建筑垃圾再生砂制备砂浆最佳掺量比的试验研究

黄献文　徐洪俊　黄佳钰　安瑞　双元　权奥运

摘要：针对建筑垃圾再生砂取代普通砂制备砂浆最佳掺量的问题，通过控制再生砂细度模数及其级配的方法，得出了建筑垃圾的细度模数在2.17～2.84范围内，天然砂的细度模数在2.21～2.61范围内，再生砂对普通砂最佳取代率范围为60%～70%的结论。

关键词：建筑垃圾；再生砂；砂浆；掺量；抗压强度；保水率

随着我国建筑业的高速发展，大量拆除建筑物产生了巨量的混凝土建筑垃圾。据相关文档记载，2010年国内建筑垃圾堆放总量已达70亿t。建筑垃圾的处理问题日益突出。建筑垃圾中废弃混凝土的比例最高，往往达到50%以上，而且随着现今建筑结构的改变，其含量还在不断的提高。对废弃的混凝土进行破碎、筛分、再利用可以节约资源，保护环境。再生砂有粉尘多、空隙大、耗水多、产品质量不均匀等缺陷，但其较普通砂也有一定优势，例如：颗粒形状较好，多棱角、级配可以人为控制等。

本试验砂浆配合比计算按照《砌筑砂浆配合比设计规程》（JGJ/T-98-2010）计算，控制沉入度在70左右。通过改变再生砂的细度模数和对普通砂取代量的方法来进行对比研究。按照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》（JGJ/T-70-2009），检验所配制砂浆的保水率等性能是否满足设计要求。最后通过对强度的对比和离散性分析，判定出强度性能较好的建筑垃圾细度模数及其对应的取代率，并对其原因进行合理的推测和探究。

1.试验

1.1试验材料

1.1.1水泥：本试验所用水泥为32.5级普通硅酸盐水泥。

1.1.2纤维素醚：选用特高粘度20000粘度的羟丙基甲基纤维素醚。

1.1.3膨润土：选自上海某公司生产的优质膨润土。

1.1.4建筑垃圾：镇江市建筑科学研究院生产的建筑垃圾，其级配见图1，细度模数在2.17-2.84的范围内，粉料含量低于43%。

1.1.5砂：天然砂，含泥量6.5%，堆积密度1480kg/m3，级配曲线见图1。

1.1.6水：自来水。

1.2试验仪器

1.2.1 1ACE-201型水泥胶砂试验机

1.2.2沉入度测定仪

1.2.3保水率测定仪

2.试验

2.1试验方法

控制砂浆的沉入度在70左右，将3种不同组分的建筑垃圾按照不同的取代率取代为砂。基准配合比设计为：水泥280kg、砂1480kg、水320kg（按照实际需要添加）设计强度7.5Mp。具体试验设计配合比见表1。

2.2试块的制备与测试

先将准确称量的各种物料均匀混合，然后参照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》，加入拌合2/3水搅拌，先低速旋转60s，后高速旋转30s，测量其沉入度，如果满足设计要求，则制成40mm×40mm×160mm试块；如果不满足设计要求则重复加水搅拌，如果操作时间超过5min，则重新称料试验。参照JGJ70-2009《建筑砂浆基本性能试验标准》成型养护28d，分别测定试块的抗压强度及保水率。

3.试验结果分析

3.1建筑垃圾再生砂细度模数对砂浆强度的影响

通过对试块进行抗压强度测试，将试验结果绘制成图2。

对图2折线分析，发现：

3.1.1对于折线c，取代量在0%-40%的区间内，砂浆的强度随着再生砂取代量的提高而提高；在区间40%-80%内，取代量的变化对砂浆的强度影响不大；掺有再生砂的砂浆强度明显远高于普通砂浆。故利用较细的再生砂取代普通砂对提高砂浆的强度效果很好，且随着再生砂掺量的提高，砂浆强度基本呈现出稳定的趋势。

