磚渣輕骨料泵送混凝土工程應用研究*

姚源，羅作球，張凱峰，秦志勇，孟剛，劉江非，王佳敏，歐陽平，楊寶帥

（中建西部建設北方有限公司，陜西 西安 701116）

0 前言

隨著我國的城市化建設不斷加快，在建筑過程中，不可避免的產生了大量的建筑垃圾[1]，不但對資源產生了浪費，也給環境造成了污染。據調查，預計到 2020 年國內建筑垃圾總量將超過 50 億噸（其中粘土磚、混凝土等成分占建筑垃圾總量的五分之四左右），我國目前每年拆除舊建筑物產生的建筑垃圾超過 4000 萬噸。本文結合當前國內建筑垃圾再利用形勢，突破建筑垃圾再生輕骨料混凝土應用技術，科學設計，制備了性能良好的磚渣輕骨料混凝土，并成功泵送施工，對緩解資源壓力有重要意義。

1 試驗原材料及試驗方法

1.1 原材料性能

（1）水泥：富平生態 P·O42.5 水泥，初凝時間 180min，終凝時間 285min，標準稠度用水量 29%，安定性合格。

（2）粉煤灰：銅川華能Ⅱ級粉煤灰，細度 15.6%，需水量 96%，燒失量 4.2%，含水率 0.2%。

（3）砂：渭河產水砂，中砂，細度模數 2.3，級配 Ⅱ 區，含泥量 1.3%，泥塊含量 0.4%，堆積密度 1550kg/m3。

（4）輕骨料：根據 GB/T 17431.1—2010《輕集料及其試驗方法 第 1 部分：輕集料》的有關規定，優選出龍鳳實業磚渣進行應用探索，其基本檢測指標如表 1 所示。

表1 磚渣輕骨料基本性能檢測

（5）外加劑：自有外加劑廠生產的磚渣輕骨料專用外加劑，減水率 27%，含氣量 2.8%。

1.2 試驗方法

（1）水泥、粉煤灰、外加劑、砂石骨料等原材料的檢測參照相應國家標準進行檢測。磚渣輕骨料按照 GB／T 17431.1—2010 的有關規定。

（2）混凝土配合比參照 JGJ 12—2019《輕骨料混凝土應用技術標準》進行。混凝土工作性能試驗方法參照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行。混凝土力學性能試驗參照 GB/T 50081—2019《普通混凝土力學性能試驗方法》。

2 配合比設計

2.1 理論分析

根據流體力學的基本原理，磚渣輕骨料在混凝土中的運動狀態可以用公式 (1) 表示：

式中：

ρ——輕骨料的顆粒密度，g/cm3；

ρc——水泥漿體的密度，g/cm3；

r——顆粒半徑，cm；

η——混凝土的粘性系數，P, dyn·s/cm2；

ν——顆粒的運動速度，cm/s。

由式 (1) 分析可以得出：輕骨料的顆粒粒徑、漿體粘度，輕骨料與漿體之間的密度差是影響混凝土工作性能的關鍵性因素[2]。

為了保持新拌輕骨料混凝土的工作性能可以從以下幾方面進行探索：

（1）盡量減小骨料粒徑，所以本試驗選用 5～ 10mm 的再生磚渣作為粗骨料。

（2）滿足施工要求的情況下盡量提高混凝土漿體黏度。

（3）為了降低密度差，選用粉煤灰作為摻合料，并盡量提高其摻量。[3]

（4）運用磚渣輕骨料專用外加劑，調節專用外加劑的保坍組分，提高輕骨料混凝土工作性能及工作性能保持能力。

（5）通過控制輕骨料預濕程度及輕骨料混凝土入泵工作性能指標，并結合專用外加劑，提高輕骨料混凝土泵送保持能力。[4]

根據以上原則，對磚渣輕骨料泵送混凝土的原材料進行優選，對涉及到磚渣輕骨料泵送指標的關鍵技術進行重點攻關。

2.2 混凝土配制

遵照 JGJ 12—2019《輕骨料混凝土應用技術標準》，本試驗采用體積法對輕骨料混凝土配合比進行設計，混凝土配合比和性能如表 2 所示。

由表 2 可知，混凝土試配狀態良好，但是 A1 和 A3 的 1h 坍落度損失較大。最終綜合考慮強度、工作性能和經濟性，選用 A4 作為生產基準配合比。

表2 磚渣混凝土配合比試配和性能

3 工程應用

根據前期的試配試驗結果，經過多次中試后將磚渣輕骨料混凝土應用于西安某項目宿舍樓頂板屋面，施工中采用車泵泵送一次性澆注完成，泵送高度 30m。磚渣輕骨料混凝土生產配合比和性能如表 3 所示。

表3 磚渣混凝土生產配合比及性能

磚渣輕骨料混凝土運送至現場后，經檢測，工作性能良好，泵后損失小，為保障澆筑效果，混凝土泵送過程中盡量保持連續供應不斷料。

磚渣輕骨料混凝土工作性能良好，擴展度達到了 680mm，泵送損失小，只有 30mm，泵后依舊保持了較高的流動性，達到了自密實狀態，減少了施工時間，為后續的施工過程提供了時間保障。

項目泵送完成后，對項目進行實體取樣，對混凝土強度增長規律進行檢測，結果如圖 1 所示。

圖1 項目應用磚渣輕骨料混凝土早期強度

從圖 1 中可以看出，混凝土強度發展良好，尤其是早期強度發展得較快，為后續的工程提供了時間保障。

4 成本核算

利用再生磚渣替代陶粒生產輕骨料混凝土，通過對細骨料搭配調整以及粉料體系優化調整，滿足現場施工性能以及強度要求情況下，大幅度降低了輕骨料的應用成本，陶粒輕骨料混凝土和再生磚渣輕骨料混凝土成本核算對比結果如表 4 所示。

表4 成本核算對比 元

5 結論

（1）通過對流體力學原理的分析，輕骨料混凝土若要工作性能良好，盡量滿足以下條件：盡量減小骨料粒徑；提高混凝土漿體黏度；選用輕質摻合料，并盡量提高其摻量；優選外加劑。

（2）通過調整磚渣混凝土配合比，制備出了施工性能良好、強度有保障的輕骨料混凝土配合比，擴展度最高達到 680mm，倒坍時間 2.9s，強度最高達到 40.4MPa。經過多次中試后將磚渣輕骨料混凝土應用于西安某項目宿舍樓頂板屋面，容重達 1820kg/m3，施工過程順利，后期強度發展良好，泵后擴展度 650mm，倒坍時間 3.0s，28d 強度 32.4MPa。

（3）利用再生磚渣替代陶粒生產輕骨料混凝土，通過對細骨料搭配調整以及粉料體系優化調整，滿足現場施工性能以及強度要求情況下，大幅度降低了輕骨料的應用成本，具有巨大的推廣意義。