混合建筑废弃物的再生利用研究

建筑废弃物的再生与利用对于有效利用废物堆场和节约天然资源具有重大意义。为保证最佳利用建筑废弃物，有必要将其分为两类：废弃混凝土和混合建筑废弃物。废弃混凝土主要来源于拆除混凝土路面和其它土木工程混凝土结构，除混凝土外只含有少量的其它建筑材料。混合建筑废弃物主要来源于建筑物的建设或拆除项目，除少量混凝土外，通常含有许多其它类型材料，如各种墙体砌筑材料。由于废弃混凝土和混合建筑废弃物的性能截然不同，再生价值差异也很大，应分别进行资源化再生和利用。 
混合建筑废弃物通常至少含有65%(重量)的建筑用砖、建筑砌块和混凝土，其它还包括轻集料混凝土、加气混凝土、陶瓷材料、天然石材、砂浆等次要组份。现阶段我国排放的建筑废弃物仍以混合建筑废弃物为主，其中废砖为主要组份。本文将重点探讨混合建筑废弃物再生原料的性能及其应用。 
一、混合建筑废弃物再生原料的性能 
混合建筑废弃物再生原料通常有混合建筑废弃物再生粗集料(简称再生废弃物粗集料)和混合建筑废弃物再生混合料(简称再生废弃物混合料)两类。再生废弃物粗集料是指颗粒粒径在5.0mm10.0mm范围内的混合建筑废弃物再生集料，再生废弃物混合料是将混合建筑废弃物破碎成最大粒径小于10.0mm的混合料。 
选择性回收北京京通新城施工现场的混合建筑废弃物，用额式破碎机将其破碎成最大粒径小于10.0mm的再生废弃物混合料，代号为RZHB，筛分结果见表1。筛除再生废弃物混合料中5.0mm以下组分，剩余混合料为再生废弃物粗集料，代号为RZCB。 
表1再生废弃物混合料的筛分结果 

再生废弃物粗集料的性能检测参照GB/T17431《轻集料及其试验方法》进行，结果见表2。再生废弃物粗集料的堆积密度小于950kg/m3，低于标准GB/T17431规定值(1100kg/m3)。但再生废弃物粗集料的筒压强度大大低于标准值(4.0MPa)，粒型系数也不符合标准要求，因此再生废弃物粗集料不属于轻集料范畴，只适宜于制备低标号混凝土及其制品。 
表2再生废弃物粗集料的性能 

二、混合建筑废弃物再生原料的应用研究 
1．原材料 
(1)水泥：河北冀东水泥股份有限公司产强度等级为42.5的R型普通硅酸盐水泥。 
(2)原生细集料：天然中砂，细度模数μf=2.96，代号NS。 
(3)原生粗集料：天然石子，代号NCC，粒径范围5.0mm10.0mm。 
(4)再生粗集料：粒径范围5.0mm10.0mm。再生混凝土粗集料，代号RCC；再生废弃物粗集料，代号RZCB，性能见表2。 
(5)再生废弃物混合料：最大粒径小于10.0mm，代号RZHB，筛分结果见表1。 
2．试块制作 
再生原料用于制备建筑砌块和砖时，通常采用静压或振动加压工艺，混凝土混合料是干硬性的。本研究采用压制成型工艺制备试块，成型压力为10.6MPa。试块脱模后先封闭养护7天，再在室内养护至28天。试块尺寸195mm×95mm×50mm。 
3．性能测试 
试块性能包括绝干密度、吸水率、抗折强度、抗压强度和抗冻性。吸水率、抗折强度、抗压强度、抗冻性等性能测试参照JC/T446《混凝土路面砖》进行，绝干密度测试参照GB/T4111《混凝土小型空心砌块试验方法》进行。 4．试验结果 
为合理评价再生集料对混凝土性能的影响，采用等重量比与等体积比相结合的方法进行再生集料混凝土的配合比设计。 
(1)试块坯体性能 
固定原材料体积比，改变集料品种，试块坯体性能将发生明显变化，试验结果见表3。具体表现：集料品种从原生粗集料、再生混凝土粗集料到再生废弃物粗集料，试块坯体的石率(粗集料与集料总量之比)和密度降低、水固比升高。这与三种粗集料密度顺序降低、吸水率顺序增大相对应。 
表3试块坯体性能 


(2)粗集料等重量取代时的混凝土性能 
固定原材料重量比，改变粗集料品种，从原生粗集料、再生混凝土粗集料到再生废弃物粗集料，再生集料混凝土的绝干密度明显下降，吸水率增加，抗压强度和抗折强度大幅度降低。再生废弃物粗集料影响最大，明显高于再生混凝土集料，尤其是吸水率，见表4。 
表4粗集料品种对混凝土性能的影响(等重量取代) 


(3)粗集料等体积取代时的混凝土性能 
固定原材料体积比，集料品种从原生粗集料、再生混凝土粗集料到再生废弃物粗集料，再生集料混凝土的绝干密度降低，吸水率增加，抗压强度和抗折强度同样降低，见表5。显然，混凝土性能的差异与粗集料性能有直接关系，且随砂率变化而变化。原生粗集料、再生混凝土粗集料和再生废弃物粗集料的表观密度顺序减小，吸水率增加，筒压强度降低，因而用再生混凝土粗集料和再生废弃物粗集料顺序取代原生粗集料后，混凝土性能出现上述趋势。

