CN104072058B - 以建筑垃圾为原料生产的再生混凝土及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以建筑垃圾为原料生产的再生混凝土及其生产方法，再生混凝土为由再生粗骨料、再生细骨料、胶凝材料及水混合搅拌而成的强度等级为C10~C20的混凝土，每立方米所述的再生混凝土中各组份的含量为：再生粗骨料650~770kg/m³；再生细骨料576~764kg/m³；胶凝材料267~400kg/m³；水255~345kg/m³，该再生混凝土用于对强度要求不高的墙板类构件或墙体的制作。本发明以废砖为再生粗骨料、以废混凝土为再生细骨料，并设计合理的配比生产再生混凝土，使再生混凝土满足墙体墙板建设的施工要求，从而解决了建筑垃圾中废砖和废混凝土再生利用问题和制备技术难题。

Description

以建筑垃圾为原料生产的再生混凝土及其生产方法

技术领域：

本发明属于建筑墙体材料技术领域，具体涉及一种用于墙体建设的以建筑垃圾为原料生产的再生混凝土及其生产方法。

背景技术：

经调查研究，我国城乡大量的旧建筑物采用以传统烧结黏土砖为主要材料的砌体结构或混合结构，导致在城市建设和旧城改造过程拆除旧建筑物产生的建筑垃圾的主要成分是废弃的黏土砖、废混凝土构件及试块。目前，对建筑垃圾的传统处理方式主要是填埋与露天堆放，资源化再利用的比率很低。同时，这种处理方法一方面侵占破坏土地，加剧了土地资源的紧张和浪费；另一方面污染环境，对大气、土壤和水体造成污染。因此，对建筑垃圾资源化、无害化以及如何提高再生利用率是当前急需待解决的问题。

在拆除旧建筑物产生的建筑垃圾中存在大量的废黏土砖和废混凝土，所以加强对废黏土砖和废混凝土再生利用，并将其破碎筛分作为再生骨料替代天然砂石，用于配制再生混凝土或生产混凝土制品，是实现建筑垃圾再生资源化的有效途径之一，且更具有重要的实际意义。

目前，国内外对于拆除旧建筑物产生的建筑垃圾用于再生混凝土的制备技术存在的主要问题如下：

首先，对于再生骨料的生产工艺，当前对建筑垃圾主要采用机械破碎、分级筛分的方式得到再生骨料。但由于建筑垃圾中废砖和废混凝土的强度等级各异，对再生骨料性能产生不利影响，国内外普遍应用强化处理的生产工艺技术以此来提高再生骨料的品质，从而达到可以替代天然骨料配制混凝土的性能要求。同时，由于废砖的强度远低于废混凝土，如采用传统的机械破碎法，破碎后的废粘土砖颗粒较细 小，产生大量的粉尘，增加了骨料加工环节的二次环境污染问题。

其次，对于再生粗骨料材料性能，废砖经机械破筛分获得的再生粗骨料相对天然粗骨料，其表面比较粗糙且带有微裂缝，存在有较多孔隙，少部分再生粗骨料的表面附着有旧砂浆，进而导致其表观密度和堆积密度较小，空隙率大，吸水速度快且吸水率大，导致再生粗骨料强度较低。因此，废砖再生粗骨料不适用于对强度要求较高的混凝土的配置，只能用于对强度要求不高的墙板类构件或其他墙体材料的混凝土的配制；而且由于废砖再生粗骨料密度小，如果继续采用传统的拌合工艺对再生混凝土进行搅拌时容易出现废砖再生粗骨料上浮的现象。

再次，对于再生细骨料材料性能，废混凝土经机械破碎、筛分获得的再生细骨与天然砂相比，废混凝土再生细骨料颗粒级配的均匀性不如天然砂，但级配曲线仍在中砂范围内；两者材质成分相近，表观密度相差不大，但是，废混凝土再生细骨料的空隙率较大、堆积密度较小，与《再生骨料应用技术规程》(JGJ/T240-2011)规定的III类再生细骨料大致相当；废混凝土再生细骨料吸水率大，压碎指标可达到《再生骨料应用技术规程》(JGJ/T240-2011)规定的I类再生细骨压碎指标的要求。国内外研究都表明，废混凝土再生细骨料可替代天然砂配制混凝土。

