建筑垃圾自保温混凝土多孔砖的研制

摘要: 本文主要阐述如何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混合物和适量的膨胀玻化微珠作为骨料，普通硅酸盐水泥为胶凝材料，建筑消石灰为激发剂，与适量的水拌和均匀后，采用振动挤压成型工艺，制作不同水泥用量的建筑垃圾混凝土多孔砖， 经标准养护28 d后，分别对其体积密度、吸水率、线性干燥、收缩率、抗压强度、软化系数及导热系数进行测试，并与同类型的烧结多孔砖和普通混凝土多孔砖进行了比较 结果表明，利用建筑垃圾混合骨料与适量的膨胀玻化微珠制作的混凝土多孔砖， 其保温性能优于烧结多孔砖和普通混凝土多孔砖，抗压强度可根据设计需要生产，其他技术性能均能满足国家有关标准的要求，完全可用于承重和自承重墙体的砌筑。

0 引言

随着我国工业化城镇化进程的加速发展，建筑业也同时快速发展，相伴而产生的建筑垃圾也日益增多据工信部统计，2012年我国新建和拆迁所产生的建筑垃圾就高达15亿吨之多，建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30%～40%目前处理建筑垃圾的方式主要是采用露天堆放或填埋， 为此耗用了大量的土地和土地征用费 垃圾清运费等建设经费，同时又造成了严重的环境污染和资源浪费。

建筑垃圾并非垃圾，而是放错了地方的资源，建筑垃圾中以废砖、废混凝土、废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，这些物质都是可回收再利用的， 而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， 至2012 年， 我国对建筑垃圾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。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。

本研究以砖混结构建筑为例，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，并加入一定量的膨胀玻化微珠作为骨料，以普通硅酸盐水泥为胶凝材料，以建筑消石灰为激发剂，与适量的水拌和均匀后制作自保温混凝土多孔砖 研究过程中，分别对建筑垃圾中的废砖、废混凝土、废砂浆的颗粒级配与压碎值指标， 不同水泥用量对多孔砖的干体积密度、吸水率、线性干燥收缩率、抗压强度、软化系数、保温性能的影响进行了试验与分析，给出了相应的研究结论，以供生产和应用参考。利用建筑垃圾混合骨料生产自保温混凝土多孔砖，一方面可解决城市建筑垃圾的困扰问题；另一方面能做到资源循环利用，保护环境，节能环保，既具有良好的社会效益，同时还能产生良好的经济效益，具有很好的推广价值 我国目前建筑垃圾再利用之所以不到建筑垃圾总量的5%，主要是缺乏有关法律法规的约束，建议政府有关部门制定相应的法律法规，在全国范围内强制推行建筑垃圾的再利用，减少资源浪费和环境破坏，全面推进资源节约、低碳环保的可持续发展战略方针的有效实施。

1 多孔砖的材料组成及性能试验

1.1 建筑垃圾骨料

砖混结构建筑中，烧结砖占30%～50%，砂浆25% ～35% 混凝土占20% ～30% 其它(陶瓷、玻璃)占5%～10% 本研究取砖：砂浆(含玻璃、陶瓷)：混凝土=43：31：26(质量比)的混合建筑垃圾为研究对象，为了提高本研究的准确性， 先将建筑垃圾分拣成碎砖 碎混凝土和碎砂浆(内含少量碎玻璃和陶瓷)三类，然后按我国行业标准，再生骨料应用技术规程 JGJ /T240-2011的规定，采用小型鳄式破碎机分别将其破碎成最大公称粒径 8 mm 的颗粒，并依据国家标准 建设用砂 GB/T14684-2011，对其颗粒级配和压碎指标进行了试验，试验结果见表1。

