混合建筑垃圾骨料砂浆的性能研究★

王 四 清

(湖南高速铁路职业技术学院，湖南 衡阳 421002)

·建筑材料及应用·

混合建筑垃圾骨料砂浆的性能研究★

王 四 清

(湖南高速铁路职业技术学院，湖南 衡阳 421002)

对混合建筑垃圾骨料砂浆和天然河砂骨料砂浆的物理、力学性能进行了对比研究，结果表明，在胶凝材料用量相同、砂浆稠度相近时，混合建筑垃圾骨料砂浆除吸水率稍偏大外，其抗压强度明显高于天然河砂骨料砂浆，其他物理性能与天然河砂砂浆基本相近，能有效解决城市建筑垃圾的处理难题。

建筑垃圾，砂浆，吸水率，自然干燥收缩率，抗压强度

0 引言

随着我国城镇化的快速发展和旧城的提质改造，在新建和拆迁过程中，一方面产生了大量的建筑垃圾，出现了“垃圾围城”现象；另一方面，新建又需要消耗大量的水泥、砂、石、砖等建筑材料，而生产这些建筑材料的原料均取之于岩土，这又将导致山林、耕地和江河受到毁损、水土流失、环境破坏，长此下去，人类赖以生存的环境将受到严重的威胁。且我国又是一个人均资源拥有量相当匮乏的国家，因此，建筑垃圾无害化循环利用已势在必行。

建筑垃圾并非垃圾，建筑垃圾中以砖(或砌块)、混凝土、砂浆等无机非金属物质为主，此外还有少量的钢材、木材、玻璃、塑料等，它们都是可回收再利用的资源，我国目前只是将其中的钢材、木材、塑料进行了回收，剩余部分的利用率极低。据工信部统计，2012年我国新建和拆迁所产生的建筑垃圾就高达15亿t之多，进行资源化利用的不到5%，而欧美发达国家的利用率已达95%以上。

本研究利用建筑垃圾中的废砖、废混凝土、废砂浆等无机非金属固体废弃物的混合物作为骨料，以复合硅酸盐水泥和建筑石灰膏为胶凝材料配制不同强度等级的建筑垃圾骨料砂浆。研究过程中，以天然河砂骨料砂浆作为参比，在胶凝材料用量相同、砂浆稠度相近时，分别对其保水率、吸水率、自然干燥收缩率、抗压强度等物理力学性能进行了试验与分析，给出了相应的研究结论，以供生产和应用参考。

1 砂浆的材料组成与性能测试

1.1 建筑垃圾骨料与天然河砂

本研究以砖混结构为例。在砖混结构建筑中，烧结砖占30%～50%、砂浆占25%～35%、混凝土占20%～30%、其他(陶瓷、玻璃)占5%～10%，它们均具有一定的抗压强度。

首先将建筑垃圾用小型鳄式破碎机将其破碎成最大公称粒径不大于5 mm的颗粒，然后按国家标准GB/T 25176—2010混凝土和砂浆用再生细骨料[1]和GB/T 14684—2011建设用砂[2]的有关规定，分别对建筑垃圾骨料和天然河砂的主要物理性能进行了试验，试验结果见表1。

从试验结果分析，两者的级配情况和粗细程度相近，但建筑垃圾骨料的堆积密度明显小于天然河砂、压碎指标明显大于天然河砂，且建筑垃圾骨料的单级最大压碎指标值已略超出了《混凝土和砂浆用再生细骨料》中规定的30%，这主要是混合建筑垃圾中的烧结砖具有大量的孔隙、质量轻、强度低，且占比较大所致。

表1 建筑垃圾骨料与天然河砂的物理性能试验结果

1.2 水泥

本研究所用水泥为复合硅酸盐水泥，强度等级为32.5，其主要技术性能见表2。

表2 水泥的主要技术性能 MPa

1.3 建筑石灰膏

建筑石灰膏主要化学成分为Ca(OH)2。本研究所用石灰膏的稠度为40 mm。

建筑石灰膏一方面能够改善砂浆的和易性，另一方面还能提高砂浆的强度，特别是含有公称粒径不大于0.16 mm的建筑垃圾粉料的建筑垃圾骨料砂浆。国内已有研究表明，公称粒径不大于0.16 mm的建筑垃圾粉料的主要成分为SiO2，Al2O3及CaO等，这些物质均具有化学活性，容易与Ca(OH)2发生水化反应生成水化硅酸钙和水化硅酸铝等胶凝性产物[3，4]，从而提高混合建筑垃圾骨料砂浆的强度。