最后，对于建筑垃圾再生混凝土配合比设计，由于再生混凝土因其所用再生粗、细骨料不同于天然砂石，具有孔隙率较高，吸水率强和骨料强度较低等特点，导致废砖再生粗骨料含量以及粒径的大小对配制成的再生混凝土的力学和耐久性能都有重要影响。如果仍以传统普通混凝土的配合比设计方法设计配制的再生混凝土的性能指标就会达不到现有技术规范要求。为了解决再生骨料吸水率较大而引起配制的再生混凝土性能波动问题，目前国内外不少学者提出了再生混凝土强度公式，试图用强度公式设计再生混凝土的配合比，但这些公式大都是针对废混凝土再生细骨料的配合比设计，并且都有一定局限性也不适应于废砖再生粗骨料的配合比设计。

发明内容：

综上所述，为了克服现有技术问题的不足，本发明提供了一种以建筑垃圾为原料生产的再生混凝土及其生产方法，它是以废砖为再生粗骨料、以废混凝土为再生细骨料，并设计合理的配比生产再生混凝土，使再生混凝土满足墙体墙板建设的施工要求，从而解决了建筑垃圾中废砖和废混凝土再生利用问题以及大粒径粗骨料再生混凝土配合比设计和制备技术难题，实现了提高资源再生化利用率、节约资源和保护环境的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种以建筑垃圾为原料生产的再生混凝土，其中：所述的再生混凝土为由再生粗骨料、再生细骨料、胶凝材料及水混合搅拌而成的强度等级为C10～C20的混凝土，每立方米所述的再生混凝土中各组份的含量为：再生粗骨料650～770kg/m³；再生细骨料576～764kg/m³；胶凝材料267～400kg/m³；水255～345kg/m³，该再生混凝土用于对强度要求不高的墙板类构件或墙体的制作。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的再生粗骨料由废砖，经轻微破碎、筛分而成，其粒径为5～80mm，所述的再生粗骨料的表观密度为1550～1700kg/m³、堆积密度为750～800kg/m³、空隙率为45～55％，吸水率为15～17％，压碎指标为35～45％。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的再生细骨料由废弃混凝土构件或试块，经机械破碎、分级筛分而成，其粒径为0.5～5mm，所述的再生细骨料的细度模数为2.5～3、表观密度为2500～2650kg/m³、堆积密度为1100～1250kg/m³、空隙率为45～55％、含水率为3.5～4.5％、吸水率为15～25％、压碎指标为15～20％。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的胶凝材料为水泥，所述的水泥为复合硅酸盐水泥，其强度等级为32.5。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的再生混凝土的砂率为43％～51％。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的水的用量包括净用水量及附加用水量，所述的净用水量为不包括再生骨料吸收的水的水量，净用水量与凝胶材料重量的比例为净水胶比，所述的附加用水量为再生骨料由气干状态到饱和面干状态的吸水量，附加用水量与凝胶材料重量的比例为附加水胶比，所述的净水胶比与龄期为28d的立方体强度满足公式：

$f_{\mathrm{cu}}^{28d}=36.52-31.06(W/C)$

式中：

—龄期为28d的立方体强度(MPa)；

W/C—净水胶比。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：所述的附加用水量按单位重量的再生粗骨料和再生细骨料的15min吸水率计算。

一种以建筑垃圾为原料生产的再生混凝土的制备方法，其中：包括以下工艺步骤：

第一步，收集废黏土砖、废混凝土构件或试块；

第二步，对收集的废黏土砖进行机械或人工轻微破碎、筛分，制得粒径为5～80mm的再生粗骨料，并对再生粗骨料进行颗粒级配分析、表观密度、堆积密度、空隙率、吸水率和压碎值指标试验；

