建筑垃圾含量对免烧砖性能的影响

李 浩

西北民族大学 兰州 730124

建筑垃圾含量对免烧砖性能的影响

李 浩

西北民族大学 兰州 730124

随着建筑垃圾日益增多的现象越发严重，如何处理建筑垃圾已经成为我们亟待解决的问题。本文就是研究如何利用建筑垃圾制造新型建筑材料，并探究建筑垃圾掺量对免烧砖性能的影响。利用建筑垃圾制备的再生集料全部替代砂的同时，用粉煤灰和矿渣替代部分水泥，并在实验室测试了免烧砖的体积密度、气孔率、吸水率、抗压强度等性能指标。结果表明：利用建筑垃圾为再生集料和粉煤灰、矿渣制备的免烧砖的综合性能能够满足国家的标准，不仅节约了大量矿产和土地资源，而且减少了环境污染，具有很大的社会和经济效益。

建筑垃圾；粉煤灰；矿渣；骨料；免烧砖

0 前言

近年来，随着城市现代化改造和农村城市化进程的加快以及基础设施的建设， 城市加快了“新陈代谢”的速度。大批旧建筑物被拆除，在这个过程中，建筑垃圾无形中成为阻碍城市建设的“代谢物”。该怎样处理这些建筑垃圾，是一个越来越值得关注的社会课题。尽管大多数建筑垃圾无毒无害，但若简单填埋，不仅影响城市环境、浪费土地资源，还会造成巨大的能源和资源的浪费。目前，建筑垃圾已经加剧了我国城市土地资源的紧张局面，严重影响到了社会经济和生态环境的协调发展，加强建筑垃圾的综合利用已经迫在眉睫。

本文研究利用建筑垃圾和工业废渣制备免烧砖，我们利用建筑垃圾制备的再生集料全部替代砂，用工业废渣替代部分的水泥，采用液压式压机对免烧砖压制成型，压力为10kN，免去蒸压工艺，最后对免烧砖进行充分的养护，使制备的免烧砖的吸水率、体积密度、气孔率和抗压强度均能达到国家对免烧砖的要求，成为一种环境友好型的建筑材料。同时使免烧砖能够作为墙体材料应用到实际生活中去，改善目前建筑垃圾对环境污染的现状，使建筑垃圾得到有效的利用。

1 实验原料及方案步骤

1.1 原材料

（1）水泥：兰州甘草水泥集团生产的强度为42.5MPa的普通硅酸盐水泥。

（2）粗细集料（建筑垃圾）：本实验所用建筑垃圾是在西北民族大学原位试验基地收集的废弃钢筋混凝土试块。

（3）粉煤灰：本实验对燃煤电厂排出的主要固体废物通过QQM轻型球磨机进行干法磨制，对磨好的粉煤灰和矿渣用0.3mm的方孔筛进行筛分。实验中采用的粉煤灰和矿渣颗粒尺寸均为0.3mm以下。

（4）减水剂：山西黄腾化工有限公司生产的萘系高效减水剂。

（5）激发剂：天津市北辰方正试剂厂生产的分析纯的氢氧化钙，Ca(OH)2含量不少于95%；分析纯的硫酸钠，NaSO4含量不少于99%。

（6）水：自来水

1.2 实验方案

见表1。其中1号试样为空白样，实验过程中水灰比为28%，利用建筑垃圾生产的再生集料全部替代河沙，再生细集料的粒径为0～4.5mm，粗集料的粒径为4.5～9.5mm，减水剂的掺量为胶凝材料的1%。

1.3 实验步骤

首先按实验配比准备好实验原料，然后进行原料的搅拌和装模，接着采用微机液压压力试验机慢慢加压成型，成型压力为10kN，成型后的试样自然养护28d。最后测试试样的体积密度、气孔率、吸水率、抗压强度等性能指标。

