張   保

 

    隨著我國城市新型建設和舊城改造力度的加大，一方面大量建筑垃圾的產生給大中城市環境衛生帶來了極大的壓力。另一方面，由于建筑工業的蓬勃發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。如何利用現有建筑工業垃圾，生產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材料的不足，從而真正實現環保與節能雙盈，成本因節能下降的良性生產模式。

 

    從理論上講，混凝土摻合料生產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，重新恢復其自身活性或產生新的活性質量，這也是本次課題要研究技術重心。

 

    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手段。

 

    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，廢料中不應含有其它雜質，采料地點應不少于5個攪拌站和兩個建筑工地，采料數量應不小于1000kg。

 

    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。采料地點應不少于2個建筑工地，采集數量不少于500kg。

 

    生石灰采用鈣質生石灰，其中氧化鈣+氧化鎂含量應≥85，殘渣含量不<10%。采樣生產廠家應為檢驗合格廠家，采樣不少于100kg。

 

    激發劑采用硫酸鉀鹽和胺基鈉鹽復合激發劑，最佳摻量通過試驗確定。

 

    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，放置于通風干燥處，自然冷卻到環境溫度。

    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設計三水平四因素正交試驗表，各材料比例應按正交試驗分配比例準確計量進入。

因 素 水平	A	B	C	D
	廢棄混凝土	廢棄磚材	生石灰	激發劑
1	70	20	9	1
2	61	30	7	2
3	52	40	5	3

 

 

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

 

    根據正交試驗表綜合得分指數，5號配方為滿分，這和極差趨勢圖指示的數據完全相吻合。按趨勢圖指示，影響摻合料質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，主要體現在對新拌混凝土坍落度減小及經時坍落度減少損失有所影響。其次是激發劑（D），查閱正交試驗表中各組試驗數據，就激發劑本身而言，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則可能產生較大負面作用。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。故在以后的工業生產中，應嚴格執行第5號配方。為了方便以噸為單位的工業生產配料，將影響因素較小的大宗材料(A)增加三個百分點，調整后的5號配方為實際生產配方。

 

A 廢棄混凝土	B 廢棄磚材	C 生石灰	D 激發劑
64	30	5	1

 

 

    4.1為確保新型摻合料摻入混凝土后的穩定性能及耐久性能，試驗應進一步完成產品應用性能技術檢驗。

    4.2應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。試驗基數為連續6次，試驗結果取6次平均值，各組（次）間試驗數據不得大于15%。

    4.3試驗采用取技術指標為新拌混凝土坍落度；經時坍落度保留值；混凝土硬化后3d、28d抗壓強度值；P8壓力下抗滲透性能；M200次抗凍融性能。

    4.4平行對比試驗結果表（6次平均值）

 

序 號	材料名稱	坍落度 （mm）		抗壓強度 （MPa）		抗滲性能 （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
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800T現場批量抽樣，比表面積315m2/kg。

 

 

    5.1從平行對比試驗的結果中可以看出，新型摻合料對新拌混凝土坍落度性能及經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天抗壓強度優于礦渣和粉煤灰，28天抗壓強度優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特征。

    5.3其抗滲透性能和粉煤灰；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特征。

 

    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該產品生產工藝簡單，投資不大，以年生產10T計算，總投資250萬元，含流動資金。

    6.3每T產品綜合生產成本為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淡季其間，摻合料特別緊張，故銷售前景看好。

    6.5該產品屬環保型產品，是政府大力支持的新型產業之一，可享受免稅政策。

 

    西安市每年生產商品混凝土約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境保護之患，有些地方為堆放垃圾甚至已毀壞農田。如果將這些垃圾全部生產為混凝土摻合料，不但能減少城市污染，還能夠產生巨大的資源再利用效益。

 

    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，從2007年6月～12月底，共生產新型摻合料6萬余噸。經西安堯柏、長城及金港等商品混凝土公司在眾多高層建筑中應用，共計澆筑混凝土60多萬立方。總體質量評價，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，還可以促進環境保護和循環經濟的大力發展，確是一種值得大力推廣的新技術。

 

 

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)