再生混合砂在濕拌砌筑砂漿中的應用及經(jīng)濟效益分析

梁偉，孫愛東，金榮鴻，李正茂，孫國斌

（1. 深圳市綠志新型建材研究院有限公司，廣東 深圳 518112；2. 深圳市為海建材有限公司，廣東 深圳 518129）

0 引言

深圳正在加快推進現(xiàn)代化國際化創(chuàng)新型城市建設，開發(fā)建設體量巨大，深圳市現(xiàn)有建筑的總建筑面積約10.8 億平方米，每年產(chǎn)生將近 1 億立方米的建筑廢棄物。同時，新建工程項目對砂、石等建筑材料有大量需求，據(jù)深圳市水泥及制品協(xié)會統(tǒng)計，2017 年全市預拌混凝土和砂漿企業(yè)累計消耗約 2800 萬噸砂。受制于生態(tài)與環(huán)境的保護，深圳本地的砂石資源嚴重依賴周邊的東莞、惠州等市[1]。

砂的需求日益增多，而開采卻受環(huán)保因素限制，供應量有限，導致天然砂資源愈發(fā)短缺。國內(nèi)已對再生骨料進行了大量的試驗研究[2-5]，余乃宗、元成方[6,7]等人研究表明粉體材料對砂漿強度的影響大于再生砂，鄭娟榮[8]研究砂的細度模數(shù)在 2.2～2.3 間用于干混抹灰砂漿為宜。本文研究再生混合砂在濕拌砌筑砂漿中的應用，通過使用部分再生混合砂替代部分天然砂，合理利用再生資源，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用和企業(yè)成本的降低，并應用于環(huán)保砂漿智能機器人（見圖1）的生產(chǎn)，考慮上述設備只有 3 個筒倉，本文據(jù)此開展相應的試驗。

圖1 環(huán)保砂漿機器人

1 試驗用原材料

（1）水泥：海螺 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，3d 抗壓強度 28.1MPa，28d 抗壓強度 47.6MPa，其它技術指標符合現(xiàn)行 GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》要求。

（2）外加劑：科隆智谷聚羧酸外加劑，減水率24.9%，固含量 13.0%，其它技術指標符合現(xiàn)行 GB/T 8075—2017《混凝土外加劑》要求。

（3）天然砂：惠州產(chǎn)中砂，細度模數(shù) 2.8，篩分結果見表1，符合Ⅱ級配區(qū)要求，為中砂。

（4）再生混合砂：深圳市橫崗街道工業(yè)區(qū)建筑物拆除、破碎產(chǎn)生的混合砂，細度模數(shù) 3.5，篩分結果見表1。對照 GB/T 25176—2010《混凝土和砂漿用再生細骨料》，符合Ⅰ級配區(qū)要求，為粗砂。

表1 天然砂和再生混合砂的篩分析試驗結果

2 砂漿試驗

采用單因素試驗探討含水率 11% 再生混合砂取代含水率 7% 天然砂對濕拌砌筑砂漿的稠度和抗壓強度的影響，試驗配合比和性能檢測結果見表2。

3 結果分析

3.1 流動性的影響

試驗中，當 100% 使用再生混合砂取代天然砂時，通過水的增減從 300kg/m3到 400kg/m3，砂漿的初始工作狀態(tài)可達到良好效果，但 1h 后的砂漿均無任何流動性，無法滿足砂漿的工作性能要求（A1、B1、C1）。由表2 可知，當摻入再生混合砂且不摻加外加劑時，1h后的砂漿幾乎沒有任何流動性。當再生混合砂的取代率為 75% 和 50% 的時候，通過配合比的調(diào)整和外加劑的摻入，可得到性能良好的再生濕拌砌筑砂漿。

