廢棄混凝土粉對干混砂漿工作性能的影響分析

劉 升（福州市建筑科學研究所，福建 福州 350004）

隨著我國城鎮化建設的迅猛發展，大量的混凝土建筑和市政設施被拆毀，工程建設過程中也會產生相當數量的混凝土廢料，若不能采取合適的措施進行再生利用，必然會對環境產生嚴重的污染。混凝土廢料中含有大量的水化水泥漿體以及粗、細集料，通過部分替代天然集料用于干混砂漿的制備，不僅可以緩解我國建筑行業石料供給的壓力，而且還能減少石料開采對生態環境帶來的破壞[1]。干混砂漿是20世紀50年代從歐洲發展起來的，干混砂漿在歐洲的應用已很普遍，在亞洲的發展也十分迅速，而我國隨著商品混凝土研究和推廣，帶動了干混砂漿的研究和使用[2]。目前砂漿的發展主要涉及砂漿高性能化和多品種化，然而對于其生態化發展的關注卻是遠遠不夠，干混砂漿的生態化是我國建筑行業可持續發展的必然趨勢，采用混凝土廢料制備干混砂漿也是干混砂漿生態化的具體措施[3]。為滿足混凝土廢料干混砂漿的工程應用要求，應對干混砂漿工作性進行試驗測試和研究。

1 原材料的技術要求

干混砂漿是將水泥、干燥骨料或粉料、添加劑以及根據性能確定的其他組分，按照一定比例，經過在專業生產廠經計量、混合而成的混合物，其具有品種豐富、用途廣泛、節能環保的特性，可以滿足不同的施工工藝和設計需求。部分學者對廢棄混凝土在干混砂漿中的應用進行了探索，得出了一些有益的結論，若能采用廢棄混凝土替代部分天然骨料制備出性能優良的干混砂漿，廢棄混凝土的再生利用又將增加新的途徑。為此，通過將廢棄混凝土進行破損處理，將部分廢棄混凝土粉替代部分天然骨料制備干混砂漿，并通過室內試驗測試其工作性能。

水泥選用海螺牌P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，其28天抗壓強度的實測值為44.4MPa。細集料選用產于閩清的河砂，其技術性能指標見表1。廢棄混凝土粉是采用混凝土公司檢測強度后廢棄的混凝土試塊，經手工破碎篩分而成，粒徑為5～40mm，再經過球磨機研磨后篩分得到粒徑為0.3～4.7mm，級配良好。

2 試驗方案

干混砂漿配合比設計依據《砌筑砂漿配合比設計規程》(JGJ/T98－2010)的要求進行。為對比不同廢棄混凝土粉取代量對干混砂漿工作性能的影響，得到廢棄混凝土粉替代干混砂漿中的天然河砂的比例分別為0%、10%、20%、30%、40%的5種試驗方案，干混砂漿各組成材料的用量見表2。

3 干混砂漿工作性的測試分析

工作性是干混砂漿的基本性能要求。常用稠度、分層度、保水性、凝結時間等指標來衡量干混砂漿的工作性能[4]。

3.1 干混砂漿的稠度及2h稠度損失率測試

砂漿水量過多或過少都會影響工作性，水量過多時，砂漿容易流淌，而水量過少時，砂漿不容易抹平，在配合比設計和施工過程中均需控制砂漿的稠度。各方案的干混砂漿稠度及稠度損失測試結果見表3。

表1 河砂的技術性能指標

表2 干混砂漿配合比

表3 干混砂漿稠度及稠度損失

由表3可以看出，隨著廢棄混凝土粉的增加，干混砂漿的稠度總體呈現降低的趨勢。方案一基準配比的干混砂漿稠度為56mm，2h稠度損失率為1.8%，符合干混砂漿的基本性能指標中2h稠度損失率應小于30%的要求。采用廢棄混凝土粉替代10%、20%、30%天然砂的三種方案2h稠度損失率均在30%以下，均滿足干混砂漿的基本性能指標要求，但相比方案一的2h稠度損失率，偏差均較大，而方案四的2h稠度損失率為34.3%，超出了干混砂漿的基本性能指標要求。廢棄混凝土中含有大量的水泥粉，其吸水性更強，會導致砂漿稠度的降低，隨著廢棄混凝土粉用量的增多，干混砂漿的稠度會逐漸減低。在廢棄混凝土粉替代率為20%時，2h稠度損失率最小，且稠度與基準比例的干混砂漿的稠度偏差相差最少。因此，在干混砂漿中，利用廢棄混凝土粉替代天然河砂的比例不宜太高，可將廢棄混凝土粉的替代比例控制在20%左右。

