廢棄磚粉對水泥基材料性能影響研究

劉 昆 劉娟紅 馮 杰

(北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

我國目前對建筑垃圾研究及應(yīng)用較為廣泛的主要是集中在再生集料和再生混凝土等方面［1］。國外對于建筑垃圾施行的辦法大多是“建筑垃圾源頭消減策略”［2］。HasanBoke 等的研究結(jié)果表明，磚粉中主要的組分是火山灰，它能夠與砂漿、石灰、硬膏劑混合來制備出墻體材料，RamamurthyK 等分別把廢舊磚和模具制磚加工制成粗骨料［3-5］。鄭州理工大學(xué)的王雪［6］對廢磚在輕質(zhì)墻體新型材料方面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并取得較好的成果。另外，在低水膠比條件下，低活性礦物摻合料的弱點(diǎn)被掩蓋，而礦物摻合料降低混凝土水化溫升等一系列優(yōu)點(diǎn)更加明顯地得到體現(xiàn)［7］。在再生骨料的生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生粒徑小于2mm 的富含水泥漿顆粒，而這些顆粒往往不被用做再生骨料而被廢棄［8］。而對廢棄磚粉用于混凝土摻合料方面的研究較少，基于磚粉具有潛在活性的考慮，本文研究廢棄磚粉對水泥基材料流動(dòng)性和力學(xué)性能影響。

1 試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原材料包括

水泥:北京金隅股份有限公司生產(chǎn)的P.O42.5水泥(水泥主要性能指標(biāo)見表1);

礦渣粉:S95 型磨細(xì)礦渣，細(xì)度為1.0%(45μm篩余)，需水量比為96.2%;

粉煤灰:Ⅱ級粉煤灰，細(xì)度為6.5% (45μm 篩余)，需水量比為97.6%;

石灰石粉:細(xì)度為2.8%(45μm 篩余)，需水量比為94.4%，亞甲藍(lán)值為0.5;

磚粉:廢棄磚是由實(shí)驗(yàn)室的建筑垃圾破碎、篩分后得到的，將收集好的碎磚磨制細(xì)度在45μm 方孔篩篩余≤15%，需水量比為100%，亞甲藍(lán)值0.5;

混凝土用砂石材料:粗骨料為普通碎石，分別為5mm～10mm 的細(xì)石子與10mm～20mm 的粗石子;細(xì)骨料為普通河砂，細(xì)度模數(shù)為2.5 的中砂，含泥量為0.07%;

減水劑:西卡聚羧酸減水劑，含固量15%左右;

1.2 試驗(yàn)方法

磚粉的制備工藝:試驗(yàn)的磚粉制備采用人工鍵擊或者分揀的方法清除磚塊的雜質(zhì)，然后應(yīng)用水泥試驗(yàn)?zāi)ミM(jìn)行磨碎，最后用標(biāo)準(zhǔn)篩篩分;水泥凈漿流動(dòng)度的測試參考GB/T-2419 -2005《水泥流動(dòng)度測定方法》;膠砂試驗(yàn)水膠比為0.35，，按照GB/T17671 -1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO 法)》進(jìn)行試驗(yàn);混凝土坍落度的試驗(yàn)依據(jù)《普通混凝土拌合物性能測試方法標(biāo)準(zhǔn)》;混凝土試件的抗壓性能測試嚴(yán)格按照規(guī)范GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》。

表1 水泥主要性能指標(biāo)

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 磚粉等二元復(fù)合摻合料對凈漿流動(dòng)度的影響

研究磚粉等摻合料摻入量對凈漿流動(dòng)度的影響，在水泥:摻合料=7:3，礦渣粉占膠凝材料的6%，9%，12%情況下，三種摻合料(磚粉、粉煤灰、石灰石粉，下同)依次摻入24%，21%，18%，進(jìn)行凈漿流動(dòng)度試驗(yàn)，各摻合料的用量及流動(dòng)度見表2。

表2 二組分復(fù)合摻合料的凈漿流動(dòng)度表(材料單位為g)

分析表2 中的數(shù)據(jù)可知:當(dāng)?shù)V渣粉分別與磚粉或粉煤灰雙摻時(shí)，隨著磚粉或粉煤灰取代率的增大，凈漿流動(dòng)度有減小趨勢，這是由于磚粉和粉煤灰的需水量比略高于礦渣粉;礦渣粉與石灰石粉雙摻時(shí)，凈漿流動(dòng)度都較大，這是由于四種摻合料中石灰石粉的需水量比最小，

所以礦渣粉與石灰石粉雙摻流動(dòng)度最大;摻入相同比例的磚粉和粉煤灰時(shí)，礦渣粉和磚粉雙摻的凈漿流動(dòng)度與礦渣粉和粉煤灰雙摻的凈漿流動(dòng)度相當(dāng)，因此，在流動(dòng)度方面，磚粉完全可以替代二級粉煤灰并且效果更好。

2.2 磚粉等二元復(fù)合摻合料對膠砂強(qiáng)度的影響

考慮表2 各組摻合料的比例，計(jì)算出膠砂的實(shí)際配比。考慮到現(xiàn)代混凝土水膠比較低，膠砂強(qiáng)度的水膠比為0.35。在水泥:摻合料=7:3，礦渣粉占膠凝材料的6%，9%，12%情況下，三種摻合料依次摻入24%，21%，18%，進(jìn)行膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)，各組配比及7d 和28d 強(qiáng)度見表3。

