罗章　杨亚楠

作者简介：罗章（1970-），男，湖南衡阳人，工学博士，副教授，湖南工业大学硕士生导师（外聘），湖南省首批新世纪121人才工程人选，中国岩石力学与工程学会岩石破碎工程专业委员会第六届委员会委员，21世纪应用型本科实用规划教材土建系列教材编委，湖南省自然科学基金评审专家，湖南省综合评标专家，2004年5月于中南大学安全技术及工程专业获得博士学位.主要研究方向为混凝土类材料本构关系，土木工程技术及灾害防治。

杨亚楠（1989-），女，河南周口人，湖南工业大学财经学院研究生，专业：项目管理专业，研究方向：工程项目管理。

摘 要：本文探讨利用聚苯乙烯（EPS）、炉渣、建筑废渣等城市固体废弃物，掺入水泥、砂、发泡剂等材料，通过试验室调整原材料与发泡剂的配合比，研制出了一种节能、利用废弃物，又具备良好的物理、力学、热工性能等新型墙体的材料。该轻质砌块节能、利废、经济、环保，产品的所有指标都能达到国家规定的标准指标，同时有效地实现了城市固体废物变“废”为宝的目的。非常适合目前砌块材料的发展方向，展现出良好地工程实用价值。

关键词：废弃物EPS泡沫；炉渣；建筑废渣；研制；经济效益

引言

當前，能源问题已经成为全世界最热门话题之一，我国作为世界上最大的发展中国家，更是把能源上升到前所前所未有的国家战略高度。近几年来，我国对房屋建筑节能方面的工作已越来越关注，在一些相对特殊的地方，对于新的建筑已经开始节能的要求。充分利用当地自然资源，开发出节能、保温、轻质、利废的建筑材料是我国节能工作地有利保证。

提高资源的利用效率、开发资源使用新的高效技术，实现对环境有益模式，是我国可持续发展经济的一项持久战略方针。利用聚苯乙烯泡沫、炉渣、建筑废渣这类工业废料研制混凝土保温砌块，不但可以保护耕地、治理环境的污染、节省治污资金[1]，而且可以将聚苯乙烯泡沫、炉渣、建筑废渣这类工业的废料作为再生材料利用，为国家及企业创造相当可观的经效益。

本文研究的主要目的是利用废弃的聚苯乙烯泡沫、炉渣和建筑废渣研制轻质节能型的混凝土砌块，研究的主要内容为：

试验研究废弃聚苯乙烯与建筑废渣及炉渣混凝土轻质砌块的力学性能及物理性质，用工程实践的方式来证明其优越性。具体包括两个步骤：

a材料准备

配备好水泥、砂、水、粉碎的泡沫塑料、建筑废渣、炉渣、增粘剂。

b制作砌块

（1）根据市场需求生产砌块的模具，在研制砌块前，要在模具的内壁涂废旧的机油，为了便利于脱模。

（2）采用一定比例的水泥、骨料、水与发泡剂均匀混合，再加入粉碎的塑料泡沫颗粒，均匀混合，制成砂浆。

（3）将浆体灌入模具中，制成所需的砌块。

（4）根据所掺的泡沫塑料的不同与水泥、骨料等制成砂浆，浇制成所掺塑料不同的砌块。

（5）用试验与对比的方法测试砌块的力学性质与物理性质，评估其经济与产品优势。

1.砌块的研制

1.1原材料的选取

（1）聚苯乙烯：选取用聚苯乙烯塑料的各类包装材料，用在一些贵重限量的易碎物件和一些熟食品的包装。聚苯乙烯泡沫粒径宜小于等于10mm（聚苯乙烯可用电动砂轮粉碎成泡沫）。

