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广交会︱鸿益机械与您相约第137届广交会
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随着我国城市化进程的快速发展， 城市建设速度也在不断加快， 然而建设过程中产生的建筑垃圾数量逐年剧增， 当前我们正面临着垃圾包围城市的严重局面。我国的建筑垃圾占到城市垃圾总量的30% ～ 40% ， 据数据显示， 2011 年我国建筑垃圾现存量已超 20 亿吨， 每年新产生建筑垃圾超过数亿吨， 预计到 2020 年将达到 50 亿吨左右。传统的建筑垃圾处理方式只是简单的露天堆放或者就地掩埋， 由于建筑垃圾的数量庞大， 成分组成复杂， 简单的处理方式不仅污染环境、占用宝贵土地， 而且大量堆放也会产生安全隐患。2015 年， 深圳光明新区“12·20”特大滑坡事故就是由于建筑垃圾大量堆放引起的 。建筑垃圾是一种宝贵的再生资源， 我国建筑垃圾现存量极大， 应科学地将建筑垃圾进行资源化利用， 提高其附加值， 完善资源配置。
目前， 实现建筑垃圾的再生资源化利用， 成为备受关注的研究课题。一些研究人员利用建筑垃圾制备再生泡沫混凝土， 对其配合比和基本性能进行了研究， 实现了建筑垃圾的再生资源化利用。刘富业利用建筑垃圾制作生态透水砖， 研究了生态透水砖的物理力学性能和使用功能。然而， 我国对建筑垃圾的资源化利用率相对较低， 仅仅是将建筑垃圾粉碎得到的粗集料用于再生混凝土和再生砖， 对于建筑垃圾再生微粉的再生利用研究相对较少。为实现建筑垃圾的再生资源化， 本文以建筑垃圾粉碎细化得到的再生微粉料作为陶粒制备的原材料， 通过免烧成球工艺研制出一种绿色环保的免烧型陶粒， 并制备出一种吸声性能良好的水泥基陶粒吸声材料， 应用于轨道交通噪声治理， 为建筑垃圾再生利用探寻新的途径。
1 试 验
1． 1 原材料
1) 建筑垃圾: 取自广西科技大学附近某小区新拆除的框架结构旧建筑物， 以废弃混凝土碎块为主，同时含有少量的烧结黏土砖和废瓷砖碎片。采用颚
式破碎机破碎， 过 200 目方孔筛得到建筑垃圾再生微粉， 筛余量小于 5% 。建筑垃圾再生微粉的粒度分布和 齿Ｒ顿 图谱分析如图 1、2 所示。由图谱分析
可知， 再生微粉的主要成分是 SiO2 和 CaCO3。
2) 粉煤灰: 选用广西柳州发电有限责任公司的Ⅰ级粉煤灰， 细度为 45 um， 筛余量为 11. 5% 。
3) 水泥: 本试验选用柳州鱼峰水泥集团生产的42.5 级普通硅酸盐水泥。
4) 外加剂: 生石灰、石膏粉作为碱性激发剂， 固体硅酸钠作为黏结剂。
5) 水: 普通自来水。
1． 2 陶粒制备工艺
1． 2． 1 制备工艺流程
建筑垃圾再生微粉制备免烧陶粒的工艺流程如图 3 所示。
1． 2． 2 造粒机成球原理
陶粒制备采用郑州实锦机械设备有限公司的ZL5-500 × 160 型圆盘造粒机， 调整造粒机圆盘倾角在 35°左右为宜。造粒机成球原理主要是依靠造粒机转动时提供的机械外力和物料水化反应产生的凝聚力来共同完成。首先， 混合物料在激发剂和水的作用下进行水化反应，产生具有粘结作用的凝胶体， 随着造粒机圆盘的转动，在机械摩擦力的作用下粉料凝结成核。然后， 随着水化反应的继续， 出现球状颗粒，造粒进入第二个阶段， 即小球粒的长大阶段。这个阶段小球粒受到的机械力明显增大， 随着球粒的不断长大出现分级现象，不同粒径的球粒按照各自的轨迹在盘内进行不规则的螺旋线运动。此时， 造粒进入密实阶段也称作强度提高阶段， 在机械离心力的作用下球粒运动速度很快，球粒内部结构更加密实， 强度得到提高， 球粒外层不断包裹粉料， 当粒径增大到目标球粒的粒径时便完成造粒。
1． 3 正交试验设计
在确定建筑垃圾再生微粉制备陶粒的*物料配合比时， 以建筑垃圾、粉煤灰和水泥 3 种主要原材料为影响因素， 进行 3 水平 3 因素正交试验设计， 每组试验中生石灰用量为 15 g， 石膏粉为 30 g， 硅酸钠为 5 g， 正交试验因素水平见表 1。
1． 4 性能测试
本试验制备的陶粒属于轻集料范畴， 根据国标《轻集料及其试验方法第 2 部分: 轻集料试验方法》( GB /T 17341． 2—2010) ， 对陶粒的筒压强度、堆积密度和吸水率进行测试。
2 试验结果与分析
按照正交设计换算得到 9 组物料配合比试验方案， 以 28 d 筒压强度和堆积密度为考查指标进行陶粒物料制备*配合比确定。
2． 1 正交试验结果
正交试验方案结果与极差分析见表 2、3。
1) 从表 3 极差计算结果可以看出， 水泥用量对陶粒的筒压强度和堆积密度这两个指标影响*，而粉煤灰用量对陶粒的筒压强度和堆积密度影响相
