建筑垃圾砖粉复合矿物掺和料试验研究

建筑垃圾砖粉复合矿物掺和料试验研究杨欣美　宋少民（北京建筑大学　北京市绿色建筑与节能技术重点实验室）摘　要：本课题主要针对磨细废砖粉与矿渣粉、粉煤灰或石灰石粉以不同比例进行三组分复合，制备新型复合矿物掺和料。研究净浆、胶砂与混凝土的工作性能、强度，在此基础上提出建筑垃圾砖粉复合矿物掺和料的适宜组分配比。试验研究表明：砖粉可作为混凝土的矿物掺和料使用，与矿渣粉、粉煤灰或石灰石粉复合使用，技术措施得当，能够保证混凝土拌合物和易性和强度要求。关键词：废砖粉；复合矿物掺和料；混凝土；和易性；强度Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｈａｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｂｒｉｃｋｐｏｗｄｅｒ，ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｎｅｗｃｏｍ-ｐｌｅｘａｄｍｉｘｔｕｒｅｓｙｓｔｅｍｏｎｆｌｕｉｄｉｔｙｏｆｃｅｍｅｎｔｐａｓｔｅ，ｃｏｎｃｒｅｔｅｗｏｒｋａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈ．Ｔｈｅｓｔｕｄｙｉｓａｉｍｅｄａｔｌｏｃａｔｉｎｇｔｈｅｂｅｓｔｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｔｈｅｎｅｗｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍｉｎｅｒａｌａｄｍｉｘｔｕｒｅ．ＴｅｓｔＳｔｕｄｙｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｂｒｉｃｋｐｏｗｄｅｒｃａｎｂｅｕｓｅｄｉｎｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅａｓａｄｍｉｘｔｕｒｅ，ａｎｄｍｉｘｉｎｇｂｒｉｃｋｐｏｗｄｅｒｗｉｔｈｓｌａｇｐｏｗｄｅｒａｎｄｆｌｙａｓｈｍａｙｅｎｓｕｒｅｔｈｅｌｉｑｕｉｄｉｔｙａｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｃｏｎ-ｃｒｅｔｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄ：Ｗａｓｔｅｂｒｉｃｋｐｏｗｄｅｒ，Ｍｉｎｅｒａｌａｄｍｉｘｔｕｒｅｓ，Ｃｏｎｃｒｅｔｅ，Ｗｏｒｋａｂｉｌｉｔｙ，Ｓｔｒｅｎｇｔｈ前言目前我国建筑垃圾围城及破坏环境、生态的现象普遍存在，再生利用率比较低。据住建部报导，到２０２０年中国还将新建住宅３００亿平方米，由此产生的建筑垃圾将超过５０亿吨。建筑垃圾如果不处理会严重污染环境，而且占用大量土地［１］。可见建筑垃圾的资源化利用仍有巨大的发展空间，建筑垃圾具有资源化属性，建筑垃圾经过资源化处置，９５％以上可成为工程建设的原材料并能应用到建设工程中去［２］。建筑垃圾经过合理处理实现其资源化利用是建筑业可持续发展必须解决的重大课题，也是建筑材料行业同仁的责任和使命。