第三步，对收集的废混凝土构件或试块进行机械破碎、分级筛分，制得粒径为0.5～5mm的再生细骨料，并对制得的再生细骨料进行颗粒级配分析、细度模数、表观密度、堆积密度、空隙率、吸水率和压碎值指标试验；

第四步，按照公式：

$f_{\mathrm{cu}}^{28d}=36.52-31.06(W/C)$

式中：

—龄期为28d的立方体强度(MPa)；

W/C—净水胶比

设计净水胶比；

第五步，按照再生粗骨料650～770kg/m³；再生细骨料576～764kg/m³；水泥267～400kg/m³；净用水量160～240kg/m³，附加用水量98～104kg/m³，砂率43％～51％，及第四步中确定的净水胶比，称取各个组份；

第六步，将第五步中称取的原料放入搅拌机中，进行充分拌合均匀，即可得到强度等级为C10～C20的混凝土。

本发明的技术方案还可以是这样实现的：在第六步中，拌合时，先向废砖粗骨料添加附加水，使再生粗骨料充分吸水并保持表面湿润，同时，向搅拌机中加入再生细骨料、水泥和水进行第一次搅拌；再生细骨料、水泥和水搅拌均匀后，向搅拌机内加入已吸水达15min吸水率的再生粗骨料，进行第二次搅拌，直至再生粗骨料、再生细骨料、水泥及水完全拌合均匀，满足工作性能满足要求为止。

本发明的有益效果为：

1、本发明的再生混凝土是以废砖为再生粗骨料、以废混凝土为再生细骨料，并设计合理的配比生产再生混凝土，使再生混凝土满足墙体墙板建设的施工要求，从而解决了建筑垃圾中废砖和废混凝土再生利用问题以及大粒径粗骨料再生混凝土配合比设计和制备技术难题，实现了提高资源再生化利用率、节约资源和保护环境的目的。

2、本发明的由废砖再生大粒径粗骨料和废混凝土再生细骨料配制可配制目标强度等级为C10～C20的再生混凝土，其力学性能等技术指标均能满足预制墙板对混凝土的要求，因此，可以广泛作为对强度要求不高的墙板类构件或其他墙体的混凝土材料。

3、本发明采用机械或人工轻微破碎的方式能够有效提高废砖大粒径再生粗骨料获得率，克服传统机械破碎因废砖强度低而产生过多碎屑和粉尘污染等缺点；根据建立的净水胶比与立方体强度关系，能够合理确定再生骨料配合比设计时实际用水量；同时，采用预先向废砖粗骨料添加附加水、分阶段二次搅拌的拌合工艺，可避免废砖再生粗骨料的上浮现象并能使再生骨料与水泥砂浆较好黏结，有效增强再生混凝土的工作性能。

4、本发明采用再生骨料100％的替代天然骨料，一是可以最大限度的提高城镇化拆除旧建筑物产生的建筑垃圾中废黏土砖和废混凝土利用率；二是也可大大降低了配再生混凝土中天然骨料的使用量，节约了自然资源。同时，在考虑到粉碎建筑垃圾获取再生骨料所消耗能源的成本因素后，仍能大大降低生产成本，实现了除旧建筑物产生的建筑垃圾二次开发和再生资源化，也减少环境污染，环境效益和社会效益显著。

附图说明：

图1为本发明的再生粗骨料和天然粗骨料颗粒级配曲线图；

图2为本发明的再生细骨料和天然中砂的颗粒级配曲线图；

图3为本发明立方体抗压强度随净水胶比的变化关系图；

图4为本发明的制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例一：

一种以建筑垃圾为原料生产的再生混凝土，由再生粗骨料、再生细骨料、胶凝材料及水混合搅拌而成的强度等级为C10～C20的混凝土，每立方米所述的再生混凝土中各组份的含量为：再生粗骨料650～770kg/m³；再生细骨料576～764kg/m³；胶凝材料267～400kg/m³；水255～345kg/m³，再生混凝土的砂率为43％～51％，该再 生混凝土用于对强度要求不高的墙板类构件或墙体的制作。

