再生骨料對(duì)砌筑砂漿力學(xué)性能影響研究

張惠民，蔡小平，徐 波，葛 勇，張大弓

（1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)山西電力建設(shè)第三有限公司，山西 太原030000；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150090；3.深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 深圳 518029）

0 引言

近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，產(chǎn)生了大量的建設(shè)和拆除廢棄物。此外，大量的舊建筑已經(jīng)接近使用壽命。在中國(guó)，建設(shè)和拆除中產(chǎn)生的廢棄物已經(jīng)占固體廢棄物總量的30%～40%[1]。在混凝土生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的CO2排放主要來(lái)自于普通硅酸鹽水泥，約占80%～90%[2]。對(duì)建設(shè)和拆除中產(chǎn)生的廢棄物進(jìn)行二次利用已經(jīng)成為迫切需要解決的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題[3]。將建設(shè)和拆除中產(chǎn)生的廢棄物作為再生骨料部分或全部替代天然骨料是解決這一問(wèn)題的有效途徑。自上世紀(jì)九十年代起，再生骨料混凝土就引起了研究人員的關(guān)注。大多數(shù)研究結(jié)果顯示當(dāng)再生骨料取代率在30%以下時(shí)，再生骨料混凝土的強(qiáng)度與普通混凝土比幾乎沒(méi)有降低[4-5]。

對(duì)于再生骨料砂漿而言，由于再生細(xì)骨料本身質(zhì)量原因以及其高吸水率問(wèn)題而很少使用。目前，已有學(xué)者對(duì)再生骨料對(duì)砂漿的工作性和力學(xué)性功能的影響進(jìn)行了研究，，Raeis Samiei et al[6]和Shi Cong Kou et al[7]的研究結(jié)果表明隨著再生骨料替代率的提高砂漿的力學(xué)性能降低。Zhao et al.[8]等人的研究結(jié)果表明，使用干燥的再生細(xì)骨料比使用飽和狀態(tài)再生細(xì)骨料對(duì)混凝土坍落度和抗壓強(qiáng)度的影響大。Fabiana da Conceicao Leite， Rosangela dos Santos Motta[9]等人研究發(fā)現(xiàn)由于再生骨料與天然骨料相比含有更多的雜質(zhì)和更為薄弱的界面過(guò)渡區(qū)，使得再生骨料砂漿在實(shí)際使用中的性能與實(shí)驗(yàn)室獲得的性能有較大的差異。

本文將針對(duì)再生骨料對(duì)再生砂漿工作性、力學(xué)性能（抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度）的影響進(jìn)行研究，再生骨料的取代率分別為 0%，30%，50%，70%和100%。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

水泥使用滿(mǎn)足《通用硅酸鹽水泥》（GB/175—2009）要求的普通硅酸鹽水泥，其物理化學(xué)性能如表1所示。試驗(yàn)所用天然細(xì)集料（FNA）為天然河砂，其細(xì)度模數(shù)為2.9，級(jí)配合格。

1.2 配合比

本文選擇M5，M10，M15和M20四個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的砂漿作為研究對(duì)象，再生細(xì)集料的取代率分別為0%，30%，50%，70%和100%。鑒于實(shí)際應(yīng)用中情況，本文中為對(duì)再生骨料中大于4.75mm的顆粒完全篩除，而是將再生細(xì)骨料分為兩個(gè)部分，即顆粒粒徑大于4.75mm和顆粒粒徑小于4.75mm，分別以FRA-I和FRA-II表示。配合比情況詳見(jiàn)表2。

1.3 試件制作及性能測(cè)試

首先將將所有干料攪拌150 s直至其混合均勻，然后緩慢加入拌合水，再攪拌3min。測(cè)試完砂漿工作性后將其澆筑成模。脫模后將試件放入養(yǎng)護(hù)室中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。當(dāng)?shù)竭_(dá)規(guī)定齡期時(shí)，進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試。在所有實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)配合比均取3個(gè)試件的平均值作為其代表值。

表1 水泥的物理化學(xué)性能

表2 砂漿配合比

稠度和密度的試驗(yàn)方法參照《建筑砂漿基本性能測(cè)試方法》（JGJ/T 70—2009）中的規(guī)定進(jìn)行。測(cè)試砂漿的3 d和7 d抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度時(shí)，采用的試件尺寸分別為70.7mm×70.7mm×70.7mm和40mm×40mm×160mm，試驗(yàn)方面參照《建筑砂漿基本性能測(cè)試方法》（JGJ/T 70—2009）進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 稠度