（2）炉渣、建筑废渣：炉渣、建筑废渣都属于工业废渣。经过一系列的物理力学试验研究，发现含建筑废渣属于非均质级配良好土，具有较高的抗剪强度指标[2]。

（3）水泥：水泥作为较重要的钙质材料，在轻质泡沫混凝土中使用，它是此砌块材料中Ca（OH）2的主要来源。所以选取32.5#普通硅酸盐水泥；

（4）砂：中砂；

（5）水：就是普通的自来水；

（6）发泡剂：泡沫的作用是研制此新型砌块的关键，所以发泡剂的选择会直接影响到砌块的质量，因此，就选取了杭州妙能生物科技生产的砌块的发泡剂。5000元/吨；

实际施工时，可视原材料情况及地区气温，适当添加减水剂、增粘剂、早强剂。

1.2配合比及工艺流程

1.2.1EPS泡沫、炉渣和建筑废渣制混凝土的配合比

配合比是生产EPS泡沫、炉渣和建筑废渣制混凝土砌块的核心技术，较佳的一般需要经过小试试验、期间试验并在生产中经过多次调整才能得到。下面就简要介绍EPS泡沫、炉渣和建筑废渣制混凝土砌块配合比的确定。

（1）聚苯乙烯材料用量的确定：因为聚苯乙烯具有相对密度小（1.05g/cm）、热导率较低、吸水性很小、耐冲击及振动、隔热、隔音、介电性能优良、防潮、减振等优点，以聚苯乙烯泡沫作为轻骨料取代石子，可以降低砌块的容重，提高保温隔热性能和其抗折、抗压性能等特点；该墙体材料研制试验主要分为两个阶段，首先是对EPS、建筑废渣、炉渣的原材料的性能和作用的分析比较，同时对EPS颗粒表面进行预处理的研究，通过这些研究初步确定材料掺量，并对不同掺量做对比试验；其次是根据第一阶段得出的数据，进一步不断的调整原材料和外加剂材料的用量，以便确定最佳配合比。通过这两个过程的试验，最终确定了砌块混凝土优化质量配合比[3]。

（2）炉渣、建筑废渣材料用量地确定：对炉渣及建筑垃圾作为细集料取代天然河砂，我们通过压制成型的方法对制备水泥基材料进行研究，探索了在建筑垃圾掺量固定的前提下，同时掺加炉渣对水泥基材料强度、吸水率及抗冻融性能的影响规律，经查阅相关资料及试验研究：在建筑垃圾取代40%天然河砂的前提下，水泥基材料的强度随天然河砂被炉渣取代量的逐渐增加先增大后减小，吸水率则呈逐渐增大的变化趋势；在抗冻融性方面，在一定掺量范围内，炉渣、建筑垃圾复掺制备的水泥基材料满足《普通混凝土长期性能和耐久性能实验方法标准》中D25抗冻等级指标要求[4]，并对其机理进行分析。

（3）水料比和用水量的确定

在试验中如果使用的原材料不同，那么就会引起水料比的不一样，而实际生产中，水料比在很大程度上仍主要凭经验试配确定。

（4）发泡剂用量的确定及配比原则

本试验所使用的发泡剂为浓缩很高效复合的发泡液，它具有抗碱能力强、稳气性强等优点；发泡液产生的气泡不仅体积小，而且分布均匀，提高了混凝土的工作度和粘聚性，减少离析和泌水，提高抗冻融性和耐久性；在新拌混凝土浇注时或浇注后，水泥浆凝结前产生的气泡，减少了混凝土沉陷和泌水这些现象，使混凝土更接近于浇注时的体积。加入轻质砌块制品中使其具有保温、轻质、保湿、抗渗、隔音的效果。发泡液用量取决于发泡混凝土体积质量，体积质量大，发泡液用量少；体积质量小，发泡液用量多[5]。发泡液用量（AL）可由下面公式求得[6]。

AL=[V-（C/r1+SL/r2+F/r3+W）]/Vtp

式中：V—发泡混凝土膨胀后总体积，L；AL—发泡剂用量，kg；C—水泥用量，kg；

r1—水泥密度，kg/m3；SL—炉渣超细粉用量，kg；r2—炉渣超细粉密度，kg/m3；

F—建筑废渣用量，kg；r3—建筑废渣密度，kg/m3；W—总用水量，L；

Vtp—发泡液理论发气量，L/kg。

1.2.2工艺流程

砌块生产的工艺流程是先将水泥、聚苯乙烯泡沫、砂、建筑废渣、炉渣、和水分别的计量、搅拌混合，再计量发泡剂、搅拌，然后把得到的混合料加入制得的泡沫搅拌均匀。其中发泡剂的泡沫是采用发泡剂通过机械制出的泡沫，搅拌均匀后，立即注模、进行预养护、脱模、养护得到制品。