再生粗骨料由废砖经轻微破碎、筛分而成，其粒径为5～80mm，所述的再生粗骨料的表观密度为1550～1700kg/m³、堆积密度为750～800kg/m³、空隙率为45～55％，吸水率为15～17％，压碎指标为35～45％。

再生细骨料由废弃混凝土构件或试块，经机械破碎、分级筛分而成，其粒径为0.5～5mm，所述的再生细骨料的细度模数为2.5～3、表观密度为2500～2650kg/m³、堆积密度为1100～1250kg/m³、空隙率为45～55％、含水率为3.5～4.5％、吸水率为15～25％、压碎指标为15～20％。

胶凝材料为水泥，所述的水泥为复合硅酸盐水泥，其强度等级为32.5。

水的用量包括净用水量及附加用水量，所述的净用水量160～240kg/m³，附加水用量98～104kg/m³。所述的净用水量为不包括再生骨料吸收的水的水量，净用水量与凝胶材料重量的比例为净水胶比，所述的附加用水量为再生粗骨料由气干状态到饱和面干状态的吸水量，附加用水量与凝胶材料重量的比例为附加水胶比，所述的净水胶比与龄期为28d的立方体强度满足公式：

$f_{\mathrm{cu}}^{28d}=36.52-31.06(W/C)$

式中：

—龄期为28d的立方体强度(MPa)；

W/C—净水胶比。

附加用水量按单位重量的再生粗骨料和再生细骨料的15min吸水率计算。

如图4所示，以建筑垃圾为原料生产的再生混凝土的制备方法，包括以下工艺步骤：

第一步，回收拆除旧建筑物产生的废黏土砖和废混凝土构件或试块，其中回收的废弃黏土砖强度等级约为MU10，废弃混凝土强度等级约为C20～C30。

第二步，对废黏土砖进行机械或人工轻微破碎、筛分，制备粒径为5～80mm废 砖再生粗骨料。在此基础上，对再生粗骨料开展颗粒级配分析，筛分结果如表1所示，并由图1可知再生粗骨料超出《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52-2006)中天然碎石、卵石粗骨料粒径的级配曲线范围。

表1 再生粗骨料累计筛余百分率

除了颗粒级配以外，还有影响再生粗骨料强度的其他因素，各指标试验结果如表2所示，且与《再生骨料应用技术规程》(JGJ/T240-2011)规定指标相比经轻微破碎获得的废砖再生粗骨料粒径较大，表观密度和堆积密度较小，空隙率大，吸水率大等。

表2 再生粗骨料相关指标

第三步，对废混凝土构件或试块进行机械破碎、分级筛分，制得粒径为0.5～5mm再生细骨料，在此基础上，对再生细骨料开展颗粒级配和细度模数分析，筛分结果如表3所示，并由图2可知废混凝土再生细骨料级配曲线在《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52-2006)规定的II级配区范围内。

表3 再生细骨料筛余百分率及细度模数

废混凝土再生细骨料的其它指标试验结果如表4所示，并与《再生骨料应用技术规程》(JGJ/T240-2011)规定指标相比，废混凝土再生细骨料基本可以替代天然 砂配制混凝土。

表4 再生细骨料相关指标

第四步，按照公式：

$f_{\mathrm{cu}}^{28d}=36.52-31.06(W/C)$

式中：

—龄期为28d的立方体强度(MPa)；

W/C—净水胶比

设计净水胶比；设计的净水胶比为0.40～0.60；如图3所示，为立方体抗压强度随净水胶比的变化关系图。

第五步，按照再生粗骨料650～770kg/m³；再生细骨料576～764kg/m³；水泥267～400kg/m³；净用水量160～240kg/m³，附加用水量98～104kg/m³，净水胶比0.40～0.60，砂率43％～51％，称取再生混凝土各个组份，制备五种强度等级为C10～C20的再生混凝土，五种再生混凝土中每立方米各个组份的含量如表5所示：

