冯氏级配法：建筑垃圾细骨料在预拌砂浆中的应用

冯氏建筑垃圾细骨料在预拌砂浆中的应用

山东方达康工业纤维素有限公司 冯文利

摘要：随着我国城镇建设的快速发展，建筑垃圾越来越多，如何更好地利用建筑垃圾成为国内科研单位、大专院校研究的重点课题。西方国家，特别是经济发达国家，对建筑垃圾的研究、应用走在了前面，把建筑垃圾重新利用，有利于节省社会资源，减少环境的污染，有百利而无一害。我国很多单位也投入巨大的人力、物力进行这方面的研究，取得了可喜的成果。

建筑垃圾经过分拣后，分类利用。红砖、混凝土块经过粉碎，粗骨料可以作砖，细骨料可以作砂浆。但是，细骨料由于吸水率高，强度低，做成砂浆后稠度损失率高等原因，而迟迟不能进行有效的利用，一直处于研究阶段，没有形成真正的生产力。

山东方达康工业纤维素有限公司在这方面投入巨大的资金进行研究，目前已经克服重重困难，成功地利用建筑垃圾细骨料生产出合格的砂浆产品，产品的性能达到国家标准，这项技术在河南许昌金科建材有限公司投入使用，取得了巨大的经济效益和社会效益，得到了行业权威部门的认可，这项技术正在全国大面积推广。

关键词：预拌砂浆；建筑垃圾细骨料；纤维素醚；综合性能

一、综述

1.1预拌砂浆：预拌砂浆，是指由水泥、砂以及所需的外加剂和掺合料等成分，按一定比例，经集中计量拌制后，通过专用设备运输、使用的拌合物。预拌砂浆包括预拌干混砂浆和预拌湿砂浆。国家推广使用散装预拌干混砂浆。

预拌干混砂浆(简称干混砂浆)是一种多成分的颗粒状或粉状混合物，配方满足不同的建筑要求和施工要求，除水泥外，还可使用石膏、石灰等无机胶凝材料，砂一般要经筛分烘干处理，除天然砂（河沙、山砂）外，还可使用人工砂作为骨料（集料），化学添加剂主要为国标规定可掺加的有机高分子外加剂。预拌干混砂浆由专业砂浆企业生产销售，以袋装和散装方式送到工地，施工时按照规定的比例加水搅拌均匀后使用。

预拌湿砂浆是已经掺入规定比例水的预拌砂浆，由专业混凝土、砂浆企业生产销售，到施工现场需尽快使用，不能长时间储存。

1.2建筑垃圾细骨料：建筑垃圾再生细骨料分类与质量要求，出厂检测项目包括：颗粒级配、细度模数、微粉含量、泥块含量、建筑垃圾再生胶砂需水量比、建筑垃圾再生胶砂强度比、表观密度、堆积密度、空隙率；型式检验项目包括所列出的全部内容；碱一骨料反应根据需要进行。

建筑垃圾处理示范生产线，对建筑垃圾再生骨料生产工艺的原则要求

(1)对原材料进行初选，分类堆放、去除较大钢筋、人工选取可回收的砖、钢筋等；

(2)能多次分选，去除土、轻物质、钢筋、有机质等；

(3)骨料具有较为完好的粒形结构，杂质含量低；

(4)骨料级配能按照骨料应用要求进行控制；

(5)降噪防尘，防止二次污染。

建筑垃圾原料处理，建筑垃圾主要包括建筑渣土、废砖、废瓦、废混凝土、散落的砂浆和混凝土，此外还有少量的钢材、木材、玻璃、塑料、各种包装材料等。建筑垃圾处理面对如此复杂的资源，很多人对能否利用存有疑虑。通过几年来的大量调研，发现我国建筑垃圾原料相对简单。主要是由于我国劳动力充足和目前钢材、木材、玻璃、塑料、纸张及各种包装材料等物品均为有价回收，社会上有一支自发的拾荒大军，一旦发现有建筑垃圾，就有人主动去拣出有价值的物品，特别是对钢筋的拣拾不惜余力，结果给建筑垃圾处理厂带来了帮助，进厂的建筑垃圾原材料特大体积的不多，比较纯净，建筑垃圾粉碎机主要以碎砖、混凝土碎块、砂浆块、土为主，这是我国建筑垃圾处理的一大特色。

