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摘 要：本文利用城建拆除垃圾经过精选、除杂、破碎、磁选除铁后，得到的含混凝土颗粒来制备混凝土用掺合粉，实现了制备混凝土中替代部分胶凝材料的活性材料之一，降低了混凝土生产成本，改善了混凝土工作性能、混凝土强度及混凝土耐久性能；城建拆除建筑垃圾资源化利用关键技术实现了建筑垃圾的高附加值建材化利用，保护了区域的生态环境，性能指标符合JG/T486《混凝土复合掺合粉》标淮要求。

关键词：城建拆除垃圾 毛石块颗粒 超细粉磨机 混凝土用掺合粉 综合利用

随着城镇化率的不断提高和城市基础建设的高速发展、移民搬迁辅助设施和棚户改造不断的纵深推进，大量废、危、旧建构筑须拆除，因此城建拆除垃圾无害化处置和资源化循环利用，是我国新型海绵城市建设发展中亟待解决的难题。城建拆除建筑垃圾中组分复杂，直接填埋可能成为重大的安全和环境隐患，并占用大量土地空间；因此探索利用城建拆除垃圾制备混凝土矿物掺合粉研究及产业化关键技术是一极具现实意义的课题。通过利用城建拆除垃圾集中处置，经过分选除杂、除铁后并经一级颚破，二级反击式破碎，进行筛分精选与一定比例矿物进入粉磨机粉磨成混凝土用复合掺合粉。实现了制备混凝土中替代部分胶凝材料的活性材料之一，降低了混凝土生产成本，改善了混凝土工作性能、混凝土强度及混凝土耐久性能；研发的城建拆除建筑垃圾资源化利用关键技术，实现了建筑垃圾的高附加值建材化利用，缓解了区域内无粉煤灰的窘境，保护了区域的生态环境。

1混凝土掺合料制备研究

1.1城建垃圾颗粒制备研究

选自沿河土家族自治县周边城市房屋拆除所产生的建筑拆除固废（如图1所示）作为原料，并对其物理成分特征分析，其结果如下表1所示：

将表1中城市建筑房屋拆除固废含水率调整至≤2.0%后，经过筛选、除杂、破碎、磁选除铁后，得到含混凝土颗粒；将含混凝土颗粒经筛分、破碎、磁选除铁、振动筛筛分选取粒径介于5-25mm之间的颗粒，共制备10批样品，并对所得样品中有害物理成分进行检测，其结果如表2所示：

将表2中的样品1和样品2进行化学成分的分析检测，其结果如下表3所示：

从表2和表3结果可知： 城市建筑拆除固废作为原料制备城建垃圾颗粒时，经过对含水率进行调整后，再经过筛选、除杂、破碎、磁选除铁后，得到含混凝土颗粒；将含混凝土颗粒经筛分、破碎、磁选除铁、振动筛筛分选取粒径介于5-25mm之间的颗粒的工艺，能够获得较优性能的城建垃圾颗粒。

将制得的城建垃圾颗粒（样品1-10）作为检测样品，分析其混凝土颗粒成分含量、针片状成分含量，其结果如下表4所示。

1.2 毛石块颗粒制备研究

取石灰石岩石（毛石块：如图2所示）调整含水率≤1%，破碎，振动筛筛分选取粒径介于5-15mm之间的颗粒，得毛石块颗粒。并且经检测得知：本地毛石块颗粒的碳酸钙含量≥70%（73.5%），泥粉含量≤1%（0.63%），含水率≤1%（0.1%）。

1.3 混凝土掺合料原料配合与制备

将毛石块颗粒与城建垃圾颗粒（样品1-10）混合成混合料之后，将混合料采用皮带输送机间歇式输送至HC170雷蒙立磨中研磨2h，即得混凝土掺合料；并且，每次向HC170雷蒙立磨输送混合料的质量为2t。

将制备而成的混凝土掺合料进行物理性能指标检测，检测结果如下表5、表6所示：

由表4、表5和表6数据可知：采用混凝土颗粒成分含量≥95%，针片状成分含量≤5%，含水率≤2%，粉尘含量≤1%的城建垃圾颗粒与碳酸钙含量≥70%，泥粉含量≤1%，含水率≤1%的毛石块颗粒，按照毛石块颗粒40-60%和城建垃圾颗粒40-60%的混合比混合后，按照间歇式每次2t送入HC170雷蒙立磨中研磨2h制备成混凝土掺合料，其比表面积、细度、表观面积等较优。