国内外关于建筑垃圾资源化利用的研究主要集中于再生砖、砌块用骨料以及再生粗细骨料应用于混凝土的研究，对建筑垃圾微粉用于掺和料的研究相对较少。随着混凝土技术的发展，矿粉、粉煤灰等矿物掺和料已经从利用工业废渣节约成本变成了改善混凝土性能不可或缺的一种组分［３］。由于减水剂技术不断进步，混凝土水胶比不断降低，各类低活性１５２０１５年第１２期（总第１６５期）　　　　　　　　江西建材　　　　　　　　　　　　　　　　　循环利用乃至非活性掺和料开始在现代混凝土得到越来越多的利用。本文研究建筑垃圾废砖磨成细粉，与“矿渣粉、粉煤灰”以及“矿渣粉、石灰石”粉进行三掺复合；研究和分析其对净浆、胶砂和混凝土工作性与强度的影响。通过研究建筑垃圾砖粉复合矿物掺和料合适的组分配比和验证细度与需水量比指标，为生产中合理控制砖粉复合矿物掺和料质量提供参考。１　原材料和试验方法１．１　试验原材料（１）水泥：北京金隅水泥厂生产的Ｐ·Ｏ４２．５水泥，比表面积３９０ｍ２／ｋｇ，标准稠度用水量２９．３％，实测２８ｄ抗压抗折强度分别为５２．２ＭＰａ、９．７ＭＰａ。（２）粉煤灰：密度２．２ｇ／ｃｍ３比表面积４１０ｍ２／ｋｇ，需水量比９８％。（３）矿渣粉：采用Ｓ９５级矿渣粉，密度２．８９ｇ／ｃｍ３比表面积４６０ｍ２／ｋｇ，流动度比９６％。（４）石灰石粉：密度２．７６ｇ／ｃｍ３，比表面积４４０ｍ２／ｋｇ，流动度比１０３％。（５）建筑垃圾砖粉：所用砖粉由废砖破碎后磨制，细度４５μｍ筛余为９．９％，需水量比为１００％。（６）细骨料：混凝土用砂为６０％机制砂＋４０％河砂，细度模数２．９。（７）粗骨料：本实验用石为碎石，最大公称粒径２０ｍｍ。（８）外加剂：本实验使用外加剂为西卡聚羧酸高效减水剂，固含量４５％，反应时间３ｍｉｎ左右。１．２　试验方法细度试验参照ＧＢ／Ｔ１５９６－２００５《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》进行粉煤灰、砖粉、矿渣粉的细度实验；参照ＧＢ／Ｔ１３４５—２００５《水泥细度检验方法》筛析法进行石灰石粉细度试验。参考ＧＢ／Ｔ１７６７１－１９９９《水泥胶砂强度检验方法（ＩＳＯ法）》。混凝土坍落度和强度试验分别参照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（ＧＢ／Ｔ５００８０－２０１１）、《普通混凝土力学性能试验方法标准》（ＧＢ／Ｔ５００８１－２００２）２　建筑垃圾砖粉复合掺和料对净浆与胶砂性能的影响２．１　建筑垃圾砖粉三组分掺和料对净浆流动度的影响　　建筑垃圾砖粉三组分复合掺和料净浆试验，Ａ组是掺加粉煤灰，Ｂ组是掺加石灰石粉。表１　建筑垃圾砖粉三组分复合（Ａ组）掺和料净浆配合比及流动度单位：ｇ矿：砖：粉水泥矿渣粉砖粉粉煤灰外加剂水流动度ｍｍｍｍ２０∶２４∶５６２１０１８２２５０２．２１０５２１４２０∶４０∶４０２１０１８３６３６２．２１０５２１３２０∶５６∶２４２１０１８５０２２２．２１０５２２５３０∶２１∶４９２１０２７１９４４２．２１０５２３８３０∶３５∶３５２１０２７３２３２２．２１０５２４３３０∶４９∶２１２１０２７４４１９２．