分类堆放，进厂的建筑垃圾应根据原材料的来源及对产品性能的影响分为两类：废弃砖类和废弃混凝土类。其中，废弃砖类包括废弃的砖块以及难以与废弃砖块进行分离的废弃砂浆和混凝土，例如拆除砌体结构中构造柱、暗柱等部位时产生的废弃混凝土。而废弃混凝土类主要指比较单一的废弃混凝土块，如拆除的地基基储搅拌站的回收混凝土、拆除的混凝土路面等。这两类的原料中均含有一定量的渣土，这是无法在原料堆放时分离的。目前，杂物挑选只能通过人工肉眼分辨和挑选，挑选分两个阶段，一个是在料堆挑选，再一个是在处理过程各环节中人工挑选，挑出设备不能分离出的杂物。

1.3纤维素醚：纤维素醚是指纤维素上的羟基部分或全部被醚基取代的纤维衍生物。在钙离子存在的情况下，由于非离子型水溶性纤维素醚具有悬浮稳定性和保水作用，被广泛应用在建材工业中。其重要特性是在建筑材料中的保水能力，一定掺量的纤维素醚保持的水分可在砂浆中保持足够长的时间使水泥持续水化，提高砂浆与基材的附着力。通过改性的纤维素醚对砂浆的稠度和抗下滑能力都有很大的影响，随着纤维素醚黏度和掺量的增加，砂浆稠度增大；纤维素醚粒径越细，新拌砂浆的初始稠度上升越快。

二、实验目的和意义

建筑垃圾经过分拣后，分类利用。红砖、混凝土块经过粉碎，粗骨料可以作砖，细骨料可以作砂浆。但是，细骨料由于吸水率高，强度低，做成砂浆后稠度损失率高等原因，而迟迟不能进行有效的利用，一直处于研究阶段，没有形成真正的生产力。

建筑垃圾粗骨料应用比较成熟，主要用于工程用砖，这样能够变废为宝。但是垃圾细骨料的应用一直不太成熟，这是企业的一块心病。随着国家“禁现”政策的大力推行，预拌砂浆行业风起云涌，砂浆企业如雨后春笋般发展起来，给垃圾细骨料的应用带来一片生机。

预拌砂浆的生产需要大量的砂子，国内天然砂资源接近枯竭，人们不断寻求新的砂源，如果把建筑垃圾细骨料用于预拌砂浆生产，变废为宝，这是利国利民的大好事，符合国家减能节排政策，这是一项重大技术突破。

三、试验过程和讨论

3.1主要实验设备：不锈钢保水率测定仪、砂浆稠度仪、凝结时间测定仪、抗折抗压一体机、流动度跳桌、饰面砖拉伸强度测定仪、等。

3.2主要实验材料：42.5普通硅酸盐水泥、II级粉煤灰、建筑垃圾细骨料、纤维素醚

3.3实验配方：

3.4抹灰砂浆保水率实验以及结果分析

依据DIN18555-7《矿物基粘接砂浆的测试—用滤纸法测保水率》，分别将黏度为5万、10万、15万、20万以及方达康建筑垃圾细骨料专用纤维素醚（以下均以FDKJP表示）进行保水率的测试。具体步骤如下：

（1）称量干燥洁净的测保水用的试模和不透水片的质量m1以及8片中速定性滤纸质量m2。

（2）将新拌合的砂浆分三次填入试模，并用捣棒由内到外插捣数次，使砂浆表面略高于试模边缘， 然后用抹刀将多余的砂浆刮去，再用抹刀以较平的角度在试模表面反方向刮平砂浆。

