建筑垃圾保温砂浆基本性能实验研究

李一文 夏明丽 王 媛

（常熟理工学院， 江苏 常熟 215500）

0 引言

随着我国基础建设的加速和城市化水平的提高，建筑垃圾的产量连年高速增长，建筑垃圾成为了城市垃圾的主要组成成分，据统计，近几年我国每年建筑垃圾的排放总量约为35.5亿吨，占城市垃圾比例约为40%[1]，而我国对建筑废弃物的综合利用率尚不足5%，大部分建筑垃圾未经处理就运往郊外堆放或填埋，由此占用了大量土地；而且建筑垃圾本身存在的有毒有害物质经过雨水渗流到地下造成水体及土壤污染。如何处理和利用建筑废弃物对环境保护和资源的二次利用具有重要的意义。近年来，国内外学者对建筑垃圾资源二次利用进行了大量研究，已实现了部分建筑垃圾的再生循环利用，而这些技术主要利用的都是建筑垃圾破碎分选得到的粗骨料，对集尘产生的建筑垃圾再生细粉利用明显不足[2]-[5]。

本文就掺加了建筑垃圾再生细粉的建筑垃圾保温砂浆的基本性能进行实验研究。

1 原材料及实验方案

1.1 原材料

（1）聚苯颗粒：简称EPS，平均粒径为3.8mm，表观密度为12.45kg/m³，导热系数为0.032W/(m· K），聚苯颗粒作为保温骨料。

（2）水泥：普通P.O42.5水泥，水泥主要性能见表1。

表1 水泥性能指标

（3）聚丙烯纤维：长度为6mm的纤维。

（4）砂：标准砂，中砂，堆积密度1.6g/cm3，含泥量1.5%。

（5）硅粉：即二氧化硅粉，平均粒径为0.18μm，其分散性好、表面活性极强、导热系数较低。

（6）可再分散胶粉：胶粉适用于与水泥、石膏及石灰等其他无机胶黏剂混合使用。

（7）纤维素醚：MECELLOSE羟丙基甲基纤维素醚。

（8）拌合水：使用饮用自来水，符合砂浆对于拌和用水的要求。

（9）建筑垃圾细粉：

①再生混凝土粉：将废弃混凝土用破碎机破碎，经过破碎、筛分，筛除粒径大于 0.16mm的集料后剩余的细粉料，用球磨机将细粉磨细为两种不同细度的细粉，化学成分如表2所示；

②再生砖细粉：制作方法与再生混凝土粉，其化学成分如表 2所示。建筑垃圾细粉当做掺合料使用。

表2 再生混凝土粉、再生砖细粉的化学成分（%）

1.2 确定基本配合比

砂浆基本材料用量见表3。

表3 保温砂浆基准配合比

1.3 实验方案

（1）测定保温砂浆稠度的实验方法：将拌制好的试验保温砂浆放入锥形盛料容器中，使锥体的尖端与拌制好的保温砂浆表面接触并固定住。调节螺母，使得表针对准零位，然后移动表盘升降架，使齿条滑杆下端与试锥下端接触。松开螺钉，使锥体自由下落沉入保温砂浆中，待锥体不再下沉时，拧紧螺钉，记录数据可查表得相应的沉入体积。

（2）测定保温砂浆强度的实验方法：先将组成成分不同的保温砂浆混合均匀，然后参照《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T 17671.1999）加入拌和水搅拌，每组三个试块，分别成型养护至预定龄期，分别测定其抗压强度，实验结果取检测值的算数平均值。

（3）测定保温砂浆保温性能的试验方法：首先测量试块周围四个厚度值，然后取测量值的算术平均值作为试验前试块的厚度值；然后将待检测的试块放入仪器的冷热板之间，并使试块与仪器冷热板紧密接触；进入稳态后便可测温，并同时测量主加热器的电流和电压，根据热导率定义式并结合测量仪器的特性，可从仪器操作面板得到导热系数。

