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【摘 要】通过实验，分析了再生粗骨料表观密度、吸水率、压碎指标、强度等物理力学性能，提出了抗压强度在3.5～5MPa之间，保证强度稳定性的轻质建筑碎料小型空心砌块制品的参考配合比，对建筑垃圾处理与资源化有一定的参考价值。
【关键词】建筑垃圾小型空心砌块；制品；物理力学性能；研究
1. 引言
（1）近些年，我国平均每年新建建筑6.5亿m2，每年产生的建筑垃圾约为15.5亿吨，随着城镇化建设步伐的加快，建筑垃圾与日俱增，若采用传统无害化处理填埋，不仅占用大量的土地资源，而且对环境影响很大。另外，配置1m3混凝土大约需1700～2000Kg砂石骨料，每年生产商品混凝土所消耗的天然砂石总量约为5亿吨，除开采运输砂石骨料的能耗与费用高昂，对环境的破坏也十分严重。建筑垃圾的资源化处理与应用不仅可以解决所引发的环境问题还可以节约大量的石料，可以缓解经济高速发展与天然资源日趋紧张的矛盾。
（2）“建筑垃圾小型空心砌块”（以下简称砌块）吃渣利废，导热系数不大于0.36W/（m·k），保温隔热性能好，已成为建筑空间非承重墙、框架填充墙的主导新型墙材之一，贵州省2004年颁布了《轻质建筑碎料小型空心砌块》（DB52/477-2004），是国内最早颁布推出地方标准的城市。但由于该标准没有对掺入砌块的废混凝土、废砂浆、废砖等建筑垃圾原材料提出具体检测量化指标，而建筑垃圾来源于不同年代、不同结构形式的建筑，组分复杂，但都按统一配合比进行生产，导致产品强度的稳定性差。砌块应用在框架结构中作为围护填充墙时，抹灰层开裂的现象时有发生。
2. 砌块再生骨料物理性能研究
建筑垃圾组织成分复杂，不同结构类型、不同修建年代的房屋产生的建筑垃圾成分不一，但其基本组成主要是渣土、废混凝土块、砂浆块、砖瓦碎块、废金属料等。再生混凝土骨料的物理性能直接影响再生混凝土的性能。本文重点研究废混凝土块。
2.1 实验原材料。
本方案实验原材料采用存放时间为半年以上，原始强度为C20、C25、C30、C40废弃混凝土块作为基体试验材料。废旧混凝土破碎后形成的粒径在5～25 mm之间的再生粗骨料连续级配颗粒；形成的粒径在5 mm以下连续级配的细骨料颗粒。
2.2 实验与分析。
混凝土再生骨料的表面包裹着相当数量的水泥砂浆，表面粗糙、棱角较多；生产再生骨料过程中，由于损伤会产生大量裂缝，导致再生骨料的基本性能与天然骨料有较大差异。实验分析得出，再生粗骨料含有28%左右的硬化水泥砂浆，从而导致其堆积密度、表观密度、吸水性等各项指标与天然骨料有所不同。
2.2.1 再生粗骨料表观密度。
实验表明，再生骨料的表观密度与粒径及破碎前的原生混凝土强度有着直接关联，再生混凝土骨料的表观密度随再生骨料粒径的增大而增大，随再生骨料原生强度的增大而增大（图1，图2）。
2.2.2 再生粗骨料吸水率。
再生粗骨料与天然粗骨料相比，其吸水率提高了约92 %。吸水率的提高与其表面粗糙度、空隙率与骨料内部缺陷有关。再生粗骨料的吸水率随粒径的增大呈现先减小后增大的趋势（图3），原因是当粗骨料粒径较小时，粗骨料比表面积增大，吸水率则提高；而当骨料的粒径过大时，则粗骨料本身带有的缺陷以及表面粘附的砂浆相应增多，引起粗骨料吸水率的增大。
2.2.3 再生混凝土的压碎指标。
再生骨料的压碎指标比天然骨料高，强度低。其主要影响因素有：破碎加工方法、骨料表面所附砂浆量、基体混凝土强度、骨料放置时间等。总结实验规律是：骨料在破碎加工时积累的裂缝越多，压碎指标越高；表面附带的砂浆越多压碎指标越高。实验还得出，再生粗骨料的含泥量大于天然粗骨料，再生骨料混凝土水泥浆颗粒不同于天然粗骨料中含有的泥土，它具有一定的活性，能够部分参与水化[1]。图4表明，原生混凝土强度越高，再生骨料的质量越好。
3. 砌块配合比研究
