建筑垃圾的處理及資源化利用

許新兵 李生彬 任小娜 張春玲 趙 麗

（酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程系甘肅酒泉735000）

建筑垃圾的處理及資源化利用

許新兵 李生彬 任小娜 張春玲 趙 麗

（酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程系甘肅酒泉735000）

論文試驗(yàn)研究再生混凝土的性能：首先通過對(duì)再生混凝土配合比的研究，確定試驗(yàn)所選用的再生混凝土用水量大?。蝗缓笥迷偕炷凉橇现谱髟偕炷?；試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果表明：在取代率相同的情況下，再生粗骨料混凝土的用水量大于再生細(xì)骨料混凝土的用水量，而且隨著取代率的增大，再生粗骨料的用水量增加較大。隨著再生骨料取代率的增加，再生混凝土的抗折強(qiáng)度不斷下降，而且再生混凝土在相同取代率下，細(xì)骨料再生混凝土的抗折強(qiáng)度大于再生粗骨料混凝土。

建筑垃圾；再生骨料；資源化

建筑垃圾作為城市垃圾的主要組成成分，約占垃圾總量的30%～40%。有關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，在10000 m2建筑工施工中，建筑垃圾的產(chǎn)量為500t～600 t[1]。我國(guó)目前處于建設(shè)鼎盛時(shí)期，而我國(guó)大部分的建筑垃圾未經(jīng)任何處理，直接被運(yùn)往郊外或城市周邊進(jìn)行填埋或者露天堆存，這樣既浪費(fèi)了土地和資源，同時(shí)也造成污了環(huán)境污染[2]。因此，我們應(yīng)該加緊對(duì)建筑垃圾資源化的研究，使建筑垃圾成為循環(huán)經(jīng)濟(jì)中的一環(huán)，將建筑垃圾循環(huán)利用納入生態(tài)平衡體系之中[3]。

本文以酒泉市作為重點(diǎn)研究區(qū)域。研究廢棄混凝土作為再生骨料的基本性能，再生混凝土的一些力學(xué)性能，對(duì)比分析再生骨料和再生混凝土與天然骨料、混凝土性能的差異，為研究建筑垃圾資源互提供理論依據(jù)[4]。最后結(jié)合酒泉市建筑垃圾的實(shí)際情況對(duì)建筑垃圾的管理及資源化再生利用提出了相應(yīng)的對(duì)策。

1 再生混凝土的試驗(yàn)原料與方案

1.1 試驗(yàn)原料

水泥：P·O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥（（即澆筑28d后強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到42.5MPa）；天然碎石：5mm～31.5mm連續(xù)級(jí)配的天然碎石（JGJ52-2006）；天然砂：細(xì)度模數(shù)為2.8的河沙（JGJ52-2006）；再生粗骨料：粒徑6 mm～10mm簡(jiǎn)單破碎的再生粗骨料；再生細(xì)骨料：粒徑＜5mm簡(jiǎn)單粉碎的再生細(xì)骨料；脫模劑：采用廢棄柴油；水：自來水。

1.2 試驗(yàn)儀器

工程塑料抗壓試模（100 mm×100 mm×100mm）、工程塑料抗折試模（100 mm×100 mm×515mm）、工程塑料抗凍試模（100 mm×100 mm×400mm）、工程塑料抗?jié)B試模（175 mm×185 mm× 150mm）,以上試模均來自于河北北方建筑儀器制造有限公司，符合JG237-2008標(biāo)準(zhǔn)；坍落度筒(100 mm×200 mm×300mm)；坍落度標(biāo)尺；搗棒(滄州騰達(dá)筑路試驗(yàn)儀器廠)；抹刀、橡皮錘等。