表5 N1～N5五种再生混凝土中每立方米各个组份的含量

第六步，根据第五步得到的N1～N5五种再生混凝土中每立方米各个组份的含量，采用预先向再生粗骨料添加附加水、分阶段二次搅拌的拌合工艺进行搅拌，制备相应的再生混凝土。具体拌合过程为：预先向再生粗骨料添加附加水使再生粗骨料充分吸水达到饱和面干状态，同时向搅拌机中加入再生细骨料、水泥和水进行第一次搅拌；再生细骨料和水泥浆搅拌均匀后，再加入已吸水达15min吸水率的再生粗骨料进行第二次搅拌，直至再生粗、细骨料、水泥浆体完全拌合均匀，满足工作性能满足要求为止。

分别对N1～N5的配合比的再生混凝土，按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)规定的方法进行立方体抗压强、棱柱体抗压强度以及弹性模量试验，其结果如表6所示。

表6 N1～N5再生混凝龄期为28d的力学性能指标

根据表6试验结果，N1～N5五种配合比试件28d的立方体抗压强度试验值为17.56MPa～24.44MPa，略大于强度等级为C10～C20的目标强度等级，而由N1～N5净水胶比按本发明给出的净水胶比与强度公式计算得到的28d立方体抗压强度分别为：17.88、19.44、20.99、22.51和24.10MPa，两者比值的变异数为0.04，说明试验值与计算值已经很接近。对于28d的棱柱体抗压强度，其与立方体抗压强度的比值的平均值为0.85，大于普通混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值 0.76，可见棱柱体抗压强度已经达到普通混凝土的要求。最后，对于弹性模量，根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)规定的普通混凝土弹性模量计算公式，计算得到N1～N5五种配合弹性模量计算值分别为：2.394×10⁴、2.515×10⁴、2.653×10⁴、2.611×10⁴和2.763×10⁴MPa，试验值与上述计算值间的比值平均值为0.568，可见再生粗骨料混凝土的弹性模量小于天然碎石制作的相同等级普通混凝土弹性模量。总上所述，上述以建筑垃圾为原料生产的再生混凝土的力学性能基本满足对强度等级要求不高的预制墙板板芯或其他墙体的混凝土材料要求。

实施例二：

配制用于预制墙板板芯的强度等级为C10的再生混凝土，重复实施例一，有以下不同点：

每立方米各组份的含量如表7所示，

表7

根据表7所述的每立方米各组份的含量进行混合搅拌，其混合搅拌方式采用预先向再生粗骨料添加附加水、分阶段二次搅拌的拌合工艺进行搅拌，制备相强度等级为C10的再生混凝土。

制得的强度等级为C10的再生混凝土的弹性模量为0.970×10⁴MPa，28d立方体抗压强度为12.83MPa，满足该预制墙板板芯的强度性能要求。

实施例三：

配制用于预制墙板板芯的强度等级为C15的再生混凝土，重复实施例一，有以下不同点：

每立方米各组份的含量如表8所示，

表8

根据表8所述的每立方米各组份的含量进行混合搅拌，其混合搅拌方式采用预先向再生粗骨料添加附加水、分阶段二次搅拌的拌合工艺进行搅拌，制备相强度等级为C15的再生混凝土。

制得的强度等级为C15的再生混凝土的弹性模量1.219×10⁴MPa，28d立方体抗压强度为17.21MPa，满足该预制墙板板芯的强度性能要求。

实施例四：

配制用于预制墙板板芯的强度等级为C20的再生混凝土，重复实施例一，有以下不同点：

每立方米各组份的含量如表9所示，

表9

根据表9所述的每立方米各组份的含量进行混合搅拌，制备相强度等级为C20的再生混凝土。

制备强度等级为C10的再生混凝土的弹性模量为1.398×10⁴MPa，28d立方体抗压强度为21.58MPa，完全满足该预制墙板板芯的强度性能要求。

要说明的是，以上所述实施例是对本发明技术方案的说明而非限制，所属技术领域普通技术人员的等同替换或者根据现有技术而做的其它修改，只要没超出本发 明技术方案的思路和范围，均应包含在本发明所要求的权利范围之内。

Claims (8)

