閱讀 4711 次 利用建筑垃圾生產(chǎn)新型混凝土摻合料的研究成果
摘要:本文主要從技術(shù)角度論述了利用建筑垃圾生產(chǎn)混凝土新型摻合料的可行性。并從環(huán)境保護和經(jīng)濟效益兩方面進行評估,充分肯定了該產(chǎn)品的應(yīng)用前景。...
利用建筑垃圾生產(chǎn)新型混凝土摻合料的研究成果
張 保
前言
隨著我國城市新型建設(shè)和舊城改造力度的加大,一方面大量建筑垃圾的產(chǎn)生給大中城市環(huán)境衛(wèi)生帶來了極大的壓力。另一方面,由于建筑工業(yè)的蓬勃發(fā)展需要大量的混凝土材料,使常用的混凝土摻合材料愈來愈短缺。如何利用現(xiàn)有建筑工業(yè)垃圾,生產(chǎn)出一種新型的混凝土摻合材料,它既能夠消化大量的建筑垃圾,又能夠彌補混凝土生產(chǎn)材料的不足,從而真正實現(xiàn)環(huán)保與節(jié)能雙盈,成本因節(jié)能下降的良性生產(chǎn)模式。
1、技術(shù)思路
從理論上講,混凝土摻合料生產(chǎn)材料必須是具有一定活性的無機材料,比如礦渣、硅粉、粉煤灰等工業(yè)廢渣,與這一理論相違勃的事實是,大部分建筑垃圾已基本失去活性甚至沒有活性。比如廢棄的混凝土及砂漿,包括已拆除的磚混砌塊,也就是說建筑垃圾能否成為混凝土摻合料的首要條件,是其能否在第三種材料的介入下,重新恢復(fù)其自身活性或產(chǎn)生新的活性質(zhì)量,這也是本次課題要研究技術(shù)重心。
所謂建筑垃圾,主要是指廢棄的混凝土和磚塊。從混凝土的材料組成來分析,只有水泥為活性材料,而水泥中的主要活性成份為氧化鈣,從磚材的化學(xué)成分上來分析,其主要活性成份為三氧化鋁。水泥中的氧化鈣在混凝土中已轉(zhuǎn)換為輕氧化鈣或其它化合物。磚材中的三氧化二鋁在長期的自然風(fēng)化中活性亦大大降低。給廢棄的混凝土補充適量的氧化鈣,用金屬堿類激活廢棄磚材中的三氧化二鋁,將是我們這次課題要采用的重要技術(shù)手段。
2、技術(shù)方案
2、1.原材料要求
2.1.1廢棄混凝土及砂漿
廢棄混凝土及砂漿來源于各商品混凝土公司沉淀池及廢料堆,亦可收集舊建筑物拆除的混凝土及砂漿,廢料中不應(yīng)含有其它雜質(zhì),采料地點應(yīng)不少于5個攪拌站和兩個建筑工地,采料數(shù)量應(yīng)不小于1000kg。
2.1.2廢棄磚混砌體
廢棄磚混砌體必須是粘土類型,允許夾帶砌筑砂漿及粉刷砂漿。但不允許混有其它雜物。采料地點應(yīng)不少于2個建筑工地,采集數(shù)量不少于500kg。
2.1.3生石灰
生石灰采用鈣質(zhì)生石灰,其中氧化鈣+氧化鎂含量應(yīng)≥85,殘渣含量不<10%。采樣生產(chǎn)廠家應(yīng)為檢驗合格廠家,采樣不少于100kg。
2.1.4礦物激發(fā)劑
激發(fā)劑采用硫酸鉀鹽和胺基鈉鹽復(fù)合激發(fā)劑,最佳摻量通過試驗確定。
2、2試驗流程
2.2.1將廢棄混凝土樣品及廢棄磚材采取四分法分別分選至100kg、50kg左右。然后進入干燥箱干燥至含水率≥2%。移出干燥箱,放置于通風(fēng)干燥處,自然冷卻到環(huán)境溫度。
2.2.2將干燥過的廢棄混凝土,磚材及生石灰分開進研磨,研磨至比表面積330m2/kg±20。
2.2.3設(shè)計三水平四因素正交試驗表,各材料比例應(yīng)按正交試驗分配比例準確計量進入。
2.2.4正交試驗因素水平表
因 素
水平 |
A |
B |
C |
D |
廢棄混凝土 |
廢棄磚材 |
生石灰 |
激發(fā)劑 | |
1 |
70 |
20 |
9 |
1 |
2 |
61 |
30 |
7 |
2 |
3 |
52 |
40 |
5 |
3 |
2.2.5 不同配比的摻合料代入混凝土試驗的基準配合比組成
材料名稱 |
水泥+摻合料/kg |
水/kg |
中砂/kg |
卵石/kg |
外加劑/kg |
材料用量 |
300+100 |
160 |
720 |
1130 |
10 |
備注:摻合料:試驗中不同水平組成摻合料用量為100kg;
水 泥:秦嶺牌P.O32.5 砂 子:灞河中砂
石 子:5-31.5mm涇河卵石 拌合水:自來水
外加劑:SDB-800B泵送劑 |
3、試驗結(jié)果分析
3.1 正 交 試 驗 表 L9(34)
因素 |
A |
B |
C |
D |
坍落度 mm |
抗壓強度MPa |
綜 合
打 分 | ||||||
序號
試驗號 |
1 |
2 |
3 |