２１０５２５５２５２０１５年第１２期（总第１６５期）　　　　　　　　江西建材　　　　　　　　　　　　　　　　　循环利用矿：砖：粉水泥矿渣粉砖粉粉煤灰外加剂水流动度ｍｍｍｍ４０∶１８∶４２２１０３６１６３８２．２１０５２２３４０∶３０∶３０２１０３６２７２７２．２１０５２３８４０∶４２∶１８２１０３６３８１６２．２１０５２５８表２　建筑垃圾砖粉三组分（Ｂ组）复合掺和料净浆实验配合比及流动度单位：ｇ矿：砖：石水泥矿渣粉砖粉石灰石粉外加剂水流动度ｍｍ２０∶２４∶５６２１０１８２２５０２．２１０５２４０２０∶４０∶４０２１０１８３６３６２．２１０５２４４２０∶５６∶２４２１０１８５０２２２．２１０５２３４３０∶２１∶４９２１０２７１９４４２．２１０５２４８３０∶３５∶３５２１０２７３２３２２．２１０５２７７３０∶４９∶２１２１０２７４４１９２．２１０５２７０４０∶１８∶４２２１０３６１６３８２．２１０５２５７４０∶３０∶３０２１０３６２７２７２．２１０５２００４０∶４２∶１８２１０３６３８１６２．２１０５２３４注：表１、２中的流动度单位为ｍｍ。　　表１、２结果表明，砖粉、矿渣粉、粉煤灰以及砖粉、矿渣粉、石灰石粉三组分复合掺和料中，砖粉的加入并不会降低净浆流动度。总体上看，相同复合比例时，矿渣粉、砖粉、石灰石粉复合掺和料＋水泥净浆流动度比矿渣粉、砖粉、粉煤灰复合掺和料＋水泥大，石灰石粉的加入有助于提高净浆流动度。Ｂ组矿渣粉、砖粉、石灰石粉百分比例为３０∶３５∶３５时净浆流动度最大，达到２７７ｍｍ，流动性优异。Ａ组同样比例掺加粉煤灰的净浆流动为２４３ｍｍ，流动性能良好。２．２　建筑垃圾砖粉三组分复合掺和料胶砂配合比与强度　　考虑到混凝土生产实际，本实验有所改变，采用低水胶比进行胶砂强度试验，水胶比０．３５，试验中加入西卡聚羧酸减水剂调整流动性，将搅拌时间改为：水和胶凝材料入锅后，开机慢搅３０ｓ，在第二个３０ｓ开始时加入标准砂，然后高速搅拌３ｍｉｎ，成型养护方法不变。表３　建筑垃圾砖粉三组分掺和料胶砂配合比单位ｇ矿：砖：粉／石水泥矿渣粉砖粉粉煤灰／石灰石粉砂外加剂水２０∶２４∶５６３１５２７３２７６１３５０７．２１５８３５２０１５年第１２期（总第１６５期）　　　　　　　　江西建材　　　　　　　　　　　　　　　　　循环利用矿：砖：粉／石水泥矿渣粉砖粉粉煤灰／石灰石粉砂外加剂水２０∶４０∶４０３１５２７５４５４１３５０７．２１５８２０∶５６∶２４３１５２７７６３２１３５０７．２１５８３０∶２１∶４９３１５４１２８６６１３５０７．２１５８３０∶３５∶３５３１５４１４７４７１３５０７．２１５８３０∶４９∶２１３１５４１６６２８１３５０７．２１５８４０∶１８∶４２３１５５４２４５７１３５０７．２１５８４０∶３０∶３０３１５５４４１４１１３５０７．２１５８４０∶４２∶１８３１５５４５７２４１３５０７．２１５８表４　建筑垃圾砖粉三组分复合（Ａ组）掺和料胶砂强度单位：ＭＰａ矿：砖：粉抗折强度抗压强度７ｄ２８ｄ７ｄ２８ｄ２０∶２４∶５６８．９１１．６４５．２７２．４２０∶４０∶４０８．３１１．５４３．６７４．４２０∶５６∶２４９．４１２．３４７．１７２．７３０∶２１∶４９９．１１０．９５０．２６６．６３０∶３５∶３５８．３１２．３４４．７６９．１３０∶４９∶２１８．８１２．２４９．５７２．０４０∶１８∶４２９．７１０．８５９．