2 砂浆的性能测试与结果分析

2.1 性能测试

首先依据JGJ/T 98—2010砌筑砂浆配合比设计规程[5]设计以天然河砂为骨料的不同强度等级的对比砂浆的配合比，以混合建筑垃圾为骨料的研究砂浆的配合比的水泥用量和石灰膏的用量均与对比砂浆相同，对比砂浆和研究砂浆的骨料用量均为其堆积密度值，然后依据JGJ/T 70—2009建筑砂浆基本性能试验方法[6]分别对对比砂浆和研究砂浆的物理力学性能进行测试。

由于砂浆的稀稠直接影响到砂浆的物理力学性能，为了使试验结果具有可比性，故本研究结果均是在两者的稠度达到相近时的测试结果,具体见表3。

2.2 结果分析

表3 对比砂浆与研究砂浆的物理力学性能

从砂浆的物理力学性能对比测试结果得知，当1 m3砂浆中的水泥用量为214 kg～275 kg，水泥和石灰膏的总用量为350 kg，两者的稠度为80 mm～93 mm时，混合建筑垃圾骨料砂浆和天然河砂砂浆的物理力学性能对比分析如下：

1)拌和用水量。

建筑垃圾骨料砂浆的拌和用水量比天然河砂砂浆多27%左右。这主要是建筑垃圾骨料中的烧结砖、废砂浆、废混凝土等颗粒孔隙率较大，具有较大的吸水率，且粒径不大于0.16 mm的含量也比河砂高，故当水泥和石灰膏的用量相同、砂浆的稠度相近时，建筑垃圾骨料砂浆的单位用水量大于天然河砂砂浆。

2)保水率。

混合建筑垃圾骨料砂浆的保水率为90.0%～92.1%，天然河砂砂浆的保水率为89.1%～91.6%，均超过了JGJ/T 98—2010砌筑砂浆配合比设计规程中规定的84%，砂浆的保水率良好。

3)抗压强度。

当单位水泥用量为214 kg～275 kg，石灰膏的用量为136 kg～25 kg时，混合建筑垃圾骨料砂浆28 d龄期的抗压强度为6.1 MPa～9.0 MPa，天然河砂砂浆的强度为3.4 MPa～7.4 MPa。混合建筑垃圾骨料砂浆抗压强度是天然河砂砂浆的180%～121%，且随着砂浆强度的提高，抗压强度比逐渐降低。

砂浆的抗压强度主要由胶凝材料与骨料的界面粘结力以及骨料本身的强度决定，而胶凝材料与骨料的界面粘结力不仅与胶凝材料的用量和强度有关外，还与骨料表面的粗糙程度、洁净度等因素有关。砂浆正常受压破坏应该是胶凝材料与骨料界面的粘结力达到极限后而开裂破坏，如果出现砂浆骨料先破坏，则说明骨料的抗压强度不够。

在胶凝材料的强度和用量相同的情况下，由于混合建筑垃圾骨料中含有10%左右的公称粒径不大于0.16 mm粉料，这些粉料中含有SiO2，Al2O3，CaO等活性矿物，它们能与Ca(OH)2发生水化反应生成更多的水化硅酸钙和水化硅酸铝等胶凝性物质，且建筑垃圾骨料是经机械粉碎而成，表面粗糙，与水泥浆的表面粘结力强，故使得混合建筑垃圾骨料砂浆的强度比天然河砂砂浆的强度要高。

当砂浆强度较高时，骨料的强度对砂浆强度的影响较为明显，由于混合建筑垃圾骨料的最大单级压碎指标值比天然河砂大得多，即混合建筑垃圾骨料的强度比天然河砂的强度低很多，故随着砂浆强度的提高，混合建筑垃圾骨料砂浆与天然河砂砂浆的抗压强度比逐渐减少。

4)自然干燥收缩率。

混合建筑垃圾骨料砂浆28 d龄期的自然干燥收缩率为0.13%～0.15%，天然河砂砂浆的自然干燥收缩率为0.09%～0.12%，且随着水泥用量的增加而增大。混合建筑垃圾骨料砂浆的自然干燥收缩率略大于天然河砂砂浆，但均未超过JG/T 291—2011建筑用砌筑和抹灰干混砂浆[7]中规定的0.15%。

