[摘要] 本文介绍扥想了将建筑垃圾综合利用与新型建材清洁生产相结合，研发了一种利用建筑垃圾生产的装配式积木榫卯砌块，重点研究了该砌块体系的建筑构造、抗震机理等。
摘要：本项目研发了一种利用建筑垃圾生产的装配式积木榫卯砌块，重点研究了该砌块体系的建筑构造、抗震机理等，为我国建筑垃圾资源化利用和城镇建设提供新思路。
关键词：装配式积木榫卯砌块;建筑节能;建筑垃圾;复合保温墙体;循环利用
近年来，随着我国城市建设的快速发展，旧建筑拆除和改造、地下车库及地下轨道等交通设施需求日益增多，每年建筑垃圾产生总量约为11～24亿t，占城市垃圾总量的40%以上。从存量看，我国过去50年间至少生产了300亿m3黏土砖，或以中国现有500亿m2建筑来看，这些建筑将在未来50到100年内逐步达到使用寿命，拆除或更新，大部分将转化为建筑垃圾。从增量看，2006年全国建筑业竣工房屋建筑面积为5.58亿m2，2017年全国竣工房屋建筑面积为13亿m2，平均年增长率为9%，这些竣工的房屋在施工过程中也不断产生建筑垃圾。建筑垃圾长期堆存，不仅占用大量土地，而且对土壤、河流、植被、大气造成严重的环境污染和生态危害。如何将建筑垃圾“变废为宝、变废为利”是行业专家关注的焦点。然而，我国目前建筑垃圾普遍采取堆放和掩埋的方式进行处理，其综合利用率不足5%，远低于欧盟90%的综合利用率、日本和韩国97%的综合利用率[1]。利用建筑垃圾制造新型建材可实现对建筑垃圾的资源化利用，产生良好的经济效益和生态环境效益。本项目将建筑垃圾综合利用与新型建材清洁生产相结合，研发一种装配式积木榫卯砌块，与传统混凝土砌块块型构造不同，具有高强、环保、低碳、抗震等性能;研发建筑垃圾利用率大于70%和抗压强度超过20MPa的砌块生产工艺及原材料配方，建立和完善自动化生产线;研发装配式积木榫卯砌块的物理力学性能以及建筑体系的抗震构造措施。本项目研究了装配式积木榫卯砌块建成的新型绿色建筑体系，该体系可广泛应用于城乡房屋建设，并实现其产业化，有力支撑绿色低碳发展模式在建筑业中的规模化推广。与此同时，通过消纳建筑垃圾置换出堆放废渣的大量土地，通过复垦和整理可以增加农业耕地或建设用地，有效降低和治理环境污染。
1砌体材料发展趋势
在我国，砌体结构作为一种传统的建筑结构形式，取材方便、造价低廉。砌体结构的发展，主要在于如何进一步发挥其优点并克服其缺点，尽可能对废弃物再利用，保护生态环境，以确保人类社会的可持续发展[2,3]。(1)积极开发节能环保型的新型材料。黏土砖制造过程中需要挖土毁田，并且造成大量能源浪费，我国多地已颁布政策和法规禁止生产黏土砖。研制新型原料免烧制的节能环保型砌块成为行业研究的重点。(2)配筋砌体及组合砌体结构的研究和推广应用。我国是多地震国家，历次地震，砌体结构均产生严重的震害，造成生命和财产损失，因此对于砌体结构应进一步研究其抗震性能，使该结构体系在抗震设防地区具有良好的抗震性能。(3)进一步加强砌体结构设计理论的研究。建立精确而完整的砌体结构理论仍是世界各国所关心的课题。我国在这方面的研究有较好的基础，对于新型砌体结构体系，应加强基本理论与试验研究，得到更精确的试验分析结果，建立合理的设计计算方法。(4)努力提高砌体结构施工技术的工业化水平。德国在砌体结构的预制、装配式方面做了许多工作，产生了良好的效应。我国对装配式砌体结构的研究较少，大型的砌体预制墙板和大砌块的应用也极少。简化施工技术，采用大尺寸装配式砌块改变传统的砌体结构建造方式是十分必要的。