4 |
起始 |
1h |
3d |
28d | |||||
1 |
1(70) |
1(20) |
1(9) |
1(1) |
230 |
190 |
26.0 |
40.0 |
95 | ||||
2 |
1(70) |
2(30) |
2(7) |
2(2) |
210 |
180 |
25.1 |
40.5 |
97.5 | ||||
3 |
1(70) |
3(40) |
3(5) |
3(3) |
200 |
150 |
27.4 |
39.6 |
84 | ||||
4 |
2(61) |
1(20) |
2(7) |
3(3) |
245 |
180 |
25.9 |
41.2 |
90 | ||||
5 |
2(61) |
2(30) |
3(5) |
1(1) |
240 |
220 |
24.6 |
44.0 |
100 | ||||
6 |
2(61) |
3(40) |
1(9) |
2(2) |
220 |
190 |
17.0 |
38.0 |
87.5 | ||||
7 |
3(52) |
1(20) |
3(5) |
2(2) |
220 |
180 |
22.2 |
37.6 |
93.5 | ||||
8 |
3(52) |
2(30) |
1(9) |
3(3) |
240 |
220 |
23.0 |
37.6 |
93.5 | ||||
9 |
3(52) |
3(40) |
2(7) |
1(1) |
220 |
170 |
18.1 |
38.0 |
85 | ||||
|
A |
B |
C |
D |
總分:826 | ||||||||
∑K1 |
276.5 |
278.5 |
276 |
280 | |||||||||
∑K2 |
277.5 |
291 |
272.5 |
278.5 | |||||||||
∑K3 |
272 |
256.5 |
277.5 |
267.5 | |||||||||
K1 |
92.2 |
92.8 |
92 |
93.3 | |||||||||
K2 |
92.5 |
97 |
90.8 |
92.8 | |||||||||
K3 |
90.7 |
85.5 |
92.5 |
89.2 | |||||||||
R |
1.8 |
11.5 |
1.7 |
4.1 | |||||||||
3.2 打分標準:混凝土坍落度指標滿分為50分。初始坍落度≥220mm為25分,每小于20mm扣除5分。 1小時損失值小于初始值10%為25分,損失大于10%扣除5分,大于20%扣除10分,大于30%為零。抗壓強度指標為50分。3天抗壓強度≥18MPa為25分,每降低2 MPa扣除5分,低于14 MPa則為零。28天抗壓強度≥40MPa為25分,每降低2 MPa扣除5分,低于36 MPa則為零。
3.3 偏差主次因素排列
主 次
B D A C
3.4 極差趨勢

3.5極差分析
根據(jù)正交試驗表綜合得分指數(shù),5號配方為滿分,這和極差趨勢圖指示的數(shù)據(jù)完全相吻合。按趨勢圖指示,影響摻合料質(zhì)量水平的最大因素為廢棄磚材(B),參照正交試驗表進行分析。廢棄磚材不同水平的摻入量對混凝土強度影響不大,主要體現(xiàn)在對新拌混凝土坍落度減小及經(jīng)時坍落度減少損失有所影響。其次是激發(fā)劑(D),查閱正交試驗表中各組試驗數(shù)據(jù),就激發(fā)劑本身而言,其不同水平摻量對混凝土強度和坍落度性能影響不大,但一旦與其它材料組合比例失調(diào)則可能產(chǎn)生較大負面作用。廢棄混凝土(A)和生石灰(C)盡管極差波動很小,實際上亦存在最佳摻量與最佳組合的問題。故在以后的工業(yè)生產(chǎn)中,應(yīng)嚴格執(zhí)行第5號配方。為了方便以噸為單位的工業(yè)生產(chǎn)配料,將影響因素較小的大宗材料(A)增加三個百分點,調(diào)整后的5號配方為實際生產(chǎn)配方。
3.6調(diào)整后的5號配方
A
廢棄混凝土 |
B
廢棄磚材 |
C
生石灰 |
D
激發(fā)劑 |
64 |
30 |
5 |
1 |
4、產(chǎn)品應(yīng)用性能檢驗
4.1為確保新型摻合料摻入混凝土后的穩(wěn)定性能及耐久性能,試驗應(yīng)進一步完成產(chǎn)品應(yīng)用性能技術(shù)檢驗。
4.2應(yīng)用性能檢驗采用平行對比試驗,試驗以基準配合比為載體,用新型摻合料與粉煤灰,礦渣粉三種材料等量摻入法進行性能比較。試驗基數(shù)為連續(xù)6次,試驗結(jié)果取6次平均值,各組(次)間試驗數(shù)據(jù)不得大于15%。