2 结果分析

2.1 影响保温砂浆稠度的因素

1.再生混凝土粉掺量对稠度的影响

表4 不同再生混凝土粉掺量对稠度的影响

图1 不同再生混凝土粉掺量对稠度的影响

从表1和图1可看出，单掺混凝土粉时，稠度随着掺量百分比的增加而减小，掺量在0—20%之间稠度变化较大， 在20%—40%之间稠度变化较为平缓。

2.再生砖粉掺量对稠度的影响

表5 不同再生砖粉掺量对稠度的影响

图2 不同砖土粉掺量对稠度的影响

从表4和图2可以看出，整体而言，砂浆的稠度值随着掺量的增加而减少；掺量在0%—40%之间变化较缓慢，在40%—60%之间急剧下降。

2.2 影响保温砂浆强度的因素

1.细粉种类及其掺量对强度的影响

表6 不同垃圾细粉掺量对强度的影响（28d）

图3 不同垃圾细粉掺量对强度的影响（28d）

表7 不同垃圾细粉掺量对强度的影响（90d）

图4 不同垃圾细粉掺量对强度的影响（90d）

由图3可以看出，28d时，保温砂浆的强度随着再生混凝土掺量的增加而先变大后减小，随着再生砖粉掺量的增加而增大；掺入再生混凝土粉的砂浆在28天时抗压强度基本上都小于未掺入再生混凝土粉的强度,由此可知，再生混凝土粉在砂浆中的填充作用小于其吸水作用的效应。由图4可知，90d时，保温砂浆的强度随着再生混凝土粉掺量的增加而减小，随着再生砖粉掺量的增加而先减小后增大。

2.聚丙烯纤维的掺量对强度的影响（28d）

由于外墙保温系统所处的环境温差大、湿度变化大，易造成墙面开裂、脱落等。传统保温砂浆保水性差、收缩性差及抗裂性差；水泥基材料存在自重大、抗拉强度低、易干燥开裂等缺陷，而聚丙烯纤维能够有效抑制水泥砂浆塑性收缩微裂缝，提高其韧性[1]。

表8 不同聚丙烯纤维掺量对保温砂浆强度的影响

图5 不同聚丙烯纤维掺量对强度的影响

从表6和图5可以看出，随着聚丙烯纤维掺量的增加，砂浆的稠度下降较大。但是纤维掺量越多，保温砂浆的和易性变差，因此，聚丙烯纤维对砂浆和易性有不利的影响。

2.3 影响保温砂浆保温性能的因素

1.不同垃圾细粉掺量对保温性能的影响

表9 不同细粉掺量对保温系数的影响单位：W/(m·K)

图6 不同细粉掺量对保温系数的影响

由图 6可以看出，随着再生混凝土粉掺量的增加，保温砂浆的保温系数成先增后减的趋势；随着再生砖粉掺量的增加，保温系数整体成先减后增的趋势，且再生混凝土粉和再生砖粉的最佳密实掺量不同，再生砖粉为 60%，再生混凝土为20%。

3.聚苯颗粒掺量对保温性能的影响

聚苯颗粒作为保温砂浆的保温骨料，其含量对保温砂浆的保温性能影响较大,为了实现保温砂浆的保温隔热性能，在保证保温砂浆的强度的前提下，其导热系数越小保温效果越好。

表10 不同聚苯颗粒掺量对保温系数的影响

图7 不同聚苯颗粒掺量对保温系数的影响

由图可知，随着聚苯颗粒的掺量减少，保温砂浆的导热系数增加。其主要原因是聚苯颗粒的级配是不连续的，当掺加的体积减小，填充空隙的浆体不足，最终导致聚苯颗粒之间形成许多空隙，因而导致保温砂浆的导热系数随着掺量的减少而变大。

3 结论

（1）保温砂浆中单掺混凝土粉时，稠度随着掺量百分比的增加而减小;单掺再生砖粉时，砂浆的稠度值随着掺量的增加而减少；掺量在 40%—60%之间急剧下降。

（2）28d时，保温砂浆的强度随着再生混凝土掺量的增加而先变大后减小，随着再生砖粉掺量的增加而增大；90d时，保温砂浆的强度随着再生混凝土粉掺量的增加而减小，随着再生砖粉掺量的增加而先减小后增大。

（3）随着聚丙烯纤维掺量的增加，砂浆的稠度下降较大。但是纤维掺量越多，保温砂浆的和易性变差。

（4）随着再生混凝土粉掺量的增加，保温砂浆的保温系数成先增后减的趋势；随着再生砖粉掺量的增加，保温系数整体成先减后增的趋势，且再生混凝土粉和再生砖粉的最佳密实掺量不同，再生砖粉为60%，再生混凝土为20%。随着聚苯颗粒的掺量减少，保温砂浆的导热系数增加。