梁偉，孫愛東，金榮鴻，李正茂，孫國斌

（1. 深圳市綠志新型建材研究院有限公司，廣東 深圳 518112；2. 深圳市為海建材有限公司，廣東 深圳 518129）

0 引言

深圳正在加快推進(jìn)現(xiàn)代化國際化創(chuàng)新型城市建設(shè)，開發(fā)建設(shè)體量巨大，深圳市現(xiàn)有建筑的總建筑面積約10.8 億平方米，每年產(chǎn)生將近 1 億立方米的建筑廢棄物。同時(shí)，新建工程項(xiàng)目對砂、石等建筑材料有大量需求，據(jù)深圳市水泥及制品協(xié)會統(tǒng)計(jì)，2017 年全市預(yù)拌混凝土和砂漿企業(yè)累計(jì)消耗約 2800 萬噸砂。受制于生態(tài)與環(huán)境的保護(hù)，深圳本地的砂石資源嚴(yán)重依賴周邊的東莞、惠州等市[1]。

砂的需求日益增多，而開采卻受環(huán)保因素限制，供應(yīng)量有限，導(dǎo)致天然砂資源愈發(fā)短缺。國內(nèi)已對再生骨料進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究[2-5]，余乃宗、元成方[6,7]等人研究表明粉體材料對砂漿強(qiáng)度的影響大于再生砂，鄭娟榮[8]研究砂的細(xì)度模數(shù)在 2.2～2.3 間用于干混抹灰砂漿為宜。本文研究再生混合砂在濕拌砌筑砂漿中的應(yīng)用，通過使用部分再生混合砂替代部分天然砂，合理利用再生資源，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用和企業(yè)成本的降低，并應(yīng)用于環(huán)保砂漿智能機(jī)器人（見圖1）的生產(chǎn)，考慮上述設(shè)備只有 3 個(gè)筒倉，本文據(jù)此開展相應(yīng)的試驗(yàn)。

圖1 環(huán)保砂漿機(jī)器人

1 試驗(yàn)用原材料

（1）水泥：海螺 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，3d 抗壓強(qiáng)度 28.1MPa，28d 抗壓強(qiáng)度 47.6MPa，其它技術(shù)指標(biāo)符合現(xiàn)行 GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》要求。

（2）外加劑：科隆智谷聚羧酸外加劑，減水率24.9%，固含量 13.0%，其它技術(shù)指標(biāo)符合現(xiàn)行 GB/T 8075—2017《混凝土外加劑》要求。

（3）天然砂：惠州產(chǎn)中砂，細(xì)度模數(shù) 2.8，篩分結(jié)果見表1，符合Ⅱ級配區(qū)要求，為中砂。

（4）再生混合砂：深圳市橫崗街道工業(yè)區(qū)建筑物拆除、破碎產(chǎn)生的混合砂，細(xì)度模數(shù) 3.5，篩分結(jié)果見表1。對照 GB/T 25176—2010《混凝土和砂漿用再生細(xì)骨料》，符合Ⅰ級配區(qū)要求，為粗砂。

表1 天然砂和再生混合砂的篩分析試驗(yàn)結(jié)果

2 砂漿試驗(yàn)

采用單因素試驗(yàn)探討含水率 11% 再生混合砂取代含水率 7% 天然砂對濕拌砌筑砂漿的稠度和抗壓強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)配合比和性能檢測結(jié)果見表2。

3 結(jié)果分析

3.1 流動性的影響

試驗(yàn)中，當(dāng) 100% 使用再生混合砂取代天然砂時(shí)，通過水的增減從 300kg/m3到 400kg/m3，砂漿的初始工作狀態(tài)可達(dá)到良好效果，但 1h 后的砂漿均無任何流動性，無法滿足砂漿的工作性能要求（A1、B1、C1）。由表2 可知，當(dāng)摻入再生混合砂且不摻加外加劑時(shí)，1h后的砂漿幾乎沒有任何流動性。當(dāng)再生混合砂的取代率為 75% 和 50% 的時(shí)候，通過配合比的調(diào)整和外加劑的摻入，可得到性能良好的再生濕拌砌筑砂漿。

