8 建筑垃圾砖粉三组分复合掺和料(B 组)混凝土工作性和强度 单位:MPa

试验分析:B 组以40%:30%:30%比例复合掺和料应用于C30、C40 混凝土时，实测抗压强度低于同比例A 组复合掺和料，但坍落度则是B 组更好些。石灰石粉的加入能一定程度上提高了混凝土的流动性。借此也可以说明砖粉的加入对混凝土的坍落度无不良影响，符合泵送要求。

4 结论

(1)实验用砖粉由废砖经破碎、磨细后(球磨机磨细30min)制得，45μm 方孔筛筛余10%以下，需水量比不大于100%，可作掺和料应用于混凝土。

(2)砖粉、矿渣粉、粉煤灰按照4:3:3 复合制备的掺合料掺加能满足C40 中等强度混凝土强度要求，同时保证拌合物较好的和易性。

(3)如果使用石灰石粉与矿渣粉、砖粉复合制备掺和料，其需水行为更好，但建议矿渣比例不低于50%。

［1］肖莉.从灾区建设垃圾看资源化利用技术—北京建筑工程学院高级工程师陈家珑访谈.建筑科技，7.

［2］陈家珑.我国建筑垃圾资源化利用现状与建议［J］.建设科技，9-12.

［3］刘娟红，宋少民.绿色高性能混凝土技术与工程应用.北京:中国电力出版社，2011.