3.2 強度的影響

從表2 和圖2 可見，75% 和 50% 再生混合砂取代天然砂時，再生濕拌砌筑砂漿的 3d 和 28d 抗壓強度與只用天然砂的砂漿試塊抗壓強度相差不大，其中，再生砂 50% 的取代率時砂漿的 3d 和 28d 抗壓強度均比只用天然砂的砂漿試塊強度略大。從圖2 可見，75% 的取代率時，28d 抗壓強度值較 3d 抗壓強度增長率最大，為266%；50% 的取代率時，28d 抗壓強度值較 3d 抗壓強度增長率為 231%，與 0% 的取代率時的強度增長 226%非常接近。秦擁軍[9]等人試驗用的再生細骨料全部為廢棄的混凝土，試驗結果為隨著再生細骨料取代率的增大，強度增長放緩。本試驗用的再生混合砂成分復雜，含有廢棄的混凝土和磚、瓦等，強度增長率與秦擁軍等人試驗結果不同，可能是由于再生混合砂與天然砂之間形成連續(xù)級配，且燒結磚中含有活性 SiO2，與水泥水化產(chǎn)物 Ca(OH)2發(fā)生二次水化反應導致。

表2 砂漿試驗配合比及性能檢測結果

圖2 不同再生混合砂取代率砂漿的抗壓強度

3.3 基準配合比調(diào)整的影響

由表2 可知，隨著水泥用量的增減，再生混合砂75% 取代率時，28d 抗壓強度的波動范圍在 12%～26%之間，波動幅度相對較大；而再生混合砂 50% 取代率時，28d 抗壓強度的波動范圍在 16%～21% 之間，波動幅度較小。由表2 和圖3 可知，再生混合砂 50% 取代率與基準砂漿的 28d 抗壓強度較為接近。

圖3 不同再生混合砂取代率砂漿強度的增長率

3.4 經(jīng)濟效益的影響

在保證質量的前提下，再生混合砂的摻入不僅可有效緩解深圳市場砂源緊張和砂價處于歷史最高價的局面，也是積極響應政府號召，實現(xiàn)建筑廢棄物的循環(huán)再生利用。成本按照水泥 450 元/噸、水洗砂 160 元/噸、再生混合砂 40 元/噸、外加劑 3500 元/噸計算，水直接取自施工現(xiàn)場，未計入成本，表3 可見，隨著再生混合砂摻入比例的減少，原材料成本顯著上升，上升幅度詳見圖4。此外，隨著水洗砂價格的上升，再生混合砂使用的經(jīng)濟效益將愈發(fā)顯著。

4 工程實際應用

位于深圳市龍崗區(qū)吉華街道的圍墻，使用摻入 50%再生混合砂的濕拌再生砌筑砂漿，詳見圖5 和 圖6。施工 10 天后實地走訪，與其它完全使用天然砂的砂漿墻體相比無差異。

表3 再生濕拌砌筑砂漿生產(chǎn)成本 元

圖4 不同摻量再生濕拌砌筑砂漿的成本

隨著砂石等材料價格的暴漲，越來越多的企業(yè)在尋求可替代天然砂石的材料。已有深圳固定式攪拌站和移動式服務站使用再生混合砂用于濕拌砌筑砂漿的生產(chǎn)，墻材企業(yè)也正嘗試在灰砂磚、藝術砂漿墻板、植草磚、透水磚等墻材中使用再生混合砂。

圖5 風景墻用再生砌筑砂漿與風景墻砌墻施工現(xiàn)場

圖6 風景墻完工后的現(xiàn)場圖

5 結論

（1）再生混合砂的取代率為 100% 的時候，砂漿的工作性能無法滿足標準要求，現(xiàn)有的再生混合砂無法完全取代天然砂。

（2）當再生混合砂的取代率為 75% 的時候，在配合比調(diào)整過程中，發(fā)現(xiàn)波動性較大，質量難以控制。

（3）從經(jīng)濟性的角度分析，再生混合砂的摻量越高，材料成本越低。但高摻量的砂漿質量卻難以控制，結合砂漿質量穩(wěn)定性等因素，再生混合砂 50% 的取代率社會綜合效益最佳。