瀏覽次
據統計，我國建筑垃圾的排放量占城市垃圾總量的30%~40%，我國每年產生的建筑垃圾超過1億t，一部分用于回填，絕大部分直接運往城郊或鄉村，采用露天堆放或填埋處理，這樣不僅占用耕地、耗用大量的垃圾清運及填埋等建設費用，還對大氣和水域造成嚴重的污染，破壞自然生態環境[1]。
本研究的目的是將建筑垃圾經分選、破碎、篩分至合適粒徑作為再生骨料用于生產高性能的標準磚，通過添加助劑，提高產品抗凍性能，以適應北方高寒地區和極端天氣條件下使用。
1原材料及試驗方法
1.1原材料
水泥由以高鈣粉煤灰、礦渣和脫硫石膏等固體廢棄物為主研制的生態型水泥代替；建筑垃圾取自石家莊美城環保建材有限公司建筑垃圾堆場；助劑為市售化工原料配制；配料用水為自來水。主要原材料化學成分組成見表1。
1.2試驗方法
膠凝材料：將礦渣、高鈣粉煤灰、水泥熟料、激發劑等按一定配比，采用Φ500mm×500mm水泥球磨機粉磨制得。性能測試執行《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》GB/T17671-1999和《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》GB/T1346—2001。
建筑垃圾磚：生態型水泥、助劑（溶于水）、水和建筑垃圾骨料按比例計量、混合均勻，實驗室試驗在混凝土壓力試驗機上擠壓成型（工業化試驗在年產5000萬塊標磚生產線上進行），自然養護至28d齡期；性能測試執行《砌墻磚試驗方法》GB/T2542—2003。
2試驗部分
2.1生態型水泥的研制
本研究以固體廢棄物礦渣、高鈣粉煤灰、脫硫石膏等為主要原材料，添加少量的硅酸鹽水泥熟料和復合助劑，共同粉磨至比表面積約450m2/kg，制成生態型水泥[2]。試驗選擇不同的礦渣和高鈣粉煤灰摻量，研究物料的匹配性能，生態水泥的物料配比和強度測試結果見表2。
試驗數據表明：摻入高鈣粉煤灰能顯著提高生態水泥的抗折強度，但同時也降低了水泥的抗壓強度，摻量超過10%時，抗壓強度明顯下降；另外，經檢測生態型水泥A3初凝80min，終凝325min，安定性合格，其他各項指標均滿足《通用硅酸鹽水泥》GB175—2007中42.5號普通硅酸鹽水泥標準要求，可以替代普通硅酸鹽水泥用于建筑垃圾磚的生產。
2.2再生骨料的處理和級配優化
建筑垃圾主要由惰性物質（混凝土、磚、砂石等）和非惰性物質（金屬、木料、玻璃、塑料等）組成。新生建筑垃圾首先經磁選和人工分選，分離非惰性物質，物盡其用。分選后的廢磚和廢混凝土等物質經顎式破碎機破碎、振動篩分，可以得到不同粒徑的再生骨料[3]。
本研究利用有附加約束條件的混料均勻設計試驗方法，先將建筑垃圾骨料破碎、篩分成四種連續級配，各級骨料代號對應的骨料粒徑范圍見表3。依據實際生產經驗確定各級骨料摻量的取值范圍為0.3≤X1≤0.5、0.1≤X2≤0.4、0.1≤X3≤0.3、0.1≤X4≤0.3，利用DPS數據處理軟件[4]生成12水平的試驗方案，探索再生骨料的級配對磚強度的影響規律。物料配比為水泥24%、骨料76%，試驗方案和28d抗壓強度測試結果見表4。
試驗結果強度值最小為8.8MPa，最大為20.7MPa，范圍較寬，這說明骨料級配對建筑垃圾磚的抗壓強度影響顯著，合適的骨料級配能使磚形成較致密的骨架結構，大大改善磚的力學性能。利用DPS軟件進行二次多項式統計分析，建立回歸方程為：y=-108.2701688+825.3063643X4×X4+366.5447283X1×X2+809.4625221X1×X3+359.4599673X2×X3+150.60296010X2×X4-554.8745824X3×X4，由回歸方程求解出強度指標最高為30.0MPa，各因素取值為X1=0.454、X2=0.175、X3=0.263、X4=0.108；按此配比進行試驗，檢測磚的28d抗壓強度為22.5MPa，達到試驗方案中的最高水平，可見利用回歸方程求出的再生骨料的優化級配可信度較高。
2.3水泥摻量的影響
膠凝材料是形成建筑垃圾磚強度的關鍵組份，圖1是建筑垃圾磚在不同水泥摻量時磚的28d抗壓強度測試結果，試驗中利用優化級配的再生骨料，水固比為0.13。
試驗結果表明，隨著水泥摻量的提高，磚的強度趨于增大。調整水泥的摻量，可以生產不同標號的建筑垃圾磚。本研究制備MU15的標準磚，水泥用量宜選用16%。