砌块配制的原材料有建筑垃圾、水泥、活性胶结料、水。本实验采用贵州水泥厂的42.5号普通硅酸盐水泥，清镇火电厂的II类粉煤灰。采用的水泥应符合GB175、GB1344、GB12958、JC600等标准的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，以获得较高的早期强度与相应的强度等级，减少干燥收缩，不宜采用火山灰质酸盐水泥，因其干燥收缩率较大，养护施工不当，会造成产品开裂，影响建筑物安全使用。 本次研究中再生混凝土主要材料性能见表 1。本次采用的废旧混凝土主要对其抗压强度和劈裂抗拉强度按照GB/T50081-2002进行研究。得出的结果见表2，表3。
4. 对LHB 800 MU3.5A DB52/477-2004、LHB 900 MU3.5A配合比的试配与分析
砌块所用混凝土配合比的设计至今还没有成熟的理论公式，《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000）（以下简称规程）在用水量、砂率的选择等方面不适合砌块所用的干硬性混凝土。再生骨料的孔隙率通常比一般天然骨料大，所需用水量相应会增加，对配合比的设计会有一定的影响。因此，配合比的设计首先要以砌块强度要求为依据，通过混凝土强度的确定可以初步确定砌块的强度。
4.1 建筑垃圾小型空心砌块配合比的试配、调整与确定。
4.1.1 试配时按计算配合比进行试拌，确定拌合物的湿度和分层度，若不能满足要求，则应该调整用水量和材料掺合料，直至符合要求为止。然后确定为试配时（的）混合材料的基准配合比，试配时至少要采用三组不同的配合比，其中一组应该使用基准配合比，另外两组配合比中的水泥用量按基准配合比分别增加及减少10%，在保证湿度和分层度合格的条件下，可将用水量和掺合料用量作适当的调整。混合材料配合比确定后，对于不同的原材料应当作相应的调整并且通过实验合格后才能使用[2]。 4.1.2 本次试验设计了三组配合比进行试配和调整：
（1）第一组：设计配合比为：按照重量比例，建筑垃圾材料占70～90份，粉煤灰占8～10份，水泥占10～15份加水制备而成。（W/C控制在0.35±0.05）。
（2）第二组：设计配合比为：按照重量比例，建筑垃圾材料占70～90份，水泥占10～15份加水制备而成。（W/C控制在0.35±0.05）。
（3）第三组：设计配合比为：按照重量比例，建筑垃圾材料占70～90份，水泥占8～10份加水制备而成。（W/C控制在0.35±0.05）。
根据以上配方制作了批量370×200×190mm的砌块（图5）。
4.2 砌块制品物理力学性能检测。
砌块制品经实验室检测，物理及力学性能见表4，满足现行相关规范标准。
5. 结论
5.1 砌块原材料要求。
（1）混凝土骨料的粒径和级配是砌块所用混凝土中十分重要的工艺参数，对砌块的强度、密实度、外观质量、抗渗性能以及成型性能起着决定性的作用。保证砌块强度稳定的前提之一是原材料必须达到《再生骨料应用技术规程》（JGJ/T240-2011）要求粗细骨料制备要求。本实验中，为保证MU3.5砌块强度稳定，用于生产轻质建筑废料小型空心砌块的建筑废料，为了不对砌块的干缩性、物理力学性能产生影响，骨料的最大公称粒径不宜大于10 mm，贵州省目前砌块主要用于非承重墙体，最小外壁厚不小于16 mm，肋厚不小15 mm。
（2）再生粗骨料原材料：微粉含量（按质量计，%），指标不大于5.2%；吸水率（按质量计， %），指标不大于10.0%；杂物不大于2.0%。
（3）再生细骨料原材料：微粉含量（按质量计，%）MB <1.4或合格，微粉含量不大于12.0%；MB≥1.4或合格，微粉含量不大于6.0%；再生粗细骨料的泥块含量、有害物质含量、坚固性、单级最大压碎指标、碱集料反应性能应分别符合GB/T25177、GB/T25176的规定。
（4）当集料的最大粒径在要求的范围内（破碎后的颗粒最大粒径不宜大于10mm，粒径小于0.15mm的细粉含量不应大于20%），砌块强度最高。当集料粒径过大时，容易造成砌块成型不密实，强度下降。