（3）清理试模周边的保温砂浆，称量试模、下不透水片与保温砂浆的总质量m3。

（4）用2片金属滤网覆盖在砂浆表面，再在滤网表面放上8片滤纸，用不透水片盖在滤纸表面，以2kg的重物把不透水片压着。

（5）静止2min后移走重物及不透水片，取出滤纸（不包括滤网），迅速称量滤纸质量m4。

（6）计算保水率。

（7）重复试验，取两组实验数据的平均值，如果两个测试值中有一个超出平均值的5%，则视为这组数据无效。最后得到的实验数据如下：

从上述实验数据可以看出，抹灰砂浆的保水率在纤维素醚的黏度从5万到10万时是增长趋势，从10万到20万时是降低趋势，而方达康建筑垃圾细骨料专用纤维素醚的保水率达到了93%以上。砂浆的保水率越高，砂浆越不容易出现泌水现象。在用砂浆施工实验的时候，发现当纤维素醚的保水率低于92%时，砂浆在放置一段时间后容易发生泌水现象，所以在配制抹灰砂浆时，我们应选择保水率较高的纤维素醚。

3.5抹灰砂浆2h稠度损失实验以及结果分析

根据GB/T25181-2010《预拌砂浆》规定要求，普通抹灰砂浆的两小时稠度损失要求小于30%。本实验将黏度为5万、10万、15万、20万以及FDKJP进行2h稠度损失实验，具体步骤如下：

（1）用湿抹布润湿砂浆稠度仪的容积筒、试锥表面，并用润滑油轻擦滑杆。

（2）将新拌合的砂浆装入容积筒内，用捣棒均匀的插捣数次，使砂浆表面低于容积筒10mm。

（3）将试锥尖端轻抵砂浆表面，拧紧制动螺母，并调整表盘指针，在滑杆顶部和螺杆底部接触时，调整表盘指针归零。

（4）拧开制动螺母，试锥插入砂浆10s后，拧紧制动螺母，旋转表盘螺母，在滑杆顶部和螺杆底部再次接触时，记录砂浆的稠度值。

（5）在标准养护室内将砂浆放置2h，然后重复以上实验步骤，计算砂浆的2h稠度损失。最后得到的实验数据如下：

从上述实验数据可以看出，随着纤维素醚黏度的增高，砂浆的2h稠度损失值要逐渐变小，也说明纤维素醚黏度越高，砂浆的稠度稳定性要越好，砂浆的抗分层性能要越好。但在实际施工时发现，在后期的找平处理时，由于纤维素醚的黏度太高，砂浆和抹子之间的粘聚性也会越大，不利于施工。所以，在保证砂浆不沉降，不分层的情况下，纤维素醚的黏度值越低越好。

3.6抹灰砂浆开放时间实验以及结果分析

抹灰砂浆在涂抹到墙上之后，由于墙体基材的吸水和砂浆表面水分的蒸发，会使砂浆在较短的时间内形成一定的强度，影响后续的找平施工，所以有必要对砂浆的凝结时间进行分析。具体的实验步骤如下，将黏度为5万、10万、15万、20万以及FDKJP进行凝结时间测试，（1）将制备好的砂浆装入砂浆容器内，使砂浆表面低于容积筒10mm。（2）将容器放在凝结时间测定仪的压力表座上，，调节螺母，使贯入试针与砂浆表面接触。（3）压入试针到砂浆内部深度为25mm，然后在拧紧相关螺母，使压力表指针调到零位。（4）砂浆表面泌水不清除，测定贯入阻力值，用截面为30mm的贯入试针与砂浆表面接触，在10s内缓慢而均匀的垂直压入砂浆内部25mm深，每次贯入时记录仪表读数，贯入杆至少离开容器边缘或任何早先贯入部位12mm。（5）在标准养护条件下，实际贯入阻力值在成型后2h开始测定，然后每隔半小时测定一次，至贯入阻力达到0.3MPa后，改为15min测定一次，直至贯入阻力值达到0.7MPa为止。实验数据如下：