2.4水固比的影響
建筑垃圾磚成型時水和物料的比率簡稱水固比。合適的水固比能促進膠凝材料的水化、提高磚的密實度并降低磚的孔隙率。圖2給出了水固比對磚強度的影響趨勢，試驗固定水泥與優化級配骨料的質量比為18∶82。
由圖2可見，隨著水固比的增加，磚的抗壓強度值先升后降，水固比為0.13時強度值最高。水固比小于0.13時，體系的水量不足，一方面影響了膠凝材料的水化，另一方面降低了膠凝材料水化產物和骨料與骨料和骨料之間的結合程度，最終影響了磚的強度發展。水固比大于0.13時，物料過濕，磚成型后，隨著水分的蒸發，磚內的孔隙率增大，密實度隨之下降，抗壓強度降低。實際生產中應根據物料的含水率和成型工藝，選擇合適的水固比。
2.5專用防凍助劑的開發
我國北方地區通常對磚的抗凍性能要求較高，而再生骨料具有吸水率高的特點，凍融作用無疑是導致磚體結構性能損傷的主要原因。因此，開發建筑垃圾磚的專用防凍助劑意義重大。
防凍助劑一般由防凍、早強、減水和引氣四組份構成，各組分可用的物料都很多，本研究參考文獻資料，通過大量的試驗，最終篩選出能顯著提高建筑垃圾磚體系抗凍性能的助劑：氯化鈣、萘系減水劑和引氣劑YQ-1。其中，氯化鈣不僅與水溶液有很低的共溶溫度，還能直接與水泥發生水化反應，加速材料的凝結硬化和強度發展；萘系減水劑能減少建筑垃圾磚成型時的需水量，從而提高體系中鹽的濃度，進一步降低體系的液相冰點及水結冰對磚形成的凍脹力；引氣劑YQ-1在原料拌合過程中形成微小密封氣泡，調整制品內部的孔結構，減緩冰凍脹力，改善磚的抗凍能力[5]。
本文利用正交試驗方法，研究氯化鈣、萘系減水劑和引氣劑YQ-1對體系抗凍性能的綜合作用效果，找到顯著性影響因素和各因素的最佳摻量。試驗中各因素的加量為水泥質量的百分比，磚的其他組份固定為膠凝材料∶優化級配骨料=16∶84，水固比0.12。試驗結果以建筑垃圾磚35次凍融循環后的抗壓強度指標評定，正交試驗方案、試驗結果和極差分析數據見表5，方差分析數據見表6，直觀分析效果見圖3。
正交試驗結果的極差分析和方差分析數據說明：相比較而言，試驗中三因素的影響效果中氯化鈣居首，其次是引氣劑YQ-1和萘系減水劑，氯化鈣是顯著性影響因素；正交試驗結果的直觀分析圖可知：建筑垃圾磚經35次凍融循環后的抗壓強度值隨著氯化鈣和萘系減水劑加量的增加而升高，且后期增長率均變緩；隨著引氣劑YQ-1加量的增加磚的抗壓強度值先升后降；氯化鈣對磚凍融后的強度影響最顯著。綜合考慮各因素的市場價格，最終確定專用防凍助劑的組分比例為氯化鈣74.5%、萘系減水劑25%、YQ-1引氣劑0.5%。
2.6工業化試驗
在實驗室研究的基礎上，選擇石家莊美城環保建材有限公司標磚生產線進行工業化試驗，磚機采用振壓成型工藝，共計利用建筑垃圾再生骨料生產抗凍型標準磚500萬塊，試驗中各物料組成比例見表7。
試驗中物料按設計配合比分別計量后，送入雙螺旋強制攪拌機混合均勻，由皮帶輸送機輸送到磚機模具，振壓成型，自然養護至28d齡期，性能檢驗結果和標準要求見表8，經對比可知：工業化產品建筑垃圾標準磚抗凍性能優異，其他各項性能滿足抗壓強度等級MU15、密度等級C級混凝土實心磚的標準要求。
3結論
本文以固體廢棄物礦渣和高鈣粉煤灰為主要原材料研制生態型水泥，基于混料設計原理找到建筑垃圾再生骨料的優化級配，開發建筑垃圾磚抗凍助劑，成功地制備了抗凍型建筑垃圾標準磚；工業化產品的各項性能滿足《混凝土實心磚》GB/T21144—2007標準要求，抗壓強度等級為MU15；產品使用生態型水泥間接地減少了二氧化碳的排放，利用再生骨料節省了建筑垃圾的堆存占地，產品中固體廢棄物約占總物料的96%，實現了固體廢棄物的資源化利用，保護了自然生態環境。
參考文獻
[1]王綱,程堰陵,陳吉春.建筑垃圾的資源化處理.環境衛生工程，2003年9月第11卷第3期152~155
[2]曹素改,張志國,陳建波等.利用高鈣粉煤灰-礦渣制備低堿度生態型水泥[J].粉煤灰綜合利用，2006（3）：37~38
[3]王鍵,李懿.建筑垃圾的處理及再生利用研究[J].環境工程，2003（12）：6~9
[4]唐啟義,馮明光.DPS數據處理系統[M].北京：科學出版社，278~289
[5]曹祝林.防凍劑的作用和混凝土的質量控制[J].河南建材，2008（3）：64~65