3.2 干混砂漿的分層度測試

分層度是水泥砂漿的保水性指標，分層度太大或者太小都不好，太大保水性不良，而過小時砂漿易開裂。各方案的干混砂漿分層度測試結果見表4。

由表4的測試結果可知，方案一基準配比的干混砂漿的分層度為11mm，廢棄混凝土替代比例的增加，分層度呈現先增加后減小的趨勢，在替代比例為30%時，分層度達到16mm，與基準配比相比較，偏離值較大。水泥、砂的粗細、用量水是影響干混砂漿的分層度的主要因素，而廢棄混凝土粉在砂漿拌和過程會導致級配偏細，在廢棄混凝土粉摻量為20%時，與基準干混砂漿的分層度保持一致，同時與砂漿稠度對廢棄混凝土粉摻量要求相匹配。

表4 干混砂漿分層度

3.3 干混砂漿的保水性測試

保水性指砂漿拌合物保持水分的性質，它間接地反映硬化后砂漿的密實度以及耐久性。保水性差的砂漿硬化后易形成毛細管滲水通路，因此降低混凝土的抗滲性和抗凍性[5]。各方案的干混砂漿保水性檢測結果見表5。

表5 干混砂漿保水性

由表5的測試結果可知，方案一基準配比的干混砂漿保水率為95.2%，保水性良好，而廢棄混凝土粉代替干混砂漿中的天然砂比例為10%時，干混砂漿的保水率達到95.9%，保水性良好。隨著替代比率的逐漸增加，干混砂漿的保水性有所下降，但是依然達到了90%以上，并且滿足干混砂漿的基本性能指標要求，而且在廢棄混凝土粉替代比例為10%時，干混砂漿的保水性最佳。

3.4 干混砂漿的凝結時間測試

凝結時間測試的目的是為了確定干混砂漿完全失去塑性的時間，確保干混砂漿在凝結時間完成相應的工程施工。各方案干混砂漿凝結時間的測試結果見表6。

表6 干混砂漿凝結時間

由表6的測試結果可知，各方案的凝結時間均滿足干混砂漿的凝結時間為3～8h的要求。方案一干混砂漿試樣的凝結時間為7.7個小時，隨著廢棄混凝土粉替代比例的增加，凝結時間有不同程度減少，方案五干混砂漿的凝結時間最短，凝結時間減少了20%以上，這主要是得益于廢棄混凝土粉的吸水效應。由于廢棄混凝土粉的需水量較大，使得在水灰比和單位用水量相同的情況下，所得砂漿試樣的實際水灰比要小于普通砂漿，從而使其凝結時間縮短。

對比干混砂漿的稠度、分層度、保水性、凝結時間等指標的測試結果可知，在廢棄混凝土粉作為再生集料替代天然砂時制備而得的干混砂漿的工作性均能滿足干混砂漿的基本性能指標，但是通過與基準配比的干混砂漿工作性相比較，在廢棄混凝土粉替代比例為20%時，干混砂漿試樣的稠度、2h稠度損失率以及分層度均達到最佳效果，而保水性則是在10%時達到最佳效果，雖然凝結時間在廢棄混凝土粉替代比例為20%時不是最短，但滿足3～8h的要求。因此在滿足干混砂漿的基本性能指標的前提下，基于干混砂漿的整體工作性要求，廢棄混凝土粉替代天然砂的比例為20%時，干混砂漿的工作性達到最佳效果。

4 結 語

1）隨著廢棄混凝土粉摻量的增加，干混砂漿的稠度及稠度損失率總體呈現降低的趨勢，在摻雜量達到20%時達到最佳效果。

2）廢棄混凝土粉摻量為20%時，其分層度與基準配比的分層度一樣，其它方案的測試結果均有不同程度偏差。

3）廢棄混凝土粉替代比例為10%時，干混砂漿的保水性良好，隨著替代比例的增加，干混砂漿的保水性有所下降，但是依然達到了90%以上，滿足干混砂漿的基本性能指標要求。

4）隨著廢棄混凝土粉摻量的增加，干混砂漿試樣的凝結時間減少越多，凝結時間縮短，有利于加快施工進度。

5）將廢棄混凝土進行回收利用，進行研磨破碎能夠制備出與砂的級配相匹配的再生集料，可以代替天然砂作為干混砂漿的配料，而且廢棄混凝土粉摻量為20%時，干混砂漿的工作性整體達到最佳效果。