1.3试验的调整

经过多次试验的调整，其原材料的配合比（范围）：水：水泥：聚苯乙烯泡沫：砂：建筑废渣：粉煤灰或煤渣：发泡剂=1.8：1.0：0.012～0.018：0.4：2.0：3.0：0.015

1.4测试数据

（1）试件密度：0.95g/cm3

（2）保温性能：我们分别用普通粘土砖、加气混凝土砌块及研制出EPS泡沫、炉渣和建筑废渣制轻质砌块，制作出尺寸完全相同的三个密封的实验室，实验室的四周均用相同的材料制作。内放功率一样的电炉，室外的温度平均为26℃。对三个实验间的电炉进行3h的加热后断电，持续观察三个实验间的温度变化，其变化如下面的温度—时间变化曲线：

（3）力学性能：在EPS泡沫、炉渣和建筑废渣制混凝土砌块上安放钢制承压板，保持均匀的加荷速度为0.1Mpa/s。对每一组（五块）砌块进行抗压试验，得到的抗压强度范围为3～6MPa。

2.经济效益分析

市场分析：按照我国土地资源保护政策的规定，中国东部一些地级市于2008年前，明确禁止使用实心粘土砖。所以，新型砌块的市场需求有很大的空间，虽然中国沿海发达地区加气砌块已经广泛使用了很多年，但是市场还是有非常大的空挡，伴随着城市房屋设计的步伐，住房对环境保护、节能方面的要求不断上升，越来越重视对外墙保温材料等级需求，新型混凝土轻质砌块起开正碰到难得的机遇。这种砌块由于自身多孔及轻质，而且有很低的热膨胀系数、很好的隔热性、隔音性和耐火性能，这些优异的性能使得聚苯乙烯与建筑废渣及炉渣混凝土轻质砌块的研究和应用在国内受到越来越多的重视[7-8]。

社会效益：聚苯乙烯与建筑废渣及炉渣研制的轻质砌块具有重量轻、保温隔热性能好，造价低、投资小、原料来源广等优势，从未来建筑保温趋势看加此砌块的推广为社会节约了大量的土地，充分利用了聚苯乙烯泡沫、炉渣、建筑废渣，节约了处理它们对环境污染的治理的费用，提升了建筑的质量，达到节能环保的目的。

鼓励政策：我国为了鼓励和开发节能、节地、利废的新型墙体材料，代替大量的实心粘土砖，推出了一些新的政策，内容包括：“发展新型材料的基建、扩建、技改项目，实行固定资产投资方向调节税率为0%的政策；发展新型墙体材料的项目，可列入国家开发银行的基本建设政策性投资项目，可享受政策性贷款；凡企业利用本企业外的大宗煤矸石、炉渣、粉煤灰作主要原料、生产建材产品的所得，自生产经营之日起，免征所得税5年；对企业生产的原料中掺有不少于30%的煤矸石、粉煤灰、炉渣及其它废渣的建材产品，免征产品增值税；发展节能建筑和新型墙体建筑纳入城市建设总体规划，确保新型墙材建筑每年按一定比例增长；采暖地区要按期达到国际颁布的民用建筑节能设施标准，非采暖地区要结合改善建筑物热环境制定应用新型墙材的具体规划，其人力组织实施，以此推动新型墙体材料和保温隔热材料发展，促进节能建筑全面推广。”[9]。

本实验采用1强度等级为32.5的水泥：价格为309元/吨；砂的价格为88元/吨；水的价格为3元/吨；发泡剂的价格为5000元/吨；聚苯乙烯泡沫的价格约8元/千克左右；磨细炉渣的单价约为180元/吨；磨细建筑废渣的价110元/吨。

