碎磚瓦再生細骨料對再生普通砂漿性能試驗分析

管旭東，鄧奪，陳慧娜

（北京市建筑節能與建筑材料管理事務中心，北京 101160）

0 引言

隨著城市化進程加快，一方面天然砂石等自然資源日益枯竭，供不應求，另一方面建筑拆遷產生的碎磚瓦廢棄物空前增加，污染環境，因此，加快建筑垃圾資源化是發展循環經濟、保護生態環境的客觀要求。目前，舊城改造拆除的建筑物以磚混結構居多，大量的廢棄磚瓦類建筑垃圾資源化利用問題亟待解決[1]。建筑砂漿是重要的建筑材料，對建筑物使用功能和使用壽命影響較大，據測算，我國每年砂漿用砂量約占建筑工程用砂總量的1/3，水泥用量約占建筑工程水泥用量的1/4。長期以來，由于建筑砂漿不是主體結構性材料，被認為單體工程用量小、影響小而不被重視，尤其忽視砂漿骨料研究，通常依靠提高水泥用量達到砂漿使用要求[2]。因此，開展建筑砂漿再生細骨料應用研究，推進再生普通砂漿工程應用，不僅可以解決天然砂資源短缺等問題，還可以提高建筑砂漿質量，減輕能源壓力、資源消耗和環境污染，產生較大經濟社會和生態效益[3]。

為破解碎磚瓦再生細骨料技術瓶頸，本文建立試驗模型，在保持砂漿流動性基本一致條件下，通過摻加不同比例碎磚瓦再生細骨料配制再生普通砂漿，對砂漿強度、收縮率、保水性、用水量等性能進行分析。

1 試驗

1.1 原材料

1）水泥：鉆牌P·O42.5，表觀密度3100kg/m3，28d抗壓強度47.8MPa，抗折強度8.69MPa。

2）天然細骨料：Ⅱ區中砂，細度模數2.8，表觀密度2600kg/m3，堆積密度1500kg/m3，空隙率42.3%，含泥量2.3%，泥塊含量0.8%，無潛在活性。

3）再生細骨料：碎磚瓦再生砂0～4.75mm，屬II區中砂，細度模數3.0，表觀密度2350kg/m3，堆積密度1380kg/m3，空隙率41.3%，壓碎指標值27.2%，含泥量13.7%，泥塊含量2.2%，MB值1.5，無潛在活性。參考GB/T 25176-2010《混凝土和砂漿用再生細骨料》[4]。

4）粉煤灰：Ⅱ級，需水量比98%。

5）拌和水：自來水。

1.2 試驗方法

再生砂漿抗壓強度試驗參考JGJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》[5]，采用有底鋼模，試件尺寸為70.7mm×70.7mm×70.7mm，以3個試件測值的算術平均值的1.3倍作為該組試件的砂漿立方體抗壓強度平均值。砂漿保水性、拉伸粘結強度分別按照JG/T 230-2007《預拌砂漿》[6]附錄A、附錄B進行。其他各項性能試驗按照JGJ/T 70-2009進行。

1.3 配比設計

分別以M5、M7.5、M10為配制目標，在保證流動性在75～90mm情況下，改變再生砂摻量分別為0%、20%、40%、60%、80%、100%。

1）M5再生砂漿配合比：水泥：粉煤灰：（天然砂+再生砂）=156:134:1890 (kg/m3)

2）M7.5再生砂漿配合比：水泥：粉煤灰：（天然砂+再生砂）=175:135:1890 (kg/m3)

3）M10再生砂漿配合比：水泥：粉煤灰：（天然砂+再生砂）=195:135:1890 (kg/m3)

2 結果及分析

2.1 試驗結果

砂漿流動性基本一致條件下，碎磚瓦再生砂漿性能試驗結果見表1。

表1 流動性基本一致的再生砂漿性能Tab.1 Performance of recycled mortar with basically consistent fluidity

2.2 結果分析

2.2.1 再生砂漿抗壓強度

再生砂漿強度試驗結果見圖1。圖1顯示，不同等級的砂漿隨著再生砂摻量的增加均呈先增加后降低的趨勢，摻量60%時最高，但總體相差不大，強度變化在5%范圍內。結合再生砂對砂漿用水量的分析，可見需水量的增加對砂漿的強度并沒有明顯影響。這是因為再生砂中含有一定量細粉料，細粉料摻入天然砂中，填充了砂之間的孔隙，優化了砂的級配。隨著再生砂摻量增加，這種優化作用越來越明顯，在摻量60%時達到了最優級配，粗顆粒的骨架作用得以充分發揮的同時，細顆粒的填充也達到最大密實，強度最大。當摻量進一步提高，粗細顆粒的比例發生變化，由骨架密實結構向懸浮密實結構變化，骨架作用被削弱，從而強度降低，在摻量為100%時強度最低。同時，再生砂的顆粒缺陷也是導致再生砂漿抗壓強度降低的重要原因，一是利用碎磚瓦生產的再生細骨料微觀形態不穩定、吸水率高，特別是在再生砂摻量較高的情況下實際需水量增加，再生砂漿整體水灰比提高，抗壓強度降低，二是由于利用碎磚瓦生產的再生細骨料孔隙率高、強度較低，在拌合砂漿過程中會與水泥漿體形成界面過渡區，研究表明[7]，水泥漿界面過渡區是再生混凝土和再生砂漿中最薄弱的環節，其孔隙率較高，孔徑比本體漿體更大，C-S-H凝膠較少，因此水泥漿同骨料的粘結強度降低，從而影響了再生砂漿整體強度。