表3 二組分復(fù)合摻合料的配比及膠砂7d、28d 強(qiáng)度(材料單位為g)

分析表3 數(shù)據(jù)可知:礦渣粉與磚粉、粉煤灰、石灰石粉雙摻時(shí)，隨著礦渣粉的減少，水泥膠砂7d 和28d 的抗壓強(qiáng)度均逐漸減小;礦渣粉與磚粉、石灰石粉雙摻時(shí)，隨著其取代率的增大，7d 和28d 的抗折強(qiáng)度逐漸減小，而隨著粉煤灰取代率的增大，7d 和28d的抗折強(qiáng)度逐漸增大。礦渣粉與磚粉雙摻的7d 和28d 的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均大于礦渣粉與石灰石粉雙摻的;三種摻合料取代率小于80%(指磚粉、粉煤灰、石灰石粉分別占摻合料總量的百分比，下同)時(shí)，礦渣粉與磚粉雙摻膠砂7d、28d 的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均大于礦渣粉與石灰石粉雙摻的，與礦渣粉與粉煤灰雙摻相當(dāng)。因此，在強(qiáng)度方面，磚粉可以取代二級粉煤灰。

2.3 磚粉等二元復(fù)合摻合料對混凝土力學(xué)性能的影響

礦渣粉占膠凝材料的6%，9%，12%情況下，三種摻合料依次摻入24%，21%，18%進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，C30 和C40 混凝土各組摻合料的配合比及坍落度見表4 和表5，混凝土試件7d 和28d 的抗壓強(qiáng)度見圖1。C30 混凝土的W/C=0.47，C40 混凝土的W/C=0.39。

表4 二組分復(fù)合摻合料C30 混凝土配合比及坍落度(材料用量單位:kg)

表5 二組分復(fù)合摻合料C40 混凝土配合比及坍落度(材料用量單位:kg)

分析表4 和表5 數(shù)據(jù)可知:在C30 混凝土中，礦渣粉與磚粉雙摻時(shí)，隨著磚粉取代率的增大，坍落度減小，但降低不多;礦渣粉分別與石灰石粉、粉煤灰雙摻時(shí)，隨著石灰石粉、粉煤灰取代率的增大，坍落度變化不明顯。在C40 混凝土中，坍落度的變化規(guī)律和C30 混凝土相一致。

圖1 礦渣粉與磚粉、石粉、粉煤灰雙摻對混凝土強(qiáng)度的影響

分析圖1 數(shù)據(jù)可知:在C30 混凝土中，礦渣粉與磚粉、石灰石粉、粉煤灰雙摻時(shí)，隨著磚粉、石灰石粉、粉煤灰取代率的增大，7d 和28d 抗壓強(qiáng)度均有所降低。磚粉、石灰石粉、粉煤灰摻量從60%提高到80%時(shí)，礦渣粉與磚粉、石灰石粉、粉煤灰雙摻的抗壓強(qiáng)度分別由44.7MPa、39.5MPa、47.7MPa 降低到38.7MPa、35.9MPa、42.9MPa。分別降低了13.42%、9.11%、10.06%。在C40 混凝土中，礦渣粉與磚粉、石灰石粉、粉煤灰雙摻時(shí)，隨著磚粉、石灰石粉、粉煤灰取代率的增大，7d 和28d 抗壓強(qiáng)度均有所降低。磚粉、石灰石粉、粉煤灰摻量從60%提高到80%時(shí)，礦渣粉與磚粉、石灰石粉、粉煤灰雙摻的抗壓強(qiáng)度分別由61.2MPa、52.1MPa、63.8MPa 降低到56.5MPa、44.7MPa、58.4MPa。分別降低了7.68%、14.2%、8.46%。綜上所述，礦渣粉和磚粉雙摻的混凝土試塊抗壓強(qiáng)度與礦渣粉和粉煤灰雙摻的相當(dāng)，高于礦渣粉和石灰石粉雙摻的，因此，在強(qiáng)度方面，磚粉可以取代二級粉煤灰作為混凝土的礦物摻合料。

3 結(jié)論

(1)在凈漿流動(dòng)度方面，摻入相同比例的磚粉和粉煤灰時(shí)，礦渣粉和磚粉雙摻的凈漿流動(dòng)度與礦渣粉和粉煤灰雙摻的凈漿流動(dòng)度相當(dāng)，因此，磚粉完全可以替代二級粉煤灰并且效果更好。

(2)在膠砂強(qiáng)度方面，三種摻合料取代率小于80%時(shí)，礦渣粉與磚粉雙摻膠砂7d、28d 的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均大于礦渣粉與石灰石粉雙摻的，和礦渣粉與粉煤灰雙摻相當(dāng)，因此，磚粉可以替代二級粉煤灰。

(3)在混凝土性能方面，三種摻合料在坍落度方面表現(xiàn)相當(dāng);礦渣粉和磚粉雙摻的混凝土試塊抗壓強(qiáng)度與礦渣粉和粉煤灰雙摻的相當(dāng)，高于礦渣粉和石灰石粉雙摻的，因此，磚粉可以替代二級粉煤灰作為混凝土的礦物摻合料。

綜上所述，磚粉可以替代二級粉煤灰作為混凝土礦物摻合料而不降低混凝土的性能，即建筑垃圾廢磚粉作為混凝土礦物摻合料的應(yīng)用是可行的。

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［6］王雪.廢磚制備新型輕質(zhì)墻體材料的試驗(yàn)研究［D］.昆明:昆明理工大學(xué)，2009.

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