5.2 掺加粉煤灰对砌块性能和强度的影响。
（1）由于粉煤灰比表面积巨大，吸附能力强，因而粉煤灰颗粒可以吸咐水泥中的碱，并与碱发生反应而消耗其数量，游离碱数量的减少可以抑制或减少碱集料反应，粉煤灰的减水效应使得砌块的干缩及早期塑性、干裂性降低。掺加粉煤灰的作用是降低水泥用量，改善工作性能，降低拌合物水化温升，减少收缩，提高抗渗性。由于二次水化作用，砌块的密实度提高，界面结构得到改善，水泥基体更为密实，空隙率下降，不均匀性下降。
（2）砌块的强度组成除了有建筑垃圾破碎后的粗细骨料强度外，也包含了粉煤灰和水泥中的游离氧化钙反应，生成硅酸钙产生的强度，粉煤灰和水泥反应生成的胶结物填充在空隙中从而提高强度，水泥和粉煤灰在建筑垃圾小型空心砌块中起到了胶结和填充的作用。掺加了粉煤灰的建筑垃圾小型空心砌块早期强度降低，后期强度升高用，水泥和粉煤灰的掺量多少对影响建筑垃圾小型空心砌块的强度起到关键的作用。
（3）贵州省的煤炭储藏量高达510亿吨，利用原煤燃烧发电已成为我省的核心支柱产业，由于西电东送，贵州用煤企业发展迅猛，截止2010年底，贵州省有火力发电厂15座（不含企业自备电厂），2010年15座火电厂共排放粉煤灰2245×104t。工业废渣粉煤灰资源丰富，掺加到砌块中替代部分水泥，降低成本的同时可改善砌块部分性能。
5.3 砌块的配合比。
实验与分析表明，抗压强度在3.5～5MPa之间的建筑垃圾小型空心砌块，当砌块密度等级分别为800 Kg /m3、900 Kg /m3，其原材料配合比大致范围为：水泥10%～20%、建筑废渣60～80%、粉煤灰等辅助材料10～20%；水灰比<0.35；为保证砌块性能的稳定性，砌块再生骨料掺加量不宜大于80%。
参考文献
[1] 郭远臣 孙可伟等，建筑垃圾再生骨料物理特性研究 [C]，首届全国再生混凝土研究和运用学术交流会，160～161.
[2] J.M.Khatib.Propertics of concrete incorporating fine recycled [J]. cement and Concrete Research.2005（35）：763～769.
【关键词】建筑垃圾小型空心砌块；制品；物理力学性能；研究
1. 引言
（1）近些年，我国平均每年新建建筑6.5亿m2，每年产生的建筑垃圾约为15.5亿吨，随着城镇化建设步伐的加快，建筑垃圾与日俱增，若采用传统无害化处理填埋，不仅占用大量的土地资源，而且对环境影响很大。另外，配置1m3混凝土大约需1700～2000Kg砂石骨料，每年生产商品混凝土所消耗的天然砂石总量约为5亿吨，除开采运输砂石骨料的能耗与费用高昂，对环境的破坏也十分严重。建筑垃圾的资源化处理与应用不仅可以解决所引发的环境问题还可以节约大量的石料，可以缓解经济高速发展与天然资源日趋紧张的矛盾。
（2）“建筑垃圾小型空心砌块”（以下简称砌块）吃渣利废，导热系数不大于0.36W/（m·k），保温隔热性能好，已成为建筑空间非承重墙、框架填充墙的主导新型墙材之一，贵州省2004年颁布了《轻质建筑碎料小型空心砌块》（DB52/477-2004），是国内最早颁布推出地方标准的城市。但由于该标准没有对掺入砌块的废混凝土、废砂浆、废砖等建筑垃圾原材料提出具体检测量化指标，而建筑垃圾来源于不同年代、不同结构形式的建筑，组分复杂，但都按统一配合比进行生产，导致产品强度的稳定性差。砌块应用在框架结构中作为围护填充墙时，抹灰层开裂的现象时有发生。
2. 砌块再生骨料物理性能研究
建筑垃圾组织成分复杂，不同结构类型、不同修建年代的房屋产生的建筑垃圾成分不一，但其基本组成主要是渣土、废混凝土块、砂浆块、砖瓦碎块、废金属料等。再生混凝土骨料的物理性能直接影响再生混凝土的性能。本文重点研究废混凝土块。
2.1 实验原材料。
本方案实验原材料采用存放时间为半年以上，原始强度为C20、C25、C30、C40废弃混凝土块作为基体试验材料。废旧混凝土破碎后形成的粒径在5～25 mm之间的再生粗骨料连续级配颗粒；形成的粒径在5 mm以下连续级配的细骨料颗粒。