５６９．４４０∶３０∶３０９．９１２．３５９．１７５．８４０∶４２∶１８９．８１２．３５７．７７０．６表５　建筑垃圾砖粉三组分（Ｂ组）复合掺和料胶砂强度单位：ＭＰａ矿：砖：石抗折强度抗压强度７ｄ２８ｄ７ｄ２８ｄ２０∶２４∶５６７．０９．５４１．６５７．８２０∶４０∶４０８．０９．２３６．５５５．３２０∶５６∶２４７．５１０．２４１．７５７．８３０∶２１∶４９６．８９．１３４．７５３．５矿：砖：石抗折强度抗压强度７ｄ２８ｄ７ｄ２８ｄ３０∶３５∶３５８．５９．１３６．５５２．４３０∶４９∶２１８．２１０．６３９．０５４．８４０∶１８∶４２７．２１０．２３９．３５７．６４０∶３０∶３０１０．３１１．２５４．６５８．１４０∶４２∶１８７．９１１．４３７．９６５．９实验分析（分析表４、５）：同比例掺加时，掺粉煤灰复合掺和料胶砂比掺石灰石粉的胶砂抗压强度明显高。矿渣粉掺量相同时，砖粉掺量适度增加对胶砂２８ｄ抗压强度影响不大，强度都高于５０ＭＰａ。就强度而言，Ａ组矿渣粉、砖粉、粉煤灰复合百分比例为４０％：３０％：３０％最好，２８ｄ胶砂抗压强度达７５．８ＭＰａ，其胶砂的流动度符合要求，无离析泌水现象，相比而言Ｂ组同比例矿渣粉、砖粉、石灰石粉组胶砂强度为５８．１ＭＰａ，胶砂强度的降低幅度很大，但胶砂流动性更好。综上所述，经多次试验可以确定矿渣粉、砖粉、粉煤灰／石灰石粉以４０％：３０％：３０％复合时为最佳复合比例。按此比例进行混凝土试验。４５２０１５年第１２期（总第１６５期）　　　　　　　　江西建材　　　　　　　　　　　　　　　　　循环利用３　建筑垃圾砖粉三组分掺和料对混凝土工作性和强度的影响３．１　建筑垃圾砖粉三组分复合掺和料混凝土配合比表６　建筑垃圾砖粉三组分复合掺和料混凝土配合比单位：ｋｇ／ｍ３矿：砖：粉／石等级Ｗ／Ｃ水泥矿渣砖粉粉／石砂石减水剂水４０∶３０∶３０Ｃ３００．４７２５９４４３３３３８３３１０１７４．８１７３４０∶３０∶３０Ｃ４００．３９２８７４９３７３７７６８１０６１６．２１６０３．２　建筑垃圾砖粉三组分复合掺和料混凝土工作性和强度表７　建筑垃圾砖粉三组分复合掺和料（Ａ组）混凝土工作性和强度单位：ＭＰａ矿：砖：粉等级坍落度抗压强度７ｄ２８ｄ４０∶３０∶３０Ｃ３０２００２９．３４２．１４０∶３０∶３０Ｃ４０２１５３４．５４９．８表８　建筑垃圾砖粉三组分复合掺和料（Ｂ组）混凝土工作性和强度单位：ＭＰａ矿：砖：石等级坍落度抗压强度７ｄ２８ｄ４０∶３０∶３０Ｃ３０２００２６．５３７．５４０∶３０∶３０Ｃ４０２３５３４．０４５．９注：表７、８中坍落度的单位是ｍｍ。试验分析：Ｂ组以４０％：３０％：３０％比例复合掺和料应用于Ｃ３０、Ｃ４０混凝土时，实测抗压强度低于同比例Ａ组复合掺和料，但坍落度则是Ｂ组更好些。石灰石粉的加入能一定程度上提高了混凝土的流动性。借此也可以说明砖粉的加入对混凝土的坍落度无不良影响，符合泵送要求。４　结论（１）实验用砖粉由废砖经破碎、磨细后（球磨机磨细３０ｍｉｎ）制得，４５μｍ方孔筛筛余１０％以下，需水量比不大于１００％，可作掺和料应用于混凝土。（２）砖粉、矿渣粉、粉煤灰按照４∶３∶３复合制备的掺合料掺加能满足Ｃ４０中等强度混凝土强度要求，同时保证拌合物较好的和易性。（３）如果使用石灰石粉与