将表6中配制1-11所得的混凝土掺合料进行胶砂工作性能测试研究，以国茂PO42.5水泥作为原料，将混凝土掺合料按照占水泥净浆60%掺入水泥净浆中，测试流动度比、凝结时间、安定性的影响，并观察期泌水现象，其结果如下表7所示。

由表7结果可知：混凝土掺合料掺入后的浆体凝结时间要滞后于未掺入混凝土掺合料的浆体。随着建筑垃圾组分的增加石灰石粉的量越来越少，所制成的矿物掺和粉的对比流动度比先减小后增加。初凝时间随着建筑垃圾的掺量增加而缩短，但终凝时间越长。虽然配制11的初凝时间比水泥净浆时间还短，是因为需水量大、稠度较高。因此，所得的混凝土掺合料能够加速水泥的水化速度，缩短水泥的凝结时间；其中以配制5-7较优。

将表6中配制5-7所得的混凝土掺合料与水泥、标准砂和水混合制备成样品后，检测其胶砂强度，水泥采用国茂PO42.5。胶砂试验配比以及活性指数检测结果如下表8所示。

由表8结果可知：所制备的混凝土掺合料的7天强度活性指数基本达到64%，28天强度增长不大，均值为 69.0%，能够代替粉煤灰、石灰石粉作为混凝土掺入料掺入，降低混凝土掺合料应用成本。

将表6中配制5-7所得的混凝土掺合料按照GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》的要求进行放射性检测，其结果如下表9所示。

由表9可知，本研究制备所得的混凝土掺合料对人体无危害。

2 混凝土掺合料用于配制混凝土研究

2.1原料选定

混凝土掺合料选择试验一配制6制备所得的产品。

水泥选用国茂PO42.5水泥，28d抗压强度达到48.7MPa，标准稠度用水量26.3%。

砂和碎石选用沿河土家族自治县小景砂厂的砂子，泥块含量0.2%，石粉含量11.2%，成堆孔隙率40%。砂粒径＜2mm，碎石粒径为2-10mm之间。

粉煤灰选用遵义鸭溪粉煤灰生产加工的II级粉煤灰，烧失量5.8%，需水量比98%，45μm筛余量25.5%，28d活性指数62.6%。

外加剂选用科之杰聚羧酸高性能减水剂，减水率27%，含气量4.0%，凝结时间差110min，28d抗压强度比150%，对钢筋无锈蚀作用。

2.2配制C30混凝土性能研究

利用上述原料配制C30混凝土，配合比如下表10所示。

将表10配制的混凝土进行工作性能和混凝土强度检测，其结果如下表11和表12所示。

由表11可知：从配制的混凝土工作性能来看，出机塌落度、扩展度、初凝时间均满足其泵送要求，但是随着混凝土掺合料的掺量增加其2h塌损增大，如果不调整外加剂掺量难以满足远距离运输的泵送要求。如果掺和粉掺入量大于80kg，需水增加、水胶比变大影响强度，且成本增加。

由表10和表12可知，采用混凝土掺合料取代部分水泥，混凝土7d抗压强度近似线性降低，在28d，56d的抗压强度得到增加，能够与未替代水泥的C30基样组相媲美。产生这样的原因在于：水泥用量减少， 粉煤灰和混凝土掺合料早期还没参与水化提供强度，起增加浆体作用。在混凝土掺合料代替水泥时，将混凝土掺合料添加与水泥比值为6：25时，其效果最优，能够完全替代水泥用量，降低水泥成本，同时提高混凝土综合抗压性能。随着混凝土掺合料添加量与水泥比值≥7：24时，配制的C30混凝土强度较差，尤其是28d抗压强度，显著变差。因此，混凝土掺合料在C30混凝土中代替水泥时，其添加量与水泥比值应当＜7：24，优选为6：25。在混凝土掺合料代替粉煤灰时，保持水泥用量不变的基础上，配制的混凝土均能够满足C30混凝土等级要求。因此，本混凝土掺合料能够在C30混凝土配制过程中替代部分水泥和降低粉煤灰的用量，降低C30混凝土配制成本。