表1 实验方案

图1 体积密度随建筑垃圾含量的变化折线

1.4 实验仪器

（1）实验室手推车：运输建筑垃圾和免烧砖试块。

（2）颚式破碎机：用来破碎大块建筑垃圾。

（3）QQM轻型球磨机：利用球磨机使粉煤灰、矿渣和激发剂搅拌的更加均匀。

（4）多孔筛：用于筛分粗细集料。

（5）微机液压压力试验机：对试块进行加压。

（6）恒温干燥箱：对称完湿重的免烧砖进行烘干。

2 结果与分析

2.1 体积密度

材料在自然状态下单位体积的质量。首先取免烧砖试样，将表面清洁干净，在室温下干燥至恒重，称其质量和测出其长宽高的尺寸，利用以下公式计算出建筑垃圾制备的免烧砖的体积密度：

由图1可看出，整体的趋势是随着再生集料掺量的增大，试样的体积密度逐渐减小。首先当再生集料为225kg/m3时试块的体积密度为2.09g/cm3，再生集料为375kg/m3时体积密度为2.04g/cm3，体积密度降低2.4%。然而，当再生集料为600 kg/m3时，体积密度为1.69g/cm3，相对于4号试样的体积密度降低了17.2%。

体积密度下降幅度明显加大，说明随着再生粗集料的掺量不断增大，体积密度下降幅度不断增大，虽然细集料能够填补试样的部分空隙，但是由于建筑垃圾制备的再生集料自身含有大量的气孔，所以最终导致试样的体积密度不断下降。

2.2 气孔率

气孔率又称空隙率。物体的致密程度或多孔性的一种量度。以物体中气孔体积占总体积的百分数表示。从待测试样中取试块，清洗材料表面，在110℃下烘干至恒重，置于干燥器中冷却至恒温，称取试样质量M1即为试块干重，将试样置于水桶或其他清洁容器内，然后在容器内加水，直至浸没试样，将饱和试样吊在天平的吊钩上，并浸入有溢流管容器的浸液中，称取饱和试样的浮重M2，之后用饱和了浸液的毛巾，小心地拭去饱和试样表面流挂的液珠，称取其湿重质量M3，最后按下式计算免烧砖试块的气孔率：

图2 气孔率随建筑垃圾含量的变化折线

由图2可以看出，当胶凝材料水泥掺量为150kg/m3、粉煤灰掺量为50kg/m3、矿渣掺量为50kg/m3、水掺量为70kg/m3时，整体的趋势是试样的气孔率随粗细集料掺量的增加逐渐增大，原因是集料本身含有大量的气孔，从而导致了制备的试样的气孔率增加。当粗细集料掺量达到600kg/m3时，试样的气孔率达到21.14%。当细集料的掺量不断增加，它可以填充一部分大的气孔，但是不能够完全抵消因为集料本身所引入的气孔，所以试块的气孔率还是逐渐增加。但是当建筑垃圾掺量控制在一定范围内，气孔率还是能够满足国家的标准。最终能够使建筑垃圾和工业废渣能够得到有效的利用，可以将这些废弃物变废为宝、变害为利，从而减少环境污染，节约土地资源，制备出绿色新型建筑墙体材料，造福于人类。

3.3 吸水率

免烧砖的吸水性能的优异程度影响砖的砌筑、抹灰和保温等性能，也直接影响到砌体的力学性能。取用建筑垃圾制备的免烧砖，在烘箱中烘至恒重，烘干温度为110℃称其干重质量，记为M0，将干燥后的试样放入水中浸泡24h，水的温度为25±5℃，浸泡完后取出试样，用湿毛巾拭去表面水分，立即称其湿重质量记为M3。按下式计算免烧砖的吸水率：