2装配式积木榫卯砌块及节能建筑的提出
2.1装配式积木榫卯砌块产品特点
装配式积木榫卯砌块以建筑垃圾等为主要原料，利废率达70%以上。成品的装配式积木榫卯砌块薄壁内空，呈长方体，块型上凸下凹，和乐高积木类似，砌块顶部设有凹槽，底部设有可扣固于凹槽中的凸块，砌筑工艺简单。砌筑时，上下皮砌块间仅用少量建筑胶浆粘结，砌体表面光滑整洁，内外墙均不需挂灰浆，且砌筑质量比普通砌块更好控制。相比于现有的普通砌块块型，装配式积木榫卯砌块的构造使建筑物受到水平荷载作用时，剪应力由砂浆、灌孔混凝土以及榫卯共同承担，能有效提高建筑物的抗剪、抗震性能，如图1所示
2.2建筑体系特点
D装配式积木桦卯砌块砌体结构在砌筑时，上卜的桦卯结构相互卡紧，中间的圆孔可以插入钢筋并浇筑混凝土形成n/}.固的墙体，门窗洞口设置可以配水平钢筋的过梁砌块，如图2、图3所示。墙体外侧砌筑人块外装饰板，其厚度为60mm,墙体与人块外装饰板采用不锈钢拉结件进行连接，墙体与人块外装饰板之间形成一个空腔，在空腔中灌注轻质保温材料。空腔厚度根据不同气候区保温的需求进行调整，保温性能最高可以达到被动房的要求，如图4、图5所示。
2.3装配式积木樟卯砌块及节能建筑优势
(1)保温隔热性能优越本体系采用装配式积木桦卯砌块和无机轻质保温材料，提高f墙体的自保温隔热性能，达到降低建筑使用能耗的目的，并且能通过改变金属连接件的长度调节一墙体保温层的厚度，能适应各气候区域对建筑围护体系的要求，达到保温节一能技术指标。(2)外墙效果灵7u多样外墙压制板可选用不同材质、不同效果的板材，可以在适度控制成本的前提卜，使墙体达到建筑物保温、节一能、环保、美观舒适的多重复合功能目标，如图6所示。(3)杭震性能人幅度提高由于采用装配式积木桦卯砌块，各砖之I间咬合紧凑，孔洞中可以插钢筋浇筑混凝土，使结构从横向、纵向形成整体，具有强度高、耐冲击、杭震性佳的优点[’]。(4)施工简便、建设速度快墙体施工不需要支模具，不需要安装保温层，人人提高f建设速度。(5)绿色节一能装配式积木桦卯砌块是一种新}}J再生砌块，用于砌筑房屋建筑的承重墙体和填充墙体，装配式积木桦卯砌块采用建筑垃圾等作为主要原材料，拌合胶凝材料，高压成}}J，再经过蒸汽养护从而达到强度指标。
3技术难点和重点
3.1产品工业废渣消纳率高、强度高
传统的利用工业废渣制砖技术[}SJ，废渣利用率通常只有20%}30%,砖的杭压强度在15MPa左右。本项目产品通过配方、工艺将废渣利用率提高到80%以上，免烧结，强度指标可达20MPa以上，能替代烧结砖类制品，人人降低建材生产过程中CO}.SO:和烟尘的排放。同时，人量消纳建筑垃圾，有效解决建筑垃圾无序堆放、污染环境的潜在危险。
3.2采用新型砌块的链锁连结型式
本项目产品建筑体系可克服传统砌体结构施工中垂直灰缝和水平灰缝厚度较人、砂浆用量人、冷(热)桥效应严重、施工工艺要求较高、砌筑墙体杭剪承载力低等缺点和难点。采用高精度模具制作具有链锁结构的砌块，传统的砂浆砌筑改为胶浆粘结，将8一12mm(有时甚至更厚)的传统灰缝缩减到Smm以卜，显著减少砂浆用量，降低垂直灰缝和水平灰缝的冷(热)桥效应，人大提高砌筑墙体的受剪承载力，并且施工操作工艺简便，降低施工难度，减少劳动强度和人工成本，显著提高施工质量和速度。
