低分拣建筑垃圾制备混凝土研究

雷秀玲，钟睿曾，王瑛玮，马智法

（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021；2.宁波市水利水电规划设计研究院，浙江宁波315000；3.吉林大学材料学院，吉林长春130021）

低分拣建筑垃圾制备混凝土研究

雷秀玲1，钟睿曾2，王瑛玮3，马智法1

（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021；2.宁波市水利水电规划设计研究院，浙江宁波315000；3.吉林大学材料学院，吉林长春130021）

中国垃圾存量已超过200亿t，“垃圾围城”越发严重，源化率仅为5%左右。文中针对建筑垃圾成分复杂、性能波动大和分拣困难的特点，研究了利用建筑垃圾做为骨料制备混凝土的性能，为建筑垃圾的低分拣利用做出了有益的探索。

建筑垃圾；低分拣；混凝土；制备

1 建筑垃圾利用的现状及分析

1.1 现状

据统计，中国垃圾存量已超过200亿t，“垃圾围城”越发严重。过去的十几年里，中国对建筑垃圾的处理方式主要有2种：一是将建筑垃圾进行轻度分拣，取得有一定残值的部分，而将其他部分丢弃；二是未经任何处理的建筑垃圾被运到郊外或者农村，进行露天堆放或填埋。以500～600 t/万m2的标准推算，2020年中国还将新增建筑面积300亿m2，由此产生建筑垃圾134亿t，若单纯堆存将占地223～333 hm2。

“建筑垃圾资源化”这一概念的提出为建筑垃圾处理提供了一条新的途径。然而，由于种种原因，2005—2014年间，中国建筑垃圾资源化率仅为5%左右，而韩国、欧美发达国家每年建筑垃圾资源化率均已超过90%，形成了鲜明对比。因此，提高建筑垃圾资源化率，使其最大化地转化为再生资源，对实现循环经济和可持续发展具有重要意义。

1.2存在的问题

目前，困扰建筑垃圾利用的最主要问题：一是建筑垃圾不同于生活垃圾，燃烧值很低，无法燃烧发电；二是建筑垃圾成分复杂、不同批次的建筑垃圾成分波动很大，并且分拣困难，给特定方向的利用造成极大困难。

针对建筑垃圾成分复杂、波动大和分拣困难的特点，试验研究了利用建筑垃圾做为骨料制备混凝土的性能，为建筑垃圾的低分拣利用做出了有益的探索。

2 实验材料及过程

2.1 实验原料及设备

原料：325号水泥；建筑垃圾，例如砖、混凝土、陶瓷玻璃、石膏，引气减水剂。

实验设备：颚式破碎机；球型粉磨机；水泥胶砂振实台；万能试验机；烘箱；冰柜；2目、4目、10目、20目、40目筛子各1个；40 mm×40 mm×160 mm模具；天平；量筒等。

2.2 配方设计

现阶段拆除的建筑物诞生于多种年代，拆除后的建筑垃圾组成差异较大。一般老式建筑采用砖混结构较多，拆后建筑垃圾红砖的占比较大；而新式建筑多以混凝土框架结构为主，拆后建筑垃圾混凝土的占比较大，而其他组分两类建筑垃圾差异不大，其中的金属、木材和塑料等可以通过破碎后的低度分拣获得更有价值的利用。所以，为了模仿现阶段的建筑垃圾组成，实验共设计3种原料配比的骨料进行对比试验，3组骨料的配比如表1所示。

表1 3种骨料配方中各种原料的比例%

混凝土的配比为粗骨料：细骨料∶水泥=4∶3∶3；水灰比为0.6，其中引气减水剂占水泥的2%。粗骨料分为2种粒径，分别为：筛网2目下4目上和4目下10目上，两种原料比例为1∶1；细骨料取筛网20目下40目上。

由于模具承载量大约为1 800 g，可以制作9个试块，各种原料具体用量见表2。

表2 各组骨料的构成用量g

混凝土其他材料组成：水泥用量为529.2 g，引水剂用量为10.8 g，水用量为324 ml。

2.3 实验过程

将红砖、混凝土、陶瓷等原料用颚式破碎机和球型粉磨机破碎到适当粒径，分别用2目、4目、10目、20目、40目筛子进行筛分，得到实验所需粒径的粗细骨料待用。

2.3.1 试验样块制备

实验制备样块共3组，为满足统计规律，每组样块制作30个，按照配方设计中所设计的配比分别称取相应质量的各种原料，然后将称量好的材料放入水泥胶砂搅拌机，并加入适量水进行混合搅拌，捣实后在水泥胶砂振实台上振实，表面覆盖后在合适位置静置24 h后拆模，将所有试块放入水中湿养护7 d，7 d后将试块取出放置在空气中养护28 d，称量并记录所称质量。