2.2 实验与分析。
混凝土再生骨料的表面包裹着相当数量的水泥砂浆，表面粗糙、棱角较多；生产再生骨料过程中，由于损伤会产生大量裂缝，导致再生骨料的基本性能与天然骨料有较大差异。实验分析得出，再生粗骨料含有28%左右的硬化水泥砂浆，从而导致其堆积密度、表观密度、吸水性等各项指标与天然骨料有所不同。
2.2.1 再生粗骨料表观密度。
实验表明，再生骨料的表观密度与粒径及破碎前的原生混凝土强度有着直接关联，再生混凝土骨料的表观密度随再生骨料粒径的增大而增大，随再生骨料原生强度的增大而增大（图1，图2）。
2.2.2 再生粗骨料吸水率。
再生粗骨料与天然粗骨料相比，其吸水率提高了约92 %。吸水率的提高与其表面粗糙度、空隙率与骨料内部缺陷有关。再生粗骨料的吸水率随粒径的增大呈现先减小后增大的趋势（图3），原因是当粗骨料粒径较小时，粗骨料比表面积增大，吸水率则提高；而当骨料的粒径过大时，则粗骨料本身带有的缺陷以及表面粘附的砂浆相应增多，引起粗骨料吸水率的增大。
2.2.3 再生混凝土的压碎指标。
再生骨料的压碎指标比天然骨料高，强度低。其主要影响因素有：破碎加工方法、骨料表面所附砂浆量、基体混凝土强度、骨料放置时间等。总结实验规律是：骨料在破碎加工时积累的裂缝越多，压碎指标越高；表面附带的砂浆越多压碎指标越高。实验还得出，再生粗骨料的含泥量大于天然粗骨料，再生骨料混凝土水泥浆颗粒不同于天然粗骨料中含有的泥土，它具有一定的活性，能够部分参与水化[1]。图4表明，原生混凝土强度越高，再生骨料的质量越好。
3. 砌块配合比研究
砌块配制的原材料有建筑垃圾、水泥、活性胶结料、水。本实验采用贵州水泥厂的42.5号普通硅酸盐水泥，清镇火电厂的II类粉煤灰。采用的水泥应符合GB175、GB1344、GB12958、JC600等标准的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，以获得较高的早期强度与相应的强度等级，减少干燥收缩，不宜采用火山灰质酸盐水泥，因其干燥收缩率较大，养护施工不当，会造成产品开裂，影响建筑物安全使用。 本次研究中再生混凝土主要材料性能见表 1。本次采用的废旧混凝土主要对其抗压强度和劈裂抗拉强度按照GB/T50081-2002进行研究。得出的结果见表2，表3。
4. 对LHB 800 MU3.5A DB52/477-2004、LHB 900 MU3.5A配合比的试配与分析
砌块所用混凝土配合比的设计至今还没有成熟的理论公式，《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000）（以下简称规程）在用水量、砂率的选择等方面不适合砌块所用的干硬性混凝土。再生骨料的孔隙率通常比一般天然骨料大，所需用水量相应会增加，对配合比的设计会有一定的影响。因此，配合比的设计首先要以砌块强度要求为依据，通过混凝土强度的确定可以初步确定砌块的强度。
4.1 建筑垃圾小型空心砌块配合比的试配、调整与确定。
4.1.1 试配时按计算配合比进行试拌，确定拌合物的湿度和分层度，若不能满足要求，则应该调整用水量和材料掺合料，直至符合要求为止。然后确定为试配时（的）混合材料的基准配合比，试配时至少要采用三组不同的配合比，其中一组应该使用基准配合比，另外两组配合比中的水泥用量按基准配合比分别增加及减少10%，在保证湿度和分层度合格的条件下，可将用水量和掺合料用量作适当的调整。混合材料配合比确定后，对于不同的原材料应当作相应的调整并且通过实验合格后才能使用[2]。 4.1.2 本次试验设计了三组配合比进行试配和调整：
（1）第一组：设计配合比为：按照重量比例，建筑垃圾材料占70～90份，粉煤灰占8～10份，水泥占10～15份加水制备而成。（W/C控制在0.35±0.05）。
