再生骨料對砌筑砂漿力學性能影響研究

張惠民，蔡小平，徐 波，葛 勇，張大弓

（1.中國能源建設集團山西電力建設第三有限公司，山西 太原030000；2.哈爾濱工業(yè)大學，黑龍江 哈爾濱 150090；3.深圳市市政設計研究院有限公司，廣東 深圳 518029）

0 引言

近年來隨著經濟的發(fā)展和城市化進程的加快，產生了大量的建設和拆除廢棄物。此外，大量的舊建筑已經接近使用壽命。在中國，建設和拆除中產生的廢棄物已經占固體廢棄物總量的30%～40%[1]。在混凝土生產過程中產生的CO2排放主要來自于普通硅酸鹽水泥，約占80%～90%[2]。對建設和拆除中產生的廢棄物進行二次利用已經成為迫切需要解決的環(huán)境和經濟問題[3]。將建設和拆除中產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題的有效途徑。自上世紀九十年代起，再生骨料混凝土就引起了研究人員的關注。大多數研究結果顯示當再生骨料取代率在30%以下時，再生骨料混凝土的強度與普通混凝土比幾乎沒有降低[4-5]。

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

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

1 實驗

1.1 原材料

水泥使用滿足《通用硅酸鹽水泥》（GB/175—2009）要求的普通硅酸鹽水泥，其物理化學性能如表1所示。試驗所用天然細集料（FNA）為天然河砂，其細度模數為2.9，級配合格。

1.2 配合比

本文選擇M5，M10，M15和M20四個強度等級的砂漿作為研究對象，再生細集料的取代率分別為0%，30%，50%，70%和100%。鑒于實際應用中情況，本文中為對再生骨料中大于4.75mm的顆粒完全篩除，而是將再生細骨料分為兩個部分，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。配合比情況詳見表2。

1.3 試件制作及性能測試

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)護室中進行養(yǎng)護。當到達規(guī)定齡期時，進行各項性能測試。在所有實驗中，每個配合比均取3個試件的平均值作為其代表值。

表1 水泥的物理化學性能

表2 砂漿配合比

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

2 結果與討論

2.1 稠度

圖1 所示為再生骨料取代率對砂漿稠度的影響，由圖可知，對于強度等級是M5的再生骨料砂漿，稠度較普通砂漿變化不大，當再生骨料取代率達到100%時，其稠度下降約19%。與之相反，對于M10，M15和M20強度等級的砂漿，隨著取代率的增加，稠度隨之增大。對于M10強度等級的砂漿，取代率在50%前，稠度隨摻量增大；當取代率達到70%時，稠度下降；取代率繼續(xù)增加至100%時，稠度繼續(xù)增大。對于M15和M20強度等級的砂漿，稠度隨取代率的變化趨勢一致，均在取代率為70%時達到稠度最大值。且在不同取代率下M20強度等級砂漿的稠度均較M15強度等級的高大約10%。

圖1 再生骨料取代率對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砂漿密度的影響。由圖可知，對于試驗選擇的4個強度等級的砂漿，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，密度約降低3%左右，這與文獻[13]的研究結果是一致的。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為再生骨料的比表面積大于天然骨料。

2.3 抗壓強度

圖2 再生骨料取代率對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砂漿抗壓強度的影響。由圖可知，對于試驗選擇的4個強度等級的砂漿，3 d、7 d和28 d抗壓強度均隨著再生骨料取代率的增加而降低。對于3 d和7 d抗壓強度而言，各強度等級砂漿的下降趨勢大體一致。對于28 d抗壓強度，M5強度等級的砂漿下降最少，當取代率由0增加至100%，時，抗壓強度下降23%。M15和M20組砂漿的抗壓強度下降最大，約44%。砂漿的強度等級越大，再生骨料對抗壓強度的影響越明顯。隨著水灰比的下降，界面過渡區(qū)性能成為抗壓強度的主要影響因素。再生骨料取代率越大，砂漿中的界面過渡區(qū)越薄弱，強度也就越低。

圖3 再生骨料取代率對M5再生骨料砂漿的抗壓強度的影響

圖4 再生骨料取代率對M10再生骨料砂漿的抗壓強度的影響

2.4 抗折強度

圖7 ～圖10所示為再生骨料取代率對砂漿抗折強度的影響。由圖可知，對于試驗選擇的4個強度等級的砂漿，3 d、7 d和28 d抗折強度均隨著再生骨料取代率的增加而降低。特別是對于M15強度等級的砂漿，當取代率為100%時，28 d強度約為全部使用天然骨料的2/3。相對與3 d和7 d抗折強度而言，取代率對28 d抗折強度的影響更為顯著。原因與取代率對抗壓強度的影響相同，再生骨料加入引起的界面過渡區(qū)弱化導致抗折強度下降。

圖5 再生骨料取代率對M15再生骨料砂漿的抗壓強度的影響

圖6 再生骨料取代率對M20再生骨料砂漿的抗壓強度的影響

圖7 再生骨料取代率對M5再生骨料砂漿的抗折強度的影響

圖8 再生骨料取代率對M10再生骨料砂漿的抗折強度的影響

圖9 再生骨料取代率對M15再生骨料砂漿的抗折強度的影響

圖10 再生骨料取代率對M 20再生骨料砂漿的抗折強度的影響

3 結 論

根據上述實驗結果和討論，可以得出以下結論：

（1）對于M5強度等級的砂漿，隨著再生骨料取代率的增加，砂漿的粘稠度降低；而M10、M15、M20強度等級的砂漿，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度隨再生骨料取代率的增加而降低。抗彎強度與抗壓強度具有相同的趨勢。