表1 建筑垃圾骨料颗粒级配与压碎值指标试验结果

从试验结果得知，建筑垃圾颗粒愈粗，其压碎指标值就愈大，颗粒愈细压碎指标值就愈小，由于碎砖、碎混凝土、碎砂浆等颗粒内部含有一定的封闭微细孔，这对砖的保温性能有利，若将其碎得过细，必将破坏其内部孔隙，降低砖的保温性能；再者，颗粒过细，骨料总表面积增大，在保证砖的抗压强度的前提下，势必增加水泥用量，从而增加砖的干缩率和生产成本，故本研究采用建筑垃圾骨料颗粒的最大公称粒径为 8.0 mm 的混合骨料。

1.2 膨胀玻化微珠

膨胀玻化微珠是一种酸性玻璃质溶岩矿物质(松脂岩矿砂)，经过气炉高温膨胀等特种技术处理和生产工艺，加工形成的内部多孔，表面玻化封闭，理化性能稳定，燃烧性能为 A 级，呈球状体的细径颗粒，是一种具有高性能的新型无机轻质绝热材料，其主要化学成份为 SiO2、Al2O3、CaO由于膨胀玻化微珠表面玻化形成一定的颗粒强度，理化性能十分稳定，耐老化耐候性强，具有优异的绝热﹑防火﹑吸音性能，适合诸多领域中作轻质填充骨料和绝热﹑防火﹑吸音﹑保温材料，在建筑垃圾混凝土中掺入适量的膨胀玻化微珠，可提高混凝土的和易性和保温性能，减少混凝土的吸水率和收缩率，提高多孔砖的综合性能。本研究所用膨胀玻化微珠的主要技术性能见表2。

表2 膨胀玻化微珠的主要技术性能

借鉴国内已有研究，在混凝土中掺入1.8%～2.4% ( 混凝土中粗 细骨料总质量的百分率) 的膨胀玻化微珠时，混凝土的抗压强度降低幅度为24.8%～33.7%，导热系数降低幅度为25.0%～33.0%。故本研究中采用膨胀玻化微珠的掺量为建筑垃圾骨料总质量的2%。

1.3 水泥

本研究所用水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5，其主要技术性能见表3。

表3 水泥的主要技术性能

1.4 建筑消石灰

建筑消石灰主要化学成分为 Ca(OH)2本研究所用建筑消石灰的主要技术性能见表4。

表4 建筑消石灰的主要技术性能

国内有关研究表明，粒径0.15 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反应生成水化硅酸钙和水化硅酸铝等胶凝性产物，在建筑垃圾粉料中掺入3.5%的Ca(OH)2 (化学纯)作为激发剂，其活性指数最高可达到70%。由于本研究中使用的建筑消石灰，其氢氧化钙的含量为 78.7%，且建筑垃圾混合骨料中粒径0.15 mm的粉料含量为8.6%，因此，本研究中建筑消石灰的掺量为建筑垃圾混合骨料干质量的0.4%［8.6%×3.5%/78.7%×0.4%］。

2 多孔砖的外形与孔形设计

参照国家标准《承重混凝土多孔砖》GB25779-2010的有关规定，借鉴国内对多孔砖的孔型结构与热工性能的已有研究成果，并结合生产工艺和实际应用的要求，本研究确定采用外形尺寸为240mm×115mm×90mm的矩形，孔洞结构与孔形见图1 所示，铺浆面采用盲孔设计，一方面可避免砌筑砂浆进入孔洞，影响多孔砖的保温性能，另一方面可节约砌筑砂浆，采用带锥形的圆孔，一方面可以减少成孔压柱的贯入阻力，另一方面在成型过程中，成孔压柱对周围的原料形成挤压作用，能使砖达到均匀密实状态。

图1 建筑垃圾混凝土多孔砖的外形与孔洞结构

3 多孔砖的成型与养护

3.1 建筑垃圾干硬性混凝土的最大干密度与最佳含水率的确定

结合实际生产工艺，成型后能即时脱模的要求，本研究采用干硬混凝土的设计方案 为了使成型后的多孔砖的密实度能达到预定的要求，故先应通过击实试验来确定建筑垃圾干硬性混凝土的最大干密度与最佳含水率，为多孔砖成型模具的设计提供依据按上述确定的建筑垃圾混合料的比例，玻化微珠的掺量和10%、15%、20%(建筑垃圾干质量的百分率)的不同水泥用量，参照标准《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTG E51-2009，进行击实试验，不同水泥用量的建筑垃圾混凝土的最大干密度及最佳含水率的试验结果见表5。