从上述实验数据可以看出，纤维素醚的黏度值在10万到20万的区间内，凝结时间变化不大，并且和保水率也呈现一定的相关性，也就是说，保水率越高，砂浆的凝结时间越长。

3.7抹灰砂浆流动度实验以及结果分析

纤维素黏度和抹灰砂浆的流动度有很大的关系。本测试依然将黏度为5万、10万、15万、20万以及FDKJP进行流动度测试，具体步骤如下：

（1）测试之前，先用湿抹布擦拭流动度锥形模和水平流动台，将锥形模放置在流动台中央。

（2）迅速将新拌好的砂浆填入试模内，抹去圆锥体试模顶部和四周多余砂浆。

（3）提起试模1min±20s后，从四个不同方向沿直径等距离测定砂浆流动所形成的饼的直径。

（4）跳桌15次，使砂浆进一步流动，再一次从四个不同方向沿直径等距离测定砂浆流动所形成的饼的直径。

（5）根据加水量和干粉料质量之比计算水料比。

（6）分析在同等水料比的条件下试验砂浆的流动度。试验结果如下：

从实验数据可以看出，在同等水料比的情况下，纤维素醚的黏度越高，砂浆的流动度值越低。，也就说明纤维素醚的黏度越高，砂浆的阻力越大。所以，再次从流动度试验中得出对于抹灰砂浆施工来说，纤维素醚的黏度越低越好。

3.8抹灰砂浆抗流挂性实验以及结果分析

抹灰砂浆在涂抹到墙面之后，如果砂浆的抗流挂性不好，会使砂浆下垂，甚至滑落，严重影响砂浆的平整度，给后期的施工造成极大的麻烦。所以，好的砂浆一定要有优良的触变性和抗流挂性。本实验将纤维素醚黏度为5万、10万、15万、20万以及FDKJP进行抗滑移试验。具体步骤如下：

（1）将新拌好的砂浆用凹形抹刀均匀的抹在纤维增强水泥板上待用。

（2）将表面积为100mm×100mm的陶质砖粘贴在纤维增强水泥板上，静置1min。

（3）然后将纤维增强水泥板垂直竖立，在（20±2）min后测量瓷砖滑移的距离。

通过实验发现，5万和10万黏度的纤维素醚在将纤维增强板垂直竖立后，瓷砖直接滑了下来，而15万黏度和20万黏度的纤维素醚以及FDKJP均没有滑移现象，并且FDKJP具有很好的触变性，再将瓷砖旋转一定角度仍然垂直竖立，都不会发生滑移现象。另外，通过实践发现FDKJP这款纤维素做出来的砂浆表面特别平整，非常有利于施工。

3.9抹灰砂浆的强度实验以及结果分析

用黏度为5万、10万、15万、20万、FDKJ纤维素醚配制成抹灰砂浆试样，用70.7mm×70.7mm×70.7mm的钢制有底三联试模制作成模具，每组试样做三个，在恒温恒湿箱（温度23±2℃，相对湿度50±10%）中养护28d，然后在烘箱中烘干至恒重，用DYE-300型数字式抗压压力试验机测定其抗压强度，记录数据，取平均值，得到的折线图如下：

通过上述实验发现，随着纤维素醚黏度的增高，抹灰砂浆的强度值越低。这是由于纤维素醚在水中形成高粘溶液，在砂浆的搅拌过程中，会引入大量稳定的气泡，在水泥硬化后，这些气泡会形成大量的空隙，从而使砂浆的强度值降低。所以抹灰砂浆，一定要能达到设计要求的强度值，一定要选用合适的纤维素醚。

四、结论

1.方达康建筑垃圾细骨料专用纤维素醚有良好的保水性能，比普通的纤维素醚保水性都要高，更适用于建筑垃圾细骨料预拌砂浆中的添加剂。

2.普通纤维素醚在建筑垃圾细骨料预拌砂浆中2h稠度损失率都偏大，方达康建筑垃圾细骨料专用纤维素醚有效解决了这一难题，将2h稠度损失率控制在10以下。

3.方达康建筑垃圾细骨料专用纤维素醚对于砂浆后期强度有促进作用，与普通纤维素醚比，后期强度明显提高。

4.方达康建筑垃圾细骨料专用纤维素醚对于建筑垃圾细骨料预拌砂浆的施工性、流动性和开放时间都有积极的影响，比普通的纤维素醚更适用于建筑垃圾细骨料预拌砂浆中。

山东方达康工业纤维素有限公司在这方面投入巨大的资金进行研究，目前已经克服重重困难，研制出专门适用于建筑垃圾细骨料预拌砂浆的纤维素，成功地利用建筑垃圾细骨料生产出合格的砂浆产品，产品的性能达到国家标准，这项技术在河南许昌金科建材有限公司投入使用，取得了巨大的经济效益和社会效益，得到了行业权威部门的认可，这项技术正在全国大面积推广。

来源：企航传媒