1.一种以建筑垃圾为原料生产的再生混凝土，其特征在于：所述的再生混凝土为由再生粗骨料、再生细骨料、胶凝材料及水混合搅拌而成的强度等级为C10~C20的混凝土，每立方米所述的再生混凝土中各组份的含量为：再生粗骨料650~770kg/m³；再生细骨料576~764kg/m³；胶凝材料267~400kg/m³；水255~345kg/m³，该再生混凝土用于对强度要求不高的墙板类构件或墙体的制作, 所述的水的用量包括净用水量及附加用水量，所述的净用水量为不包括再生骨料吸收的水的水量，净用水量与凝胶材料重量的比例为净水胶比，所述的附加用水量为再生骨料由气干状态到饱和面干状态的吸水量，附加用水量与凝胶材料重量的比例为附加水胶比，所述的净水胶比与龄期为28d的立方体强度满足公式：

式中：

—龄期为28d的立方体强度，MPa；

W/C—净水胶比。

2.根据权利要求1所述的以建筑垃圾为原料生产的再生混凝土，其特征在于：所述的再生粗骨料由废砖，经轻微破碎、筛分而成，其粒径为5~80mm，所述的再生粗骨料的表观密度为1550~1700kg/m³、堆积密度为750~800kg/m³、空隙率为45~55%，吸水率为15~17%，压碎指标为35~45%。

3.根据权利要求1所述的以建筑垃圾为原料生产的再生混凝土，其特征在于：所述的再生细骨料由废弃混凝土构件或试块，经机械破碎、分级筛分而成，其粒径为0.5~5mm，所述的再生细骨料的细度模数为2.5~3、表观密度为2500~2650kg/m³、堆积密度为1100~1250kg/m³、空隙率为45~55%、含水率为3.5~4.5%、吸水率为15~25%、压碎指标为15~20%。

4.根据权利要求1所述的以建筑垃圾为原料生产的再生混凝土，其特征在于：所述的胶凝材料为水泥，所述的水泥为复合硅酸盐水泥，其强度等级为32.5。

5.根据权利要求1所述的以建筑垃圾为原料生产的再生混凝土，其特征在于：所述的再生混凝土的砂率为43%~51%。

6.根据权利要求1所述的以建筑垃圾为原料生产的再生混凝土，其特征在于：所述的附加用水量按单位重量的再生粗骨料和再生细骨料的15min吸水率计算。

7.如权利要求1所述的以建筑垃圾为原料生产的再生混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：

第一步，收集废黏土砖、废混凝土构件或试块；

第二步，对收集的废黏土砖进行机械或人工轻微破碎、筛分，制得粒径为5~80mm的再生粗骨料，并对再生粗骨料进行颗粒级配分析、表观密度、堆积密度、空隙率、吸水率和压碎值指标试验；

第三步，对收集的废混凝土构件或试块进行机械破碎、分级筛分，制得粒径为0.5~5mm的再生细骨料，并对制得的再生细骨料进行颗粒级配分析、细度模数、表观密度、堆积密度、空隙率、吸水率和压碎值指标试验；

第四步，按照公式：

式中：

—龄期为28d的立方体强度， MPa；

W/C—净水胶比，

设计净水胶比；

第五步，按照再生粗骨料650~770kg/m³；再生细骨料576~764kg/m³；水泥267~400kg/m³；净用水量160~240kg/m³，附加用水量98~104kg/m³，砂率43%~51%，及第四步中确定的净水胶比，称取各个组份；

第六步，将第五步中称取的原料放入搅拌机中，进行充分拌合均匀，即可得到强度等级为C10~C20的混凝土。

8.根据权利要求7所述的以建筑垃圾为原料生产的再生混凝土的制备方法，其特征在于：在第六步中，拌合时，先向废砖粗骨料添加附加水，使再生粗骨料充分吸水并保持表面湿润，同时，向搅拌机中加入再生细骨料、水泥和水进行第一次搅拌；再生细骨料、水泥和水搅拌均匀后，向搅拌机内加入已吸水达15min吸水率的再生粗骨料，进行第二次搅拌，直至再生粗骨料、再生细骨料、水泥及水完全拌合均匀，满足工作性能满足要求为止。