表5 不同水泥用量建筑垃圾混凝土的击实试验结果

3.2 多孔砖的成型与养护

根据确定的多孔砖的外形尺寸和建筑垃圾混凝土的最大干密度及松装密度设计加工成型模具(具体设计此处略)，然后按表5的材料组成及其相应的最大干密度的97%，最佳含水率减3%备料，成型前，先将建筑垃圾、玻化微珠、消石灰与水拌和均匀，并闷料2h以上，成型时，再将水泥加入并拌和均匀，然后采用振动挤压成型的方式成型多孔砖及用于导热系数测定的标准试件。成品砖和导热系数测定用的试件，在不通风的室内养护1 d 后，移入温度为(20±2)℃，相对湿度90%的恒温恒湿养护室内进行养护。

4 多孔砖的性能测试与结果分析

成品砖和导热系数测定用的试件经标准养护28d后，依据国家标准《承重混凝土多孔砖 GB25779-2010》和《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 热流计法》GB/T10295-2008的有关规定，对多孔砖的性能进行测试，多孔砖的孔洞率、体积密度、吸水率、强度、软化系数、线性干燥收缩率、保温系数的测试结果见表6。

表6 建筑垃圾混凝土多孔砖性能试验结果

由试验结果可知，当建筑垃圾混合骨料、膨胀玻化微珠及消石灰用量不变时，水泥用量每增加5%，多孔砖的干体积密度增大约20 kg/m3，吸水率减少约0.5%，线性干燥收缩率增大约0.04%，导热系数增大约0.006 W/(m K)，抗压强度增加约4.1MPa多孔砖的孔洞率大于15%小于35%；干体积密度小于1400kg/m3，比普通混凝土多孔砖(1800kg/m3)轻约22.2%， 比烧结多孔砖(1200kg/m3) 重约16.7%；吸水率＜18%，比烧结多孔砖(＞25%)小7%(绝对差值) 以上;线性干燥收缩率＜0.060%; 水泥用量为10%～20%时，其抗压强度可达8.1～16.4 MPa，软化系数均大于0.80。其主要技术性能均能满足国家行业标准 再生骨料应用技术规程 JGJ/T240-2011对再生骨料砖的要求,且导热系数比烧结多孔砖［0.452W/(m K)］和普通混凝土多孔砖［0.738W/(m K)］小50%以上，在满足相同强度要求的前提下，其保温性能明显优于烧结多孔砖和普通混凝土多孔砖，具有良好的节能效果由于建筑垃圾中的烧结砖、砂浆等固体物质的压碎指标值较大，且建筑垃圾的组成与建筑结构的形式和所使用的建筑材料有关，不同的建筑垃圾组成对多孔砖的性能有直接影响，尤其是砖和砌块的强度，建议生产过程中应根据不同的建筑垃圾组成和多孔砖的强度等级，由试验确定合适的水泥用量。

5 结 论

利用混合建筑垃圾和2%的膨胀玻化微珠作为骨料，以0.4%的建筑消石灰作为激发剂，以强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥为胶凝材料，与适量的水拌和均匀后，采用振动挤压成型工艺生产的建筑垃圾混凝土多孔砖，具有质量轻、强度高、干缩小、保温性能明显优于烧结多孔砖和普通混凝土多孔砖的特点。当水泥用量为10%～20%时，其强度等级可达 MU7.5～MU15，其他技术性能均能满足国家有关标准的要求，完全可用于承重墙体和自承重墙体的砌筑，且可根据设计需要定制生产，达到节约造价的目的。

--------摘自《硅酸盐学报》第34卷，第1期