2.3.2 吸水率测试

在每组试块称量之后，从中取出标号前5号的样块进行吸水率的测试，测试步骤：先将试块放入热水中完全浸泡4 h，浸泡后取出称量质量，得到样块吸水后的质量，并通过公式吸水率=（吸水后质量-吸水前质量）÷吸水前质量×100%，来求得试块的吸水率。

2.3.3 抗压强度测试

在吸水率测试完毕后将所选前5号试块放在烘箱中烘干，同时再取标号为6—15号的试块进行抗压强度测试，从而得到试块在未冻融前的标准28 d抗压强度。

2.3.4 冻融循环实验

根据自身实验条件及相关资料，实验设定冷冻时间为4 h，融化时间为2 h，此为一个冻融循环，首先取其余部样块分组标号进行冻融试验。直至冻融循环次数达到35次时，取出一半试块，在室温下干燥，记录相应的样块质量，计算35次冻融后的质量损失。然后进行抗压强度测试，得到抗压强度数据。剩余一半试块继续进行冻融实验，直到循环次数达到50次时，取出试块干燥后同样进行质量测量和抗压强度测试，得到试块的质量损失及抗压强度数据。

试验混凝土制备过程及抗压试验测试方法按照GB/T50 081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，抗压测试实验条件为负荷控制1 000 N/s。

3 实验结果及分析

3.1 吸水率实验结果与分析

吸水率实验结果见表3。

表3 各组吸水率%

由于甲组样块砖的比例最高，丙组样块混凝土的比例最高。由此可见，样块的吸水率随着样块中砖的含量提高而提高。说明砖的吸水率大于混凝土，同时也证明砖的孔隙度要大于混凝土的孔隙度。

3.2 抗压强度实验结果与分析

利用万能试验机对3组试样前10号样品进行测试所得数据如表4所示。从表4的对比可以得出：骨料中混凝土与砖的相对含量对抗压强度影响不大。

表4 3组样品抗压强度MPa

3.3 冻融循环实验结果与分析

3.3.1 质量损失及分析

试验为了探知冻融循环实验对样块质量的影响程度，并探讨冻融循环实验对骨料配比不同的样块质量影响的规律。

由于抗压强度测试属于破坏性试验，在35次冻融循环后1-10号样品进行抗压强度测试被破坏，冻融试验质量损失=（冻融前质量-冻融后质量）/冻融前质量×100%，其余各组样块冻融循环后质量损失数据如表5所示。

由表5可以得出：35次冻融循环，试样短期抗冻融能力与骨料配方有关，骨料中砖的含量越高，试样短期抗冻融能力越强；50次冻融循环，骨料的配方对试样的抗冻融性存在影响，在短期冻融循环实验中，以砖骨料为主的混凝土抗冻融性较强，在长期冻融循环试验中，以混凝土骨料为主的混凝土抗冻性更强。

3.3.2 抗压强度数据及分析

试样抗压测试，见表6，冻融循环后抗压强度损失，见表7。

对比3组试样抗压强度及冻融循环后抗压强度损失，得出：骨料配方对样块冻融循环后的抗压强度存在影响，骨料中砖的比例越高抗压强度损失越多，骨料中混凝土比例越高，抗压强度损失越小。

4 结论

1）在其他条件相同时，样块的吸水率跟骨料配方有关。由于砖的吸水率大于混凝土，所以样块中砖的含量越高，相应的样块吸水率也越高；样块中混凝土含量越高，样块吸水率越低。

表5 冻融循环后质量损失%

表6 试样抗压强度MPa

表7 冻融循环后抗压强度损失%

2）在其他条件相同时，骨料的配方与试样的抗压强度有关，骨料中混凝土的含量越高，相应的样块抗压强度也越高。

3）在其他条件不变时，试样的抗冻融能力与骨料配方有关。骨料中混凝土比例增加可以提高试样的抗冻融性，骨料中砖比例的增加会降低混凝土抗冻融性。

4）在其他条件不变时，试样在冻融循环之后的抗压强度损失与骨料的配方有关。骨料中砖的含量越高，抗压强度损失越大；骨料中混凝土含量越高，抗压强度损失越小。

5）实验模拟低分拣建筑垃圾设计的3个骨料配方所制备的混凝土28 d强度、35次和50次冻融循环强度均高于15 MPa，满足非承重墙体材料相应标准的要求。

［参考资料］

［1］李健，李永亮.佳木斯市固体废弃物产生及利用分析［J］.中国资源综合利用，2013，31（10）：32-34.

［2］王怡洁.建筑废弃物资源化的榜样［N］.中国建材报，2015(001）：1-4.

［3］尹喜霖，杨湘奎，初禹，等.佳木斯市城区固体废弃物污染与处置利用途径［J］.中国地质灾害与防治学报2002（2）：82-87.

［4］Poon CS，Ann TW Yu，Ng LH.On-Site Sorting of Construction and Demolition Waste in Hong Kong［J］. Resources，Conservation and Recycling，2001，32：157-172.

TV525

B

1002－0624（2017）06－0063－04

2016-11-14