在砌块中水的比例为约21.9%，水泥的比例约为12.2%，聚苯乙烯泡沫的比例约为0.18%，砂的比例約为4.9%，建筑废渣的比例约为24.3%，炉渣的比例约为36.5%，发泡剂的比例约为0.18%。

本试验研制的节能型的砌块采用建筑废渣、炉渣占总比的53.2%。此取代水泥，成本有很明显的降低，取重1000Kg该砌块，则其体积就是1.05m3。价格约168元，所以经计算砌块是160元/m3。

经测试该试件密度为0.95g/cm3，采用此砌块作为承重保温墙体和用于屋面隔热都能很大程度上降低建筑结构的自重，从而减小了梁柱等受力构件的尺寸，减少了工程量、缩短了工期和降低工程费用，还可用来实现结构的高层化，屋面保温隔热工程、耐热工程、吸音隔声工程等如果将其作为高层建筑结构的填充墙，可以减轻结构的自重，从而减少钢筋用量，降低成本；由于该砌块较轻，可以减少人力物力的投入和消耗，同时便于施工，从而降低了成本。

3.结论

本文研究了以水泥、炉渣、建筑废渣为复合胶凝材料，适当加入添加剂，以聚苯乙烯泡沫为轻骨料，掺入发泡剂，研制而成的砌块，得出如下结论：所研制的砌块符合墙体材料的表观密度、抗压强度、保温性能的要求；不仅解决了废旧泡沫塑料、建筑废渣、炉渣污染环境的问题，而且可使它们得到二次利用；该砌块大量利用废旧泡沫塑料、建筑废渣、炉渣，对消除白色污染与建筑废渣及炉渣利用起到了积极作用，有利于环境保护，可大量节约土地资源；隔声性能良好，可以避免噪声污染；有极佳的隔热保温的性能；抗震性极其突出。因为比同等大小的砖要轻得多，密度在0.8～0.9g/cm3，比水的密度低。适用于框架结构非受力墙，尤其适用于高层建筑，能大大减轻建筑物的自身的重量，减轻了地基承受的荷载；可根据所需强度的不同而选择所掺的泡沫塑料的量，能是材料得到更充分的利用；砌块的泡沫塑料材料本身价格低廉生产工艺简单，有较大的利润空间，经营得法，将可形成一个大产业。

（作者单位：湖南工业大学）

项目来源：湖南省科技厅科学研究项目“粘贴混杂碳纤维复合材料加固混凝土梁补强机理及应用研究”。湘财企指[2014]53号2014GK20133159，2014-2015年。

参考文献：

[1] 发泡沫混凝土保温砌块产品的效益分析[J].建材发展导向，2012年第16期：95-95页.

[2] 杨德生，张孟喜，崔振清，等.含建筑垃圾土的物理力学特性[J].上海大学学报（自然科学版），2011年6期.

[3] 蔡丽朋，孙艳.用聚苯乙烯泡沫塑料生产混凝土保温砌块的研制[J].建筑施工，2005（3）：56-57.

[4] 李清海，王菲菲，周胜男，等.炉渣、建筑垃圾复掺对水泥基材料性能影响的研究[J].建材世界，2014（2）：13-16.

[5] 吴喜军，王群力.赤泥发泡混凝土的试验研究与工程应用[D].西安理工大学，2006.

[6] 高波，王群力，周孝德.免蒸发泡混凝土砌块的研制[B]新型墙体材料与施工，文章编号：1001-702x（2003）12-0022-03.

[7] ALAETTIN Kilic，CENGIZ Duran Atis，ERGUL Yasar，et a1.High-strength lightwdight concrete made with scoria aggregate containing mineral admixtures[J].Cement and Concrete Research，2003，33（10）：1595—1599.

[8] TIKALAKY P J，POSPISIL J，MACDONALD W.A method for assess—ment of the freeze—thaw resistance of pretormed foam cellular eoncrete[J].Cement and Concrete Research，2004，34（5）：889—893.

[9] 國家鼓励新型墙材发展的15条新规[J].江西建材，2013年4期.