（2）第二组：设计配合比为：按照重量比例，建筑垃圾材料占70～90份，水泥占10～15份加水制备而成。（W/C控制在0.35±0.05）。
（3）第三组：设计配合比为：按照重量比例，建筑垃圾材料占70～90份，水泥占8～10份加水制备而成。（W/C控制在0.35±0.05）。
根据以上配方制作了批量370×200×190mm的砌块（图5）。
4.2 砌块制品物理力学性能检测。
砌块制品经实验室检测，物理及力学性能见表4，满足现行相关规范标准。
5. 结论
5.1 砌块原材料要求。
（1）混凝土骨料的粒径和级配是砌块所用混凝土中十分重要的工艺参数，对砌块的强度、密实度、外观质量、抗渗性能以及成型性能起着决定性的作用。保证砌块强度稳定的前提之一是原材料必须达到《再生骨料应用技术规程》（JGJ/T240-2011）要求粗细骨料制备要求。本实验中，为保证MU3.5砌块强度稳定，用于生产轻质建筑废料小型空心砌块的建筑废料，为了不对砌块的干缩性、物理力学性能产生影响，骨料的最大公称粒径不宜大于10 mm，贵州省目前砌块主要用于非承重墙体，最小外壁厚不小于16 mm，肋厚不小15 mm。
（2）再生粗骨料原材料：微粉含量（按质量计，%），指标不大于5.2%；吸水率（按质量计， %），指标不大于10.0%；杂物不大于2.0%。
（3）再生细骨料原材料：微粉含量（按质量计，%）MB <1.4或合格，微粉含量不大于12.0%；MB≥1.4或合格，微粉含量不大于6.0%；再生粗细骨料的泥块含量、有害物质含量、坚固性、单级最大压碎指标、碱集料反应性能应分别符合GB/T25177、GB/T25176的规定。
（4）当集料的最大粒径在要求的范围内（破碎后的颗粒最大粒径不宜大于10mm，粒径小于0.15mm的细粉含量不应大于20%），砌块强度最高。当集料粒径过大时，容易造成砌块成型不密实，强度下降。
5.2 掺加粉煤灰对砌块性能和强度的影响。
（1）由于粉煤灰比表面积巨大，吸附能力强，因而粉煤灰颗粒可以吸咐水泥中的碱，并与碱发生反应而消耗其数量，游离碱数量的减少可以抑制或减少碱集料反应，粉煤灰的减水效应使得砌块的干缩及早期塑性、干裂性降低。掺加粉煤灰的作用是降低水泥用量，改善工作性能，降低拌合物水化温升，减少收缩，提高抗渗性。由于二次水化作用，砌块的密实度提高，界面结构得到改善，水泥基体更为密实，空隙率下降，不均匀性下降。
（2）砌块的强度组成除了有建筑垃圾破碎后的粗细骨料强度外，也包含了粉煤灰和水泥中的游离氧化钙反应，生成硅酸钙产生的强度，粉煤灰和水泥反应生成的胶结物填充在空隙中从而提高强度，水泥和粉煤灰在建筑垃圾小型空心砌块中起到了胶结和填充的作用。掺加了粉煤灰的建筑垃圾小型空心砌块早期强度降低，后期强度升高用，水泥和粉煤灰的掺量多少对影响建筑垃圾小型空心砌块的强度起到关键的作用。
（3）贵州省的煤炭储藏量高达510亿吨，利用原煤燃烧发电已成为我省的核心支柱产业，由于西电东送，贵州用煤企业发展迅猛，截止2010年底，贵州省有火力发电厂15座（不含企业自备电厂），2010年15座火电厂共排放粉煤灰2245×104t。工业废渣粉煤灰资源丰富，掺加到砌块中替代部分水泥，降低成本的同时可改善砌块部分性能。
5.3 砌块的配合比。
实验与分析表明，抗压强度在3.5～5MPa之间的建筑垃圾小型空心砌块，当砌块密度等级分别为800 Kg /m3、900 Kg /m3，其原材料配合比大致范围为：水泥10%～20%、建筑废渣60～80%、粉煤灰等辅助材料10～20%；水灰比<0.35；为保证砌块性能的稳定性，砌块再生骨料掺加量不宜大于80%。
参考文献
[1] 郭远臣 孙可伟等，建筑垃圾再生骨料物理特性研究 [C]，首届全国再生混凝土研究和运用学术交流会，160～161.
[2] J.M.Khatib.Propertics of concrete incorporating fine recycled [J]. cement and Concrete Research.2005（35）：763～769.