4.3試驗采用取技術(shù)指標為新拌混凝土坍落度;經(jīng)時坍落度保留值;混凝土硬化后3d、28d抗壓強度值;P8壓力下抗?jié)B透性能;M200次抗凍融性能。
4.4平行對比試驗結(jié)果表(6次平均值)
序
號 |
材料名稱 |
坍落度
(mm) |
抗壓強度
(MPa) |
抗?jié)B性能
(P8) |
抗凍融性能
(M200) |
綜合評價 | ||||
初始 |
1h |
3d |
28d |
外觀 |
滲透高度(mm) |
重量損失(%) |
相對彈性模量(%) | |||
1 |
粉煤灰 |
245 |
220 |
19.0 |
40.2 |
無滲漏 |
51 |
1.5 |
25 |
基本性能良好
抗凍融性能一般 |
2 |
礦渣粉 |
230 |
210 |
20.7 |
46.0 |
無滲漏 |
43 |
3.4 |
48 |
基本性能良好
抗凍融性能差 |
3 |
新型摻合料 |
240 |
220 |
25.1 |
44.6 |
無滲漏 |
47 |
1.1 |
18 |
基本性能良好
抗凍融性優(yōu) |
備注 |
試驗采用粉煤灰為渭河電廠二級粉煤灰。礦渣為龍鋼礦渣粉,比表面積330m2/kg。新型摻合料為5號配方,細度18%,試生產(chǎn)800T現(xiàn)場批量抽樣,比表面積315m2/kg。 |
5、產(chǎn)品性能評價
5.1從平行對比試驗的結(jié)果中可以看出,新型摻合料對新拌混凝土坍落度性能及經(jīng)時坍落度損失基本沒有影響,其工作性能不亞于粉煤灰和礦渣粉。
5.2硬化后混凝土3天抗壓強度優(yōu)于礦渣和粉煤灰,28天抗壓強度優(yōu)于粉煤灰但略低于礦渣粉。早期強度較好是新型摻合料的一個技術(shù)特征。
5.3其抗?jié)B透性能和粉煤灰;礦渣粉相當接近。抗凍性能明顯高于粉煤灰和礦渣粉,具有較好的抗凍融能力是該材料的又一技術(shù)特征。
6、經(jīng)濟效益分析
6.1新型摻合料主要材料為廢棄混凝土及磚材。材料來源廣泛,成本低廉,綜合處理后成本每T不足20元。
6.2該產(chǎn)品生產(chǎn)工藝簡單,投資不大,以年生產(chǎn)10T計算,總投資250萬元,含流動資金。
6.3每T產(chǎn)品綜合生產(chǎn)成本為55元,目前西安市場售價為85元,每T利潤30元,當年可全部收回投資成本。
6.4西安市每年需要混凝土摻合料100萬噸,尤其是在粉煤灰生產(chǎn)淡季其間,摻合料特別緊張,故銷售前景看好。
6.5該產(chǎn)品屬環(huán)保型產(chǎn)品,是政府大力支持的新型產(chǎn)業(yè)之一,可享受免稅政策。
7、環(huán)境保護評估
西安市每年生產(chǎn)商品混凝土約800萬m3,廢棄混凝土大約在20萬T左右,加之被拆除舊房危樓,建筑垃圾至少在40T以上。這些垃圾已成為城市環(huán)境保護之患,有些地方為堆放垃圾甚至已毀壞農(nóng)田。如果將這些垃圾全部生產(chǎn)為混凝土摻合料,不但能減少城市污染,還能夠產(chǎn)生巨大的資源再利用效益。
8、摻合料生產(chǎn)工藝流程圖

9、工程實踐
新型摻合料在完成試驗和檢驗工作后,由西安點石新型建材公司組織批量生產(chǎn),從2007年6月~12月底,共生產(chǎn)新型摻合料6萬余噸。經(jīng)西安堯柏、長城及金港等商品混凝土公司在眾多高層建筑中應(yīng)用,共計澆筑混凝土60多萬立方。總體質(zhì)量評價,新拌混凝土和易性良好,坍落度損失較小,且對混凝土強度指標有所提高。實踐證明,利用建筑垃圾生產(chǎn)新型混凝土摻合料,不僅能彌補混凝土摻合料的資源短缺,還可以促進環(huán)境保護和循環(huán)經(jīng)濟的大力發(fā)展,確是一種值得大力推廣的新技術(shù)。
[作者簡介] 張保 男 生于1953年12月 漢族 大學(xué)學(xué)歷 西北電建四公司中心試驗室主任 高級工程師 陜西省電力技術(shù)工程技術(shù)專家、 陜西省混凝土協(xié)會專家組專家, 先后在國家、省部級雜志發(fā)表有關(guān)混凝土研究應(yīng)用科技論文三十余篇,獲國家省部級優(yōu)秀論文一等獎十余次。
(本文來源:陜西省土木建筑學(xué)會 文徑網(wǎng)絡(luò):文徑 楊葉 編輯 劉真 審核)
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