1.3 混凝土試件制作的規(guī)定

（1）試模內(nèi)表面涂脫模劑；（2）拌制后盡快成型，時(shí)間小于15min；（3）搗棒人工搗實(shí)。

1.4 試驗(yàn)具體步驟

本次試驗(yàn)采用人工拌制，稱量好拌制物之后緩慢的加水，邊加工邊拌合，直至無花白料、無結(jié)團(tuán)、拌合均勻?yàn)橹?。具體方法如下[5]：（1）混凝土拌合物應(yīng)分兩層裝入模內(nèi)，每層裝料厚度大致相等。（2）插搗應(yīng)按螺旋方向從邊緣向中心均勻進(jìn)行。在插搗底層混凝土?xí)r，搗棒應(yīng)達(dá)到試模底部；插搗上層混凝土?xí)r，搗棒應(yīng)貫穿上層后插入下層20 mm～30 mm；插搗時(shí)搗棒應(yīng)保持垂直，不得傾斜。然后應(yīng)用抹刀沿試模內(nèi)壁插拔數(shù)次。（3）每層插搗次數(shù)按在10000 mm2截面積內(nèi)不少于12次（即150mm×150 mm試模每層插搗約27次）。搗后用橡皮錘輕輕敲擊四周，直至搗棒留下的空洞消失為止。（4）刮除試模上口多余的混凝土，待混凝土臨近初凝前，用抹刀抹平。

1.5 再生混凝土的養(yǎng)護(hù)

（1）成型后應(yīng)立即用不透水的薄膜覆蓋表面。（2）應(yīng)在20± 5℃的環(huán)境中靜置一晝夜至兩晝夜，然后拆模，編號(hào)。

2 再生混凝土的配合比試驗(yàn)研究

再生骨料吸水率大，粒形有別于天然碎石，為了保證再生混凝土拌合物滿足施工要求，應(yīng)研究再生混凝土配合比對(duì)混凝土工作性能的影響。普通混凝土配合比計(jì)算按照J(rèn)GJ55-2002《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程進(jìn)行》，再生混凝土與普通混凝土在配合比設(shè)計(jì)的主要區(qū)別是單位體積用水量的不同[6]。所以我們?cè)谄胀ɑ炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)再生骨料吸水率較大的特點(diǎn)，在再生混凝土配合比的設(shè)計(jì)中，對(duì)水量進(jìn)行調(diào)整[7]。

試驗(yàn)進(jìn)行的具體方法是保持水泥用量不變，通過調(diào)整用水量控制混凝土坍落度在140 mm～160 mm范圍內(nèi)，僅改變?cè)偕橇系娜〈剩謩e為0%、20%、40%、60%、80%、100%。研究再生骨料粗骨料、再生細(xì)骨料種類不同對(duì)用水量的影響，以及取代率不同隊(duì)用水量的影響。試驗(yàn)結(jié)果見圖1、圖2。

圖1 不同種類再生骨料用水量的變化

圖2 不同取代率下用水量的變化

2.1不同種類再生骨料對(duì)用水量的影響

由圖1可以直觀的看出，在取代率相同的情況下，再生粗骨料混凝土的用水量大于再生細(xì)骨料混凝土的用水量，而且隨著取代率的增大，再生粗骨料的用水量增加較大。這是由于再生粗骨料的顆粒棱角多，內(nèi)部有大量微裂紋，粉體含量高，導(dǎo)致其吸水率增大。而再生細(xì)骨料在細(xì)碎過程中磨損掉了許多水泥砂漿，導(dǎo)致其吸水率較低。所以再生粗骨料與再生細(xì)骨料在同樣的取代率下，再生粗骨料的用水量較高。

2.2 取代率不同對(duì)用水量的影響

由圖2可以看出，再生粗骨料混凝土的用水量隨取代率的增加增長(zhǎng)很快，而再生細(xì)骨料混凝土的用水量隨再生細(xì)骨料取代率的增加而減少，但是其減少的幅度較小。這是由于再生粗骨料周圍包裹著一些水泥砂漿，導(dǎo)致其吸水率的增大，而再生細(xì)骨料在制備過程中打磨掉了部分水泥石，而且其棱角較少，粒形良好，級(jí)配較為合理，使得再生細(xì)骨料混凝土的用水量小，工作性良好。

3 再生混凝土的力學(xué)試驗(yàn)研究

本試驗(yàn)保持水泥用量不變，通過調(diào)整用水量控制坍落度范圍在140mm～160mm，主要研究再生骨料種類（再生粗骨料、再生細(xì)骨料）和再生骨料取代率變化對(duì)再生混凝土力學(xué)性能的影響。

3.1 再生混凝土的抗壓強(qiáng)度

3.1.1 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)采用JYE-2000B型液壓式建材壓力試驗(yàn)機(jī)（濟(jì)南試金集團(tuán)有限公司，濟(jì)南試驗(yàn)機(jī)廠制造）。試驗(yàn)試件大小為100 mm×100 mm×100mm。