圖1 再生砂摻量對抗壓強度的影響Fig.1 Influence of recycled fine aggregate’s content on recycled mortar’s compressive strength

2.2.2 再生砂漿收縮率

再生砂收縮率結果見圖2。由圖2可見，對不同等級、不同齡期的再生砂漿，隨再生砂摻量增加，砂漿收縮率均逐漸增加；不同摻量的再生砂漿，28d收縮率均大于14d收縮率；摻量在60%以下增幅不明顯，超過60%時28d收縮率迅速增加，其中M5再生砂漿在100%摻量時相比天然砂漿提高了200%以上，較M7.5再生砂漿和M10再生砂漿收縮率變化更明顯。因此，再生砂的摻加會提高砂漿收縮率，不利于再生砂漿的體積穩定，尤其全部由再生砂代替天然砂配制的再生砂漿，體積穩定性不佳，質量穩定性較差。分析原因，主要是再生砂的多孔結構阻縮能力較低，同時由于用水量增加，水泥石的收縮同樣會增大。但再生砂摻量在60%以下時，摻量的增加有利于優化級配，從而提高砂漿密實度，對降低收縮有利，所以收縮率提高并不明顯，超過60%后細骨料總體級配隨著摻量的增加而逐漸變差，因而收縮率顯著提高。

圖2 再生砂摻量對收縮率的影響Fig.2 Influence of recycled fine aggregate’s content on recycled mortar’s shrinkage rate

2.2.3 再生砂漿保水性

再生砂漿分層度試驗結果見圖3。圖3顯示，隨著再生砂摻量增加，在砂漿稠度基本不變的前提下，再生砂漿需水量大幅增加，砂的分層度逐漸增大，但總體保水性良好；從M10的保水率試驗結果看，保水性呈提高的趨勢，且整體良好。這是由于在砂漿拌合后一部分水分被再生砂迅速吸收，所以稠度降低較快；同時再生砂的粗糙表面和較多細粉料進一步提高了對水的吸附能力，使得砂漿表面泌水減少，提高了再生砂漿保水能力。從M7.5的保水率試驗結果看，隨著再生砂摻量增加，保水性總體呈提高的趨勢，但是存在一定程度的離散。從M5的保水率試驗結果看，隨著再生砂摻量增加，保水性存在波動，分層度值離散性較大。這主要因為M10砂漿水泥含量提高，一定程度提升了砂漿質量穩定性，抵消了再生砂的材性缺陷。

圖3 再生砂摻量對保水性的影響Fig.3 Influence of recycled fine aggregate’s content on recycled mortar’s water retention performance

2.2.4 再生砂漿用水量

再生砂漿用水量試驗結果見圖4。圖4顯示，隨著再生砂摻量的增加，要保持砂漿流動性基本不變，再生砂漿的需水量呈線性增加，強度等級越高，用水量的增加就越明顯；摻量100%的M10再生砂漿，其最高值用水量達到469kg/m3，是天然砂漿的116%。這是由于再生砂與天然砂相比，孔隙率高，吸水性強，比表面積大，造成需水量明顯增大；再生強度等級增加，配比水泥比例提高，相應用水量增大。

圖4 再生砂摻量對砂漿用水量的影響Fig.4 Influence of recycled fine aggregate’s content on recycled mortar’s water consumption

3 結論

1）再生細骨料替代天然砂比例為60%時再生砂漿抗壓強度最高，替代比例超過60%后再生砂漿收縮率明顯增加，因此，生產企業應控制再生細骨料摻入比例，適當提高水泥比例，保障建筑砂漿應用強度要求和質量穩定，避免抹灰后產生裂縫等質量問題。

2）再生細骨料明顯提升了再生砂漿保水性能，但是低強度再生砂漿保水性能穩定性較差；對于吸水性能較強的墻體材料基層抹灰時，建議考慮強度M10以上高保水抹灰砂漿。

3）再生普通砂漿的用水量隨著再生細骨料摻量比例的增加而線性增長，因此，施工現場預拌砂漿應根據再生細骨料摻入比例來確定相應加水量，保障流動性，便于施工作業。