除此之外，本研究者还针对C30混凝土进行了抗渗性和抗裂性（如图4所示）研究，以C30基样（参见如图4（A））、C30样2（参见如图4（B））、C30样4（参见如图4（C）），其检测结果如下表13所示。

由表10和表13可知，随着混凝土掺合料用量增加，水泥用量减少，将会导致C30混凝土凝结过程出现开裂现象；添加恰当用量的混凝土掺合料，有助于提高C30混凝土抗渗性能。

2.3 优化配制C20混凝土、C25混凝土、C35混凝土、C40混凝土

将混凝土掺合料、水泥、粉煤灰、砂、碎石、外加剂和水按照如表14所示的配比分别配制C20混凝土、C25混凝土、C35混凝土、C40混凝土，并对所得混凝土的工作性能，7d、28d和56d抗压强度进行检测，其结果如表15和表16所示。

由表14和表15可知：随着掺合粉的掺量的增加外加剂用量增加才能满足泵送性能；为了满足泵送性能，所有配合比出机塌落度和扩展度均处于同一水平，但是经过1小试塌落度损失10mm，2小时损失在 20-30mm之间，4小时后基本塌损都在40mm，完全能够满足混凝土浇筑需求。由表14和表16可知：（1）C20混凝土配制，当替代10kg水泥并且全部替代粉煤灰时，其制备的混凝土28天强度为24.1MPa，满足C20强度等级设计要求；56天强度还增长了15%，达27.8MPa。 混凝土掺合料对C20混凝土配制的强度提高有促进作用。（2）C25混凝土配制，随着混凝土掺合料掺入替代，7d、28d、56d的抗压强度均降低。当混凝土掺合料全部替代粉煤灰和10kg水泥时，其28d强度29.7MPa满足C25混凝土的强度等级要求。采用混凝土掺合料将有助于降低C25混凝土配制成本。并且，在C25混凝土配制过程中，混凝土掺合料掺入量以80kg为最佳。（3）C35混凝土配制，混凝土掺合料最佳掺入量为70kg，能够保障C35混凝土综合性能基础上降低C35混凝土配制成本。（4）C40混凝土配制，混凝土掺合料最佳掺入量为60kg，能够保障C40混凝土综合性能的基础上降低C40混凝土配制成本。

3 结语

1、建筑垃圾再生掺合粉以氧化钙（CaO）、二氧化硅（SiO2）、氧化镁（MgO）为主要化学成分，并含有少量的氧化铝和氧化铁，比表大于400m2/kg时具有一定的潜在活性。

2、利用城建拆除固体废弃物，再生骨料+石灰石进行磨细至比表面积≥400m2/kg，可制得矿物掺和粉，参照国家标准GB/T 18046进行检测，符合标准要求。

3、建筑垃圾再生矿物掺合粉在C30以下混凝土中的掺量可全部取代粉煤灰，提高100kg以上；在C30至C40混凝土掺入矿物掺合粉的量应适量；在C45以上混凝土中建议不掺入矿物掺合粉。掺入矿物掺合粉的水泥初凝时间得到改善，终凝时间有所缩短，混凝土需水量仍然较大，混凝土塌落度有所降低，塌损增加。

4、在掺入建筑垃圾再生矿物掺合粉后，各强度等级的混凝土28天强度都有降低，2个月强度增长幅度明显，混凝土长期耐久性能得到改善，抗渗标号大于P6，对防裂敏感性有贡献。

5、提高建筑垃圾再生矿物掺合粉的掺量对降低混凝土水泥水化热及单方造价有极大好处，该研究增加了建筑垃圾再生掺合粉的用量，对提高资源综合利用率，减少了环境污染，加快循环经济建设具有重要意义。

参考文献

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[2]郭汉丁，张印贤，王毅林.建筑废弃物再生利用产业链运行模式与主体 行为演变规律[J].再生资源与循环经济，2019，12（10） ：6-12.

[3]尹静，利用城建拆除垃圾生产混凝土复合掺合料，建材发展导向[J]，2012年2月6日，总第328期，第3期，第19卷：47：48.

作者简介：李丽兰（1987- ），女，汉族，贵州织金县，资料员，本科，从事预建筑工程技术工作；贵州省贵阳市花溪区小河恒森自在城。