式中：A—免烧砖的吸水率，%

M0—吸水前免烧砖的质量

M3—吸水后免烧砖的质量

由图3可以看出，整体的趋势是随着再生集料掺量的增加试块的吸水率先是有稍微的降低趋势然后大幅度增加。首先当再生集料为225kg/m3时试块的吸水率为1.56%，当再生集料为375kg/m3时吸水率为2.25%，吸水率变化幅度不大。但当再生集料为525kg/m3时吸水率为11.7%，相对于4号试样吸水率大幅度增大。当粗细集料的掺量为600kg/m3时免烧砖试块的吸水率最大为12.06%。说明随着再生粗集料掺量的不断增加，吸水率变化幅度不断加大。虽然粉煤灰、矿渣能够填补试样中的部分大空隙，但是由于建筑垃圾制备的再生集料中含有大量的气孔，特别是粗集料中的气孔率更大，这就使得制备的免烧砖的吸水率很大。但是只要将建筑垃圾的掺量控制在一定范围内，制备的免烧砖性能还是能够满足国家的标准，这样使制备的免烧砖高效利用了建筑垃圾和工业废渣，具有深远的社会和经济效益。

3.4 抗压强度

抗压强度指外力施加压力时的强度极限。抗压强度是免烧砖的主要力学性能指标，也是最基本的指标，实验过程中，取出免烧砖试块，编号，加荷速度为1.5kN/s，直到试样破坏为止，此时的最大载荷记为P，受压面积用a×b，免烧砖的抗压强度KP可按下式计算：

KP=P/ab

式中：KP—试样的抗压强度，MPa

P—最大破坏载荷，N

a—受压面的长度，mm

b—受压面的宽度，mm

图3 吸水率随建筑垃圾含量的变化折线

图4 抗压强度随建筑垃圾含量的变化折线

由图4可以看出，随着再生集料掺量的增大，整体的趋势是试样的抗压强度先略微增大后减小。当再生集料掺量为225～375kg/m3时，试样的抗压强度降低幅度较小，但当再生集料常量为375～600kg/m3时，试样的抗压强度大幅度下降。当再生集料掺量为600kg/m3时，试样的抗压强度仅为2.44MPa，已不能满足国家标准对免烧砖抗压强度的要求。可见，再生集料的掺量要在一定的范围内，才能使制备的免烧砖具有良好的性能。原因是建筑垃圾本身具有很高的气孔率，当作为再生集料来制备免烧砖时，导致免烧砖的结构中含有大量的气孔，结构疏松，不够致密，使免烧砖的抗压强度降低。但2号试样的抗压强度已经达到了24.12MPa，完全满足国家对墙体材料的要求。最终免烧砖的成功制备将使建筑和生活垃圾得到有效的利用，如果加以应用和推广，这项技术将会对环境的改善作出巨大的贡献。所以探究将建筑垃圾制备成免烧砖有实际的意义。

4 总结

（1）在实验过程中，我们通过调整再生集料掺量来研究不同原料的配比对免烧砖性能的影响。从实验结果中我们不难看出，随着再生集料掺量和胶凝材料配比的变化，免烧砖的体积密度、气孔率、吸水率、抗压强度都有不同的变化程度，然后我们对实验数据加以分析从而得到了较为合适的2号试样配比，抗压强度达到24.12MPa，吸水率1.56%，体积密度2.09g/m3，气孔率3.31%，均达到并超过了国家对免烧砖的相关要求。从而既提高了免烧砖的性能，又降低了成本，高效利用了建筑垃圾和工业废渣，对于大规模推广高效利用建筑垃圾和工业废渣相关技术和保护环境具有重要的意义。

（2）本项目利用建筑垃圾制备的再生集料全部替代砂的同时，利用粉煤灰和矿渣替代部分水泥作为胶凝材料，此外粉煤灰和矿渣具有优异的微集料效应，可以填充部分气孔，改善免烧砖的微观结构。然后合理调整级配，采用适宜的制备工艺，成功使制备的免烧砖抗压强度＞MU10，吸水率、体积密度和气孔率均能达到国家对免烧砖的要求，使建筑垃圾和工业废渣得到有效的利用，具有深远的社会和经济效益。

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西北民族大学国家级大学生创新创业训练计划资助项目，（项目编号：201710742074）