3.1.2对于折线B，取代量在0%-40%、60%-80%的范围内，砂浆的强度随着再生砂取代量的提高而提高；在40%-60%的范围内，取代量对砂浆的强度影响不大；且掺有再生砂的砂浆强度高于普通砂浆。故利用细度模数较接近的再生砂取代普通砂对砂浆的强度增加效果较好，并且随着掺量的提高，砂浆的强度也基本呈现出提高的趋势。

3.1.3对于折线A，取代量在0%-40%、60%-80%的范围内，砂浆的强度随着再生砂取代量的提高而减小；在40%-60%的范围内，取代量对砂浆的强度影响不大；且掺有再生砂的砂浆强度低于普通砂浆。故利用较粗的再生砂取代高细度模数的普通砂会对砂浆的强度造成削减作用，并且随着掺量的提高，削减作用会越来越明显。

3.1.4对比再生砂在不同掺量下的强度，发现40%、50%、80%的强度变化值较大；60%的强度变化值较小；0%的变化最小。根据试验研究的目的分析，掺量在60%-80%的区间内，再生砂的细度模数对砂浆的强度影响最小，由此判断，在一定的级配范围内（图2），再生砂的最佳掺量在60%-80%的区间内。

3.1.5综合折线A、B、C发现，细度模数小的再生砂取代普通砂可以明显的提高砂浆的强度，结合砂浆强度的形成机理，对试验结果进行合理分析。

通过研究《砌筑砂浆配合比设计规程》（JGJ/T-98-2010），由其中的配合比设计思路不难发现，骨料在砂浆起骨架的作用，水泥等胶凝材料起填充骨料之间空隙和提供骨料间粘结力的作用。结合相关文献分析，骨料的密实与否，胶凝材料粘结面的强度高低都将直接影响到砂浆的强度。

破碎后的再生砂含有大量的粉尘，这些粉尘大都是惰性，不参与砂浆强度的形成。大量的惰性粉尘随着胶凝材料一起填充骨料的间隙。当骨料的总体细度模数较大，即骨料较粗时，说明骨料总的比表面积较小，也就是水泥与骨料的交界面面积小，当大量的粉尘混合在水泥等胶凝材料之中时，由于粉尘无法提供给交界面强度，所以交界面会出现强度弱化现象。又考虑到普通砂浆的强度大都取决于骨料与胶凝材料的交界面，所以交界面强度的降低必然导致砂浆整体强度的降低。因此，低细度模数的建筑垃圾通过增大比表面积，从而增加交界面总面积的方式来提高交界面的强度。交界面强度的提高必然增加了砂浆整体的强度。

3.2建筑垃圾掺量对砂浆保水性的影响

根据试验结果，将各个强度下的砂浆保水率性能测试结果汇总到图3。

综合3条曲线可知，3种不同细度模数的再生砂在掺量为60%时保水率较好。砂浆保水率的好坏是一个综合性的结果，其影响因素众多，如骨料级配的好坏，颗粒形状，胶凝材料的种类及用量等。结合文章论述特点，就再生砂的性能进行合理的推理。

破碎的再生砂未经过风选和水选去粉，所以砂浆中惰性粉料随着再生砂掺量的提高而提高。再生砂低掺量时，由于砂浆中的胶凝材料用量过少，无法填充骨料间隙可能出现泌水现象，即保水率不足；在高掺量时，由于其是惰性材料，并不能与水反应，容易失水，所以会出现保水率不足的情况；只有在合适的胶凝材料与粉料的情况下，砂浆才能保持良好的保水性。

4.结语

建筑垃圾再生砂细度模数在2.17-2.84范围，普通砂细度模数在2.21-2.61的范围内，细度模数较小的建筑垃圾再生砂取代普通砂是可行的，制成的混合砂浆强度高于普通砂浆。

在一定的级配曲线内，再生砂取代普通砂的最佳取代率范围为60%-80%。

在建筑垃圾再生砂含粉率低于36%时，为保持砂浆的最佳保水性，再生砂的最佳取代率范围为60%～70%。