圖1 所示為再生骨料取代率對(duì)砂漿稠度的影響，由圖可知，對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)是M5的再生骨料砂漿，稠度較普通砂漿變化不大，當(dāng)再生骨料取代率達(dá)到100%時(shí)，其稠度下降約19%。與之相反，對(duì)于M10，M15和M20強(qiáng)度等級(jí)的砂漿，隨著取代率的增加，稠度隨之增大。對(duì)于M10強(qiáng)度等級(jí)的砂漿，取代率在50%前，稠度隨摻量增大；當(dāng)取代率達(dá)到70%時(shí)，稠度下降；取代率繼續(xù)增加至100%時(shí)，稠度繼續(xù)增大。對(duì)于M15和M20強(qiáng)度等級(jí)的砂漿，稠度隨取代率的變化趨勢(shì)一致，均在取代率為70%時(shí)達(dá)到稠度最大值。且在不同取代率下M20強(qiáng)度等級(jí)砂漿的稠度均較M15強(qiáng)度等級(jí)的高大約10%。

圖1 再生骨料取代率對(duì)再生骨料砂漿的稠度的影響

2.2 密度

圖2 所示為再生骨料取代率對(duì)砂漿密度的影響。由圖可知，對(duì)于試驗(yàn)選擇的4個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的砂漿，密度隨著再生骨料取代率的增加而降低，且取代率由0增至100%時(shí)，密度約降低3%左右，這與文獻(xiàn)[13]的研究結(jié)果是一致的。在砂漿中，集料起到骨架作用，因此集料是砂漿密度的主要影響因素。砂漿密度隨著再生骨料取代率的增加而降低是因?yàn)樵偕橇系谋缺砻娣e大于天然骨料。

2.3 抗壓強(qiáng)度

圖2 再生骨料取代率對(duì)再生骨料砂漿的密度的影響

圖3 ～圖6為再生骨料取代率對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度的影響。由圖可知，對(duì)于試驗(yàn)選擇的4個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的砂漿，3 d、7 d和28 d抗壓強(qiáng)度均隨著再生骨料取代率的增加而降低。對(duì)于3 d和7 d抗壓強(qiáng)度而言，各強(qiáng)度等級(jí)砂漿的下降趨勢(shì)大體一致。對(duì)于28 d抗壓強(qiáng)度，M5強(qiáng)度等級(jí)的砂漿下降最少，當(dāng)取代率由0增加至100%，時(shí)，抗壓強(qiáng)度下降23%。M15和M20組砂漿的抗壓強(qiáng)度下降最大，約44%。砂漿的強(qiáng)度等級(jí)越大，再生骨料對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響越明顯。隨著水灰比的下降，界面過(guò)渡區(qū)性能成為抗壓強(qiáng)度的主要影響因素。再生骨料取代率越大，砂漿中的界面過(guò)渡區(qū)越薄弱，強(qiáng)度也就越低。

圖3 再生骨料取代率對(duì)M5再生骨料砂漿的抗壓強(qiáng)度的影響

圖4 再生骨料取代率對(duì)M10再生骨料砂漿的抗壓強(qiáng)度的影響

2.4 抗折強(qiáng)度

圖7 ～圖10所示為再生骨料取代率對(duì)砂漿抗折強(qiáng)度的影響。由圖可知，對(duì)于試驗(yàn)選擇的4個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的砂漿，3 d、7 d和28 d抗折強(qiáng)度均隨著再生骨料取代率的增加而降低。特別是對(duì)于M15強(qiáng)度等級(jí)的砂漿，當(dāng)取代率為100%時(shí)，28 d強(qiáng)度約為全部使用天然骨料的2/3。相對(duì)與3 d和7 d抗折強(qiáng)度而言，取代率對(duì)28 d抗折強(qiáng)度的影響更為顯著。原因與取代率對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響相同，再生骨料加入引起的界面過(guò)渡區(qū)弱化導(dǎo)致抗折強(qiáng)度下降。

圖5 再生骨料取代率對(duì)M15再生骨料砂漿的抗壓強(qiáng)度的影響

圖6 再生骨料取代率對(duì)M20再生骨料砂漿的抗壓強(qiáng)度的影響

圖7 再生骨料取代率對(duì)M5再生骨料砂漿的抗折強(qiáng)度的影響

圖8 再生骨料取代率對(duì)M10再生骨料砂漿的抗折強(qiáng)度的影響

圖9 再生骨料取代率對(duì)M15再生骨料砂漿的抗折強(qiáng)度的影響

圖10 再生骨料取代率對(duì)M 20再生骨料砂漿的抗折強(qiáng)度的影響

3 結(jié) 論

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論，可以得出以下結(jié)論：

（1）對(duì)于M5強(qiáng)度等級(jí)的砂漿，隨著再生骨料取代率的增加，砂漿的粘稠度降低；而M10、M15、M20強(qiáng)度等級(jí)的砂漿，稠度隨再生骨料取代率的增加而增加。隨著再生骨料取代率的增加，各組的再生骨料砂漿的密度均降低。

（2）再生骨料砂漿的抗壓強(qiáng)度隨再生骨料取代率的增加而降低。抗彎強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度具有相同的趨勢(shì)。