3.2 強(qiáng)度的影響

從表2 和圖2 可見，75% 和 50% 再生混合砂取代天然砂時(shí)，再生濕拌砌筑砂漿的 3d 和 28d 抗壓強(qiáng)度與只用天然砂的砂漿試塊抗壓強(qiáng)度相差不大，其中，再生砂 50% 的取代率時(shí)砂漿的 3d 和 28d 抗壓強(qiáng)度均比只用天然砂的砂漿試塊強(qiáng)度略大。從圖2 可見，75% 的取代率時(shí)，28d 抗壓強(qiáng)度值較 3d 抗壓強(qiáng)度增長率最大，為266%；50% 的取代率時(shí)，28d 抗壓強(qiáng)度值較 3d 抗壓強(qiáng)度增長率為 231%，與 0% 的取代率時(shí)的強(qiáng)度增長 226%非常接近。秦?fù)碥奫9]等人試驗(yàn)用的再生細(xì)骨料全部為廢棄的混凝土，試驗(yàn)結(jié)果為隨著再生細(xì)骨料取代率的增大，強(qiáng)度增長放緩。本試驗(yàn)用的再生混合砂成分復(fù)雜，含有廢棄的混凝土和磚、瓦等，強(qiáng)度增長率與秦?fù)碥姷热嗽囼?yàn)結(jié)果不同，可能是由于再生混合砂與天然砂之間形成連續(xù)級配，且燒結(jié)磚中含有活性 SiO2，與水泥水化產(chǎn)物 Ca(OH)2發(fā)生二次水化反應(yīng)導(dǎo)致。

表2 砂漿試驗(yàn)配合比及性能檢測結(jié)果

圖2 不同再生混合砂取代率砂漿的抗壓強(qiáng)度

3.3 基準(zhǔn)配合比調(diào)整的影響

由表2 可知，隨著水泥用量的增減，再生混合砂75% 取代率時(shí)，28d 抗壓強(qiáng)度的波動范圍在 12%～26%之間，波動幅度相對較大；而再生混合砂 50% 取代率時(shí)，28d 抗壓強(qiáng)度的波動范圍在 16%～21% 之間，波動幅度較小。由表2 和圖3 可知，再生混合砂 50% 取代率與基準(zhǔn)砂漿的 28d 抗壓強(qiáng)度較為接近。

圖3 不同再生混合砂取代率砂漿強(qiáng)度的增長率

3.4 經(jīng)濟(jì)效益的影響

在保證質(zhì)量的前提下，再生混合砂的摻入不僅可有效緩解深圳市場砂源緊張和砂價(jià)處于歷史最高價(jià)的局面，也是積極響應(yīng)政府號召，實(shí)現(xiàn)建筑廢棄物的循環(huán)再生利用。成本按照水泥 450 元/噸、水洗砂 160 元/噸、再生混合砂 40 元/噸、外加劑 3500 元/噸計(jì)算，水直接取自施工現(xiàn)場，未計(jì)入成本，表3 可見，隨著再生混合砂摻入比例的減少，原材料成本顯著上升，上升幅度詳見圖4。此外，隨著水洗砂價(jià)格的上升，再生混合砂使用的經(jīng)濟(jì)效益將愈發(fā)顯著。

4 工程實(shí)際應(yīng)用

位于深圳市龍崗區(qū)吉華街道的圍墻，使用摻入 50%再生混合砂的濕拌再生砌筑砂漿，詳見圖5 和 圖6。施工 10 天后實(shí)地走訪，與其它完全使用天然砂的砂漿墻體相比無差異。

表3 再生濕拌砌筑砂漿生產(chǎn)成本 元

圖4 不同摻量再生濕拌砌筑砂漿的成本

隨著砂石等材料價(jià)格的暴漲，越來越多的企業(yè)在尋求可替代天然砂石的材料。已有深圳固定式攪拌站和移動式服務(wù)站使用再生混合砂用于濕拌砌筑砂漿的生產(chǎn)，墻材企業(yè)也正嘗試在灰砂磚、藝術(shù)砂漿墻板、植草磚、透水磚等墻材中使用再生混合砂。

圖5 風(fēng)景墻用再生砌筑砂漿與風(fēng)景墻砌墻施工現(xiàn)場

圖6 風(fēng)景墻完工后的現(xiàn)場圖

5 結(jié)論

（1）再生混合砂的取代率為 100% 的時(shí)候，砂漿的工作性能無法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，現(xiàn)有的再生混合砂無法完全取代天然砂。

（2）當(dāng)再生混合砂的取代率為 75% 的時(shí)候，在配合比調(diào)整過程中，發(fā)現(xiàn)波動性較大，質(zhì)量難以控制。

（3）從經(jīng)濟(jì)性的角度分析，再生混合砂的摻量越高，材料成本越低。但高摻量的砂漿質(zhì)量卻難以控制，結(jié)合砂漿質(zhì)量穩(wěn)定性等因素，再生混合砂 50% 的取代率社會綜合效益最佳。