建筑垃圾掺量变化对制备自流平地坪砂浆性能的影响

《混凝土》2015年第4期 转载须注明出处违者必究

杨子胜;王爱勤;王奕仁;张承志;

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【摘要】 将建筑垃圾各部位(板、柱和砖)按质量比1∶1∶1混合后成建筑垃圾砂,按照不同比例10%、20%、30%、40%和50%的掺量替代天然砂,并测试混合后再生垃圾砂的表观密度和空隙率;随后与胶凝材料和添加剂混合制备自流平地坪砂浆,按JCT 985—2005《地面用水泥基自流平砂浆》要求测试流动度、抗压强度、抗折强度、吸水率。试验表明:混合后再生垃圾砂表观密度基本在1 500 gL,空隙率随建筑垃圾砂掺量增加而增大,掺量50%时,达到最大35%;砂浆流动度随建筑垃圾砂掺量增加先增大后减小,掺量为30%时,达到最大110 mm;建筑垃圾砂掺量为50%时,砂浆90 d抗压与抗折强度达到最大分别是48.1、6.5 MPa;砂浆吸水率随建筑垃圾砂掺量增加先增大后减小,掺量为40%时,达到最大10.8%。

0 前言

建筑垃圾是指在建（构）筑物的建设、维修、拆除对地基进行开挖建筑过程中产生的固体废弃物，主要包括废混凝土块、废沥青混凝土块以及施工过程中散落的砂浆、石粉、混凝土、碎砖渣、金属、木材等。据不完全统计，其数量已占到城市垃圾总量的30％～40％，绝大部分建筑垃圾未经处理，直接造成严重的环境污染，破坏了生态环境[1]。其中将建筑垃圾中废混凝土块和废砖经过一系列处理，可以作为“循环再生骨料”[2-7]。再生骨料主要有两大应用领域：一是经过一般破碎的混凝土骨料可以用在道路工程垫层和面层、混凝土砌块砖、铺道砖、花格砖等建材制品等方面；二是将废弃混凝土经过破碎、筛分、分选、洁净后，可作为再生粗骨料和细骨料来代替天然砂石用在混凝土和砂浆中。

自流平地坪材料是一种以有机或无机胶凝材料为基材，加入各种助剂改性的用于地面自找平的新型地面材料。由于可以按设计要求，经济、高效地制作出平整、牢固的地面，而被越来越广泛的认可和应用。根据国家地坪行业调研报告显示，2007年，欧洲的水泥基自流平在地坪行业中的应用己达到150万吨/年，1亿平米，其中德国的用量在27万吨/年左右，应用面积在2000万平米，我国的用量已超过了15万吨/年[8]。因此，如此大的水泥基消耗量需要研发能源、资源消耗低，符合性能的新型自流平地坪砂浆。故本试验将建筑垃圾破碎后形成的表面附着水泥浆的砂粒、表面无水泥浆的砂粒、水泥石颗粒及少量破碎石块制备成再生砂[9]，再配以胶凝材料及外加剂，制备自流平地坪砂浆。不仅可以减少建筑业对天然骨料的消耗，还可以建筑垃圾制造而成的生态环境日益恶化等问题，有利于人类社会的可持续发展。

1试验原料和方法

1.1 试验原材料

（1）胶凝材料：#32.5普通硅酸盐水泥（新乡塔山水泥厂）；Ⅲ级粉煤灰；

（2）骨料：天然砂（细度模数为2.4）；建筑垃圾再生砂（砖-细度模数为3.5、板-细度模数为3.6、柱-细度模数为3.3，各部位垃圾砂按质量比1:1:1混合）；

（3）普通自来水；

（4）添加剂：减水剂；消泡剂；胶粉；纤维素醚；生石膏。

1.2 试验设备

标准方孔筛、DKZ-5000型电动抗折试验机、抗压试验机、JJ-5行星式水泥砂浆搅拌机、ZS-15行水泥砂浆振实台、YH-40B型标注恒温恒湿养护箱、101-A型电热鼓风干燥箱、MP12001电子天平秤、40mm×40mm×160mm钢质试模。

1.3 试验方法

利用筛分法测试砂颗粒级配，利用容重桶测试表观密度。砂浆成型按JC/J98-2000《砌筑砂浆配合比设计规程》；测试按JC/T985-2005《地面用水泥基自流平砂浆》中相应的要求进行拌合成型试件，分别成型3天、7天、24天、28天、90天试件，测试流动度、抗压强度、抗折强度、吸水率。

1.4 建筑垃圾地坪砂浆的配制方法

每组采用相同的水泥用量，自来水用量，减水剂用量，将建筑垃圾砂的掺入量定为变量。根据不同建筑垃圾砂的掺量进行分组编号，各个编号的具体用量如表1所示。

表1 建筑垃圾砂浆配比

编号	水泥用量/g	粉煤灰用量/g	用水量/g	减水剂/g	集料/g	天然砂/g	垃圾砂/g	板砂/g	柱砂/g	砖砂/g
L0	350 70%	150 30%	215 43%	10 2%	1500 300%	1500	0	0	0	0
L1						1350	150	50	50	50
L2						1200	300	100	100	100
L3						1050	450	150	150	150
L4						900	600	200	200	200
L5						750	750	250	250	250

2试验结果分析

2.1 建筑垃圾砂掺量对空隙率的影响

在砂浆中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充，减少砂粒之间的空隙可以达到节约水泥和提高砂浆强度的目的。较好的颗粒级配是在粗颗粒砂的空隙中由中颗粒砂填充，中颗粒砂的空隙再由细颗粒砂填充，这样逐级的填充，使砂形成最密集的堆积，空隙率达到最小程度[10]。

在用砂量相同的情况下，细砂的总表面积较大，而粗砂的总表面积较小。在砂浆中砂子的表面需要水泥浆包裹，赋予系统流动性和粘结强度，砂子的总表面积越大，则需要包裹砂粒表面的水泥浆就越多。一般用粗砂拌制的砂浆比用细砂拌制砂浆所需的水泥浆要少。

在砂浆拌制时，砂的颗粒级配和粗细程度应同时考虑。当砂中含较多的粗颗粒，并以适合的中颗粒及少量的细颗粒填充其空隙，则达到空隙率及总表积最小，这是比较理想的，不仅水泥用量小，而且还可以提高砂浆的密实度和强度。

不同掺加比例混合砂的表观密度及空隙率见表2所示。

表2 建筑垃圾砂的表观密度及空隙率

编号	L0	L1	L2	L3	L4	L5
表观密度	1540g/L	1500g/L	1499g/L	1500g/L	1499g/L	1500g/L
空隙率	33.3%	30%	31%	34%	34%	35%