3.1.2 測(cè)定操作步驟[8]：（1）試件從養(yǎng)護(hù)地點(diǎn)取出后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，將試件表面與上下承壓板擦拭干凈。（2）將試件安放在試驗(yàn)機(jī)的下壓板或墊板上，試件的承壓面應(yīng)與成型時(shí)的頂面垂直，試件的中心應(yīng)與試驗(yàn)機(jī)下壓板中心對(duì)準(zhǔn)。開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，當(dāng)上壓板與試件接近時(shí)，調(diào)整球座，使接觸均衡。（3）在試驗(yàn)過程中連續(xù)而均勻地加荷，按相關(guān)規(guī)定的加荷速度加荷，混凝土強(qiáng)度等級(jí)＜C30時(shí)，加荷速度取每秒0.3 MPa～0.5 MPa；混凝土強(qiáng)度等級(jí)≥C30且＜C60時(shí)，取每秒0.5 MPa～0.8MPa；混凝土強(qiáng)度等級(jí)≥C60時(shí)，取每秒0.8 MPa～1.0MPa。（4）當(dāng)試件接近破壞而開始迅速變形時(shí)，停止調(diào)整試驗(yàn)機(jī)油門，直至試件破壞，然后記錄破壞荷載F。（5）混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算：

式中：fcc——混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度（MPa）；

F——試件破壞荷載（N）；

A——試件承壓面積（mm2）。

計(jì)算結(jié)果精確到0.1MPa。

再生粗骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見圖3，再生細(xì)骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖3 不同種類再生混凝土的抗壓強(qiáng)度變化

圖4 不同取代率下再生混凝土的抗壓強(qiáng)度變化

由圖3和4可以直觀的看出，在取代率相同時(shí)，不同骨料種類再生混凝土抗壓強(qiáng)度的變化。在取代率為20%～40%范圍內(nèi)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸下降，降低幅度基本一致，且再生粗骨料混凝土抗壓強(qiáng)度高于再生細(xì)骨料；在取代率為60%時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，抗壓強(qiáng)度有所回彈升高，之后抗壓強(qiáng)度又繼續(xù)降低，且在取代率大于60%后，細(xì)骨料再生混凝土的抗壓強(qiáng)度反而高于再生粗骨料混凝土。

所以通過試驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，使用再生骨料制作再生混凝土，我們可以選取再生骨料的取代率在60%左右，一是此時(shí)再生混凝土的抗壓強(qiáng)度與商品混凝土差別較小，抗壓強(qiáng)度相對(duì)較高，能夠符合工程上的需求；二是由于取代率較高，意味著可以利用更多的廢棄混凝土再生骨料，符合建筑垃圾資源化再利用要求。

3.2 再生混凝土的抗折強(qiáng)度

3.2.1 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)采用WE-600型1000kN液壓萬能試驗(yàn)機(jī)（中華人民共和國(guó)，天水紅山試驗(yàn)機(jī)廠制造）。試驗(yàn)試件大小為100 mm×100 mm×515mm。

3.2.2 測(cè)定操作步驟[9]：（1）試驗(yàn)進(jìn)行前先檢查試件，如試件中部1/3長(zhǎng)度內(nèi)有蜂窩（大于Φ7mm×2mm），該試件應(yīng)即作廢。（2）在試件中部量出其寬度和高度，精確至1mm。（3）調(diào)整兩個(gè)可移動(dòng)支架，使其與試驗(yàn)機(jī)下壓頭中心距離為225mm，并旋緊兩支座，將試件穩(wěn)妥的放在支座上，試件成型時(shí)的側(cè)面朝上，幾何對(duì)中后，緩緩加一初荷載，大小約1kN，之后以0.5MPa/s～0.7 MPa/s的加荷載速度，均勻連續(xù)的增加荷載；當(dāng)試件接近破壞而開始迅速變形時(shí)，應(yīng)停止調(diào)整試驗(yàn)機(jī)油門，直至試件破壞，記下最大荷載F。（4）混凝土抗折強(qiáng)度fcf按下式計(jì)算：

式中:fcf——混凝土試件的抗折強(qiáng)度（MPa）；

F——極限荷載（N）；

L——支座間距，L=450mm；

b——試件寬度（mm）；

h——試件高度（mm）。

計(jì)算結(jié)果精確到0.1MPa。

再生粗骨料混凝土的抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見圖5，再生細(xì)骨料混凝土的抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見圖6。

圖5 不同種類再生混凝土抗折強(qiáng)度變化