结果表明，随着集胶比的增大，混凝土试块的绝干密度不断降低，吸水率增大，抗压强度和抗折强度呈明显降低。由于再生废弃物混合料均匀性相对较差，混凝土试块的性能出现一定波动(在图3曲线上表现为振荡)，在再生利用混合建筑废弃物时必须考虑。当然，可以通过选择性拆除和控制用量来解决，也可以通过与天然集料混合使用来提高再生混凝土制品的均匀性和稳定性。再生废弃物混合料中粉料含量过高，同样会影响混凝土的性能。 
当集胶比为10.0时，单位水泥用量127kg/m3，材料的绝干密度为1418kg/m3，抗压强度达到9.1MPa。用此配比制备390mm×190mm×190mm单排孔混凝土小型空心砌块，砌块抗压强度可以达到2.5MPa，表观密度控制在800kg/m3以内，达到炉渣砌块的水平。 
当集胶比为4.0时，单位水泥用量302kg/m3，材料的绝干密度为1553kg/m3，抗压强度达到20.9MPa。若采用此配合比制备390mm×190mm×190mm单排孔混凝土小型空心砌块，砌块抗压强度可以达到7.5MPa，表观密度控制在900kg/m3以内。 
5．再生集料混合使用的研究 
在建筑物拆除现场，废混凝土与混合建筑废弃物分类回收和再生不太现实，也不经济。因建筑结构、建设时间、经济水平不同，混合建筑废弃物中的废混凝土与混合建筑废弃物比例变化较大。为此，本文探讨了原生粗集料与再生粗集料混合使用时对混凝土性能的影响。 
(1) 再生混凝土粗集料与再生废弃物粗集料混合使用 
再生废弃物粗集料(RZCB)和再生混凝土粗集料(RCC)按不同比例混合后作为粗集料配制的再生集料混凝土性能测试结果见表6。结果表明，两种再生粗集料的性能差异在再生集料混凝土性能上表现极为明显。随着再生混凝土粗集料比例的增加，再生集料混凝土的绝干密度不断提高，吸水率下降，抗压强度增加，且性能变化幅度随两种再生集料性能差异增加而提高。 
表6混合粗集料制备的混凝土性能(No.1) 


(2)再生废弃物粗集料与原生粗集料混合使用 
再生废弃物粗集料(RCB)和原生粗集料(NCC)按不同比例混合后作为粗集料配制的再生集料混凝土性能测试结果见表7。结果表明，增加原生粗集料比例，再生集料混凝土的绝干密度不断提高，吸水率下降、抗压强度增加。值得注意的是，原生粗集料代替废弃物再生粗集料后，再生集料混凝土性能变化幅度要明显高于再生混凝土粗集料代替再生废弃物粗集料的结果，尤其是力学性能和密度，见图4和图5。 
表7混合粗集料制备的混凝土性能(No.2) 




图4粗集料组成变化时，混凝土试块的密度变化 


图5粗集料组成变化时，混凝土试块的抗压强度变化 
三、应用实例 
泰州市海陵区方正建材厂与中国建筑材料科学研究院合作，联合进行混合建筑废弃物的循环再生和应用研究。将选择性回收的废弃物瓦和废混凝土通过破碎机破碎成为建筑废弃物原料，其中再生废弃物粗集料用于市政制品，再生废弃物混合料用于生产混凝土实心砖和混凝土空心砖，产品性能均达到相应产品标准。建筑废弃物原料的再生成本在10元/吨左右，大大低于各种天然原料，因此，再生产品成本较低，已用于泰州市的基础设施建设。图6为建筑垃圾资源化再生和利用过程。 
柳州市河腾新型建材有限责任公司将选择性回收的废弃物再生为碎砖骨料，用于生产砖渣砌块和市政制品。该砖渣砌块中60%原料是碎砖，每生产100万块标准砌块可处理建筑垃圾0.9万吨。再生产品已大量用于柳州市的基础设施建设。 
四、结语 
1．由拆除(废)砖制备的再生废弃物粗集料和再生废弃物混合料，适宜用于制备低标号混凝土及其制品，如混凝土砖、轻质建筑砌块。直接使用再生废弃物混合料生产建材产品，可简化再生工艺，降低生再生成本。 
2．再生利用混合砌筑废弃物时，应设法控制再生集料及其混凝土的均匀性。 
3．利用再生粗集料等体积或等重量替代原生集料，再生混凝土的绝干密度显著降低、吸水率增大、力学性能下降。 4．利用再生废弃物混合料制备混凝土，随着集灰比的增大，混凝土试块的绝干密度显著降低，吸水率增大，力学性能下降。 
5．利用原生粗集料代替再生废弃物粗集料，再生集料混凝土性能变化幅度要明显高于再生混凝土粗集料代替再生废弃物粗集料的结果，尤其是力学性能和密度。