3.3采用新型砌块的全自动生产线
目前，利用工业废渣制砖技术大多数采用半机械化生产，劳动强度高、生产效率低、产品性能差、综合成本高。本项目自主研发新型混凝土砌块的原材料配方和新型添加剂，设计建造大压力、低噪音、低能耗全自动生产线，并且达到生产过程中不用木托板，用机械手直接抓取、码放、蒸养、搬运，可节约木材，提高生产效率，降低生产成本。
3.4建筑体系实现抗震、节能、防火一体化
装配式积木榫卯砌块绿色建筑结构体系是适用于不同建筑气候分区、不同工业废渣种类、不同抗震设防区划、不同防火等级要求的集节能、抗震、防火、防洪、耐久等特性于一体的新型建筑结构体系，采用与节地、节材、节水和环保相配套的绿色建筑系列技术，实现材料、建筑、结构、防灾、环保等多学科交叉融合，具备预防和抵御多种灾害的能力。项目通过试验、测试、定型，优选出一批就地消纳建筑垃圾、成本低廉、低碳环保、抗震防火，满足该新型绿色建筑体系要求的装配式积木榫卯砌块系列产品和系列技术。
3.5实现多领域应用及循环利用功能
由于该砌块采用链锁构造，实现无粘结材料干砌方式，砌块间采用金属拉杆螺栓连接增强整体性的技术措施，可满足修建抗洪抢险、抗震防灾等紧急抢险、避难临时性建筑的特殊需求;具备运用于修建护坡、堤坝、道牙、高山哨所等构筑物和建筑物的构造措施和施工方法。其次，项目砌块产品在拆除后可重复使用，具有循环利用的功能，不致产生二次污染和浪费现象。
3.6生产、施工技术先进
项目砌块的装配、砌体构造措施技术，砌筑胶浆原材料配方和生产工艺、成品性能参数、施工布浆工艺，混凝土芯柱灌注、高流动性自密实混凝土配方优化等均具有先进性。本项目对混凝土空心砌块外墙保温方式、保温材料选用、连(粘)接或复合方式、墙体基层和保温材料界面处理、保温层外表面处理、保温工程质量检测评价等施工问题给出f有效的解决办法。
4效益分析
本项目遵循循环经济方向，采用建筑垃圾生产新}}J混凝土砌块，实现资源、环境、效益统筹共赢。本项目的推广利用，将产生显著的社会效益、环境效益和经济效益。本项目配套建设5条装配式积木桦卯砌块全自动生产线、5项示范工程，总建筑面积约10万m。按建设5条年单产1500万块规模生产线计算，总投资5500万元，年产值可达3.75亿元，可提供就业岗位1000个，年消纳建筑垃圾120万t;新建10万m绿色建筑采用该砌块可形成2亿元产值。
5小结
综上所述，本项目可以从一定程度上改变我国传统建材工业存在的高投入、低产出、高消耗、低效益的粗放}}J生产方式，研发f一系列建筑垃圾生产新}}J墙体材料关键集成技术，创新性强、科技含量高、质量效益优，把资源利用、污染治理、建材生产和绿色建筑有机地结合起来，从而走出一条资源节一约}}J、环境友好}}J绿色墙体材料的发展道路。
作者：袁泉 刘美霞 霍学朝 单位：北京交通大学土木建筑工程学院 住房和城乡建设部科技与产业化发展中心 北京魁方时业新型建筑材料技术有限公司
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