对较小。出现这种结果的原因可能是因为水泥作为一种特殊的凝胶体， 其自身密度较大， 对陶粒的孔隙结构以及密实度影响比较大， 因此水泥用量变化会对陶粒的筒压强度和堆积密度的影响特别明显。而建筑垃圾和粉煤灰两者相比， 虽然同属固体废弃物范畴， 但是建筑垃圾的组成更加复杂， 且再生微粉的活性更低， 因而对陶粒的性能影响更加明显。
2) 若是以筒压强度较大值作为考查指标来确定物料配合比， 此时物料的最优水平组合方案为A3B2C3， 此方案在正交试验中并未出现， 但从此方案组合配合比中可以看出， 建筑垃圾的利用率较高，能够达到 26. 3% ， 但是水泥的使用量占到物料配合比 21. 1% ， 水泥消耗量较大， 同时会增加陶粒的密度， 所以此方案不能作为最优水平组合。若是以最小筒 压 强 度 作 为 组 合 方 案， 此 时 的 组 合 方 案 为A2B3C1， 此方案是正交试验组 S-6， 建筑垃圾的利用率为 23. 5% ， 而 且 水 泥 的 消 耗 量 只 占 物 料 的11. 8% ， 此时陶粒的筒压强度为 6. 6 MPa， 已经达到了高强人造轻集料最低标准值 6. 5 MPa 。
3) 选取陶粒堆积密度的最小 k 值作为物料配合比确定依据， 此时所对应的组合方案为 A2B3C1， 也是正交试验组 S-6， 此 时 陶 粒 的 堆 积 密 度 为 889kg·m － 3。从建筑垃圾的利用率以及水泥的消耗量来综合考虑， 可以选择 A2B3C1 为最优配合比方案。
2． 2 陶粒基本物理性能
通过正交试验得到制备陶粒物料的*配合比为: 建筑垃圾 100 g、粉煤灰 225 g、水泥 50 g、生石灰15 g、石膏 30 g、硅酸钠 5 g。根据*配合比制备出粒径为 1 ～ 8 mm 的陶粒， 陶粒样品如图 4 所示。
根据国家标准 GB /T 17341． 2—2010 对批量制备的陶粒进行基本的物理性能测试， 测试结果见表 4。
由表 4 可以看出， 制备的陶粒密度等级为 900级， 筒压强度为 7. 2 MPa， 基本物理性能指标满足标准 GB /T 17341． 1—2010 中规定的高强人造轻集料技术指标。
3 应用研究
本文以建筑垃圾陶粒为骨料制成的多孔水泥基陶粒吸声降噪材料， 其抗折强度为 2. 5 ～ 3. 3 MPa、抗压强度为 10 ～ 12 MPa， 能够满足水泥基陶粒吸声材料抗折强度大于 2 MPa、抗压强度大于 8 MPa 的力学性能要求。经过试验得到地铁轨道交通吸声降噪材料的配合比为: 粒径范围为 1 ～ 8 mm 陶粒为60% ～ 65% 、水泥为 30% ～ 35% 、水灰比为 0. 24 ～0. 28、外加剂为 0. 5% ～ 1. 5% 。将各材料组分进行混合拌制， 制作出直径为 96 mm， 高度分别为 100mm、120 mm、150 mm 的圆柱体吸声试件， 如图 5 所示。采用杭州爱华 AWA6128 型驻波管吸声系数测试仪进行材料吸声系数测试， 测试仪如图 6 所示。采用声学驻波管法测试出陶粒吸声材料的吸声系数曲线， 如图 7 所示 。
根据测试结果可以得到吸声试件的平均吸声系数都在 0. 55 以上， 具有较好的吸声性能， 而 100 mm高度的试件在 630 Hz 的吸声系数达到了 0. 92。由图 7 中吸声系数曲线可以看出， 3 种不同高度的吸声曲线变化趋势相近， 但是随着试件高度的增加， 峰值吸声系数有向低频移动的趋势。在试验研究的基础上， 广西科技大学与柳州汉西鸣建材发展有限公司合作， 研制出铺设于地铁道床的陶粒混凝土吸声板， 如图 8 所示。并通过上海建筑科学研究院对吸声板的降噪性能进行了检测，得到吸声板的降噪系数( NＲC) 为 0. 8， 吸声降噪性能达到了国家Ⅰ级标准， 具有理想的吸声降噪效果。陶粒混凝土吸声板在南宁地铁 2 号线的应用如图 9所示。
4 结 论
1) 以建筑垃圾再生微粉料、粉煤灰和水泥为原料制备完全免烧型陶粒的*物料配合比为: m( 再生微粉) ∶ m( 粉煤灰) ∶ m( 水泥) ∶ m( 生石灰) ∶m( 石膏) ∶ m( 硅酸钠) = 20∶ 45∶ 10∶ 3∶ 6∶ 1， 建筑垃圾的利用率能够达到 23. 5% ， 能够有效地实现建筑垃圾再生资源化利用。
2) 以*物料配合比试验方案制备得到的陶粒， 其 筒 压 强 度 为 7. 2 MPa、堆 积 密 度 为 910kg·m － 3、表观密度为 1 639 kg·m － 3、1 h 吸水率为17. 5% ， 能够满足 GB /T 17431． 1—2010 中规定的高强人造轻集料 900 级的技术要求。建筑垃圾陶粒制备工艺简单、耗能低， 能变废为宝， 可以进行批量生产， 符合我国陶粒的发展方向。
3) 利用建筑垃圾免烧陶粒制备的水泥基吸声材料， 平均吸声系数为 0. 55， 630 Hz 处的峰值吸声系数达到 0. 92， 应用于地铁噪声治理的吸声板降噪系数( NＲC) 达到了 0. 8， 是一种较为理想的吸声降噪材料， 具有广阔的工程应前景。