砂浆的自然干燥收缩率的大小主要取决于水泥用量和拌和用水量，水泥用量愈大、拌和用水量愈多，则砂浆硬化后的收缩率就愈大。虽然混合建筑垃圾骨料砂浆的水泥用量与天然河砂砂浆相同，但由于混合建筑垃圾骨料含有较多的孔隙，且含有较多的粒径不大于0.16 mm的粉料，在砂浆稠度相同的前提下，混合建筑垃圾骨料砂浆的拌和用水量比天然河砂砂浆要多，故混合建筑垃圾骨料砂浆的自然干燥收缩率比天然河砂砂浆大。

5)吸水率。

混合建筑垃圾骨料砂浆28 d龄期的吸水率为24.7%～22.8%，天然河砂砂浆为14.2%～12.1%，混合建筑垃圾骨料砂浆的吸水率明显高于天然河砂砂浆，且吸水率随着砂浆强度的提高而有所减少。这主要是由于混合建筑垃圾骨料中的烧结砖、废砂浆、废混凝土等颗粒具有多孔结构，孔隙率较大，故吸水率大，但随着砂浆强度的提高，水泥用量增大，水泥水化产生的胶凝物质增多，砂浆的密实度得以提高，从而使得砂浆的吸水率有所下降。

3 结论

1)在水泥和石灰膏用量相同、稠度相近时，混合建筑垃圾骨料砂浆的拌合用水量比颗粒粗细相近的天然河砂砂浆多27%左右，但砂浆的保水率均大于84%，满足JGJ/T 98—2010砌筑砂浆配合比设计规程中对水泥混合砂浆保水率的要求，砂浆保水率良好。

2)当1 m3混合建筑垃圾骨料砂浆中的水泥用量为214 kg～275 kg，水泥和石灰膏的总用量为350 kg，稠度为85 mm～93 mm时，砂浆28 d抗压强度可达到6.1 MPa～9.0 MPa，比相同胶凝材料用量的天然河砂砂浆的强度高80%～21%，但增幅随砂浆强度的提高而逐渐减少。

3)砂浆28 d抗压强度不大于9 MPa时，混合建筑垃圾骨料砂浆的质量吸水率比天然河砂砂浆大74%～88%，且随着砂浆强度的提高而减少。

4)砂浆28 d抗压强度不大于9 MPa时，混合建筑垃圾骨料砂浆的自然干燥收缩率比天然河砂砂浆大44%～25%，且随着砂浆强度的提高而增大，但收缩率均不大于0.15%，满足JG/T 291—2011建筑用砌筑和抹灰干混砂浆中的规定要求。

5)由于房屋建筑地上部分墙体所用砌筑和抹灰砂浆的强度等级通常在M5～M7.5之间，故混合建筑垃圾骨料砂浆的抗压强度完全能满足房屋建筑地上部分墙体的砌筑和抹灰，且在达到相同抗压强度时，混合建筑垃圾骨料砂浆相比天然河砂骨料砂浆的水泥用量要少，既可减少砂浆的自然干燥收缩率，还可节约造价。由于混合建筑垃圾骨料砂浆的吸水率偏大，故用于墙体抹灰时，适宜于室内墙体，不适宜室外墙体。

6)可有效解决城市建筑垃圾的处理难题，既可做到资源重复利用获得经济效益，同时还具有节能环保的社会效应。

[1] GB/T 25176—2010，混凝土和砂浆用再生细骨料[S].

[2] GB/T 14684—2011，建设用砂[S].

[3] 郝先成，蹇守卫，徐如林.混凝土类建筑垃圾粉料碱激发的活性评定[J].建设科技,2012(8):84-86.

[4] 马保国，郝先成，蹇守卫,等.建筑垃圾中细粉料的活性研究[J].中国建材科技,2006(1):9-12.

[5] JGJ/T 98—2010，砌筑砂浆配合比设计规程[S].

[6] JGJ/T 70—2009,建筑砂浆基本性能试验方法[S].

[7] JG/T 291—2011，建筑用砌筑和抹灰干混砂浆[S].

The performance research on mixed building waste aggregate mortar★

Wang Siqing

(HunanHighSpeedRailwayCareerTechnicalCollege,Hengyang421002,China)

This paper compared and researched the physics, mechanical properties of mixed building waste aggregate mortar and natural sand aggregate mortar, the results showed that in the same amount of gel material, mortar consistency, the mixed building waste aggregate mortar except water absorption rate slightly large, its compressive strength significantly higher than natural sand aggregate mortar, other physical properties similar with natural sand mortar, could effectively solve the process problems of city building waste.

building waste, mortar, water absorption rate, natural drying shrinkage, compressive strength

1009-6825(2017)20-0113-03

2017-04-19★：2012年衡阳市科技局工业科技支撑计划项目(2012KG80)

王四清(1965- )，男，讲师

TU578.1

A