廢棄陶瓷再生混凝土耐火性研究

毋雪梅 李素平

鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院（450001）

試驗研究

廢棄陶瓷再生混凝土耐火性研究

毋雪梅 李素平

鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院（450001）

研究了以高鋁水泥為膠結(jié)材料，以天然骨料、廢棄衛(wèi)生潔具骨料、廢棄地板磚骨料配制的混凝土的耐火性能。試驗表明，經(jīng)受不同溫度的高溫后，各種骨料混凝土的性能如強(qiáng)度、抗熱震性均有所下降，但廢棄陶瓷再生混凝土比普通混凝土表現(xiàn)出更好的耐火性能。

廢棄陶瓷再生骨料；廢棄陶瓷再生混凝土；耐火混凝土；耐火性

0 引言

混凝土仍將是21世紀(jì)不可替代的主要建筑結(jié)構(gòu)材料，但混凝土的骨料資源出現(xiàn)了嚴(yán)重危機(jī)。而在各種陶瓷制品的生產(chǎn)、運輸、銷售、儲存和使用期間，由于磕碰、老化、淘汰等因素造成大量的廢棄陶瓷。有調(diào)查表明，這部分廢棄陶瓷的30%都成為了工業(yè)廢棄物，并且陶瓷產(chǎn)業(yè)的廢棄量將會更高。廢棄陶瓷目前還沒有很好地有效回收利用[1]。筆者曾對廢棄陶瓷再生骨料在砂漿、混凝土中的應(yīng)用[2-3]做了一定研究，從廢棄陶瓷再生混凝土的力學(xué)性能的角度得出廢棄陶瓷再生骨料完全可以代替天然骨料配制混凝土。筆者在此研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究廢棄陶瓷再生混凝土的耐高溫性，以期用廢棄陶瓷骨料作耐火骨料開發(fā)出耐火混凝土。

1 試驗用原材料

1.1 水泥

中原鋁廠生產(chǎn)的CA-50鋁酸鹽水泥，其性能見表1。

表1 CA-50鋁酸鹽水泥物理力學(xué)性能

1.2 骨料

本試驗共準(zhǔn)備了三種骨料，分別是天然碎石、廢棄衛(wèi)生潔具、廢棄地板磚。其中廢棄衛(wèi)生潔具、廢棄地板磚來自于鄭州市西建材市場上由于運輸、銷售環(huán)節(jié)出現(xiàn)的廢品、破碎品。三種骨料的顆粒分布經(jīng)篩分控制一樣,見表2。三種骨料的物理性能見表3。

表2 骨料粒度分布

表3 三種骨料物理性能

1.3 粉料

本實驗采用鋁礬土細(xì)粉為填充料，鋁礬土細(xì)粉全部通過0.08mm篩。

2 試驗方法

2.1 不同骨料混凝土試樣的制備

按表4所示混凝土配合比例分別稱量骨料、水泥、粉料，先機(jī)械干混均勻，再與水機(jī)械混合均勻，得混凝土混合料。將混合料分兩次澆筑到振動臺上的40mm×40mm×160mm三聯(lián)試模中，共振動2 min成型。將試樣帶模放入水泥標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)一天后脫模，脫模后將試樣轉(zhuǎn)放入混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至28天后進(jìn)行性能檢測。

表4 三種骨料混凝土配合比（g）

2.2 不同骨料混凝土的常溫及耐高溫性能檢測

參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3001-2007《耐火材料常溫抗折強(qiáng)度試驗方法》和GB/T5072-2008《耐火材料常溫耐壓強(qiáng)度試驗方法》分別對三種骨料配制的混凝土試樣進(jìn)行力學(xué)性能測試。測試常溫（約20℃）及承受不同高溫后的抗折和抗壓強(qiáng)度。

抗熱震性的測試是參照標(biāo)準(zhǔn)YB4018-91《耐火制品抗熱震性試驗方法》進(jìn)行的。采取1000℃循環(huán)風(fēng)冷的方法進(jìn)行熱震循環(huán)5次，然后測試熱震前后試樣的抗折、抗壓強(qiáng)度變化。

耐高溫性能檢測都是升溫到要求溫度且保溫1 h后再將試樣冷卻至室溫后進(jìn)行試驗的。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 不同溫度下強(qiáng)度

三種骨料混凝土經(jīng)不同高溫后的燒后強(qiáng)度及常溫下強(qiáng)度見圖1、圖2。

圖1 三種骨料混凝土不同溫度下抗折強(qiáng)度

圖2 三種骨料混凝土不同溫度下抗壓強(qiáng)度

由圖1、圖2可看出，雖然由于水灰比和骨料質(zhì)量的不同，天然碎石骨料配制的混凝土比廢棄陶瓷再生骨料配制的混凝土初始強(qiáng)度高。當(dāng)加熱溫度不高（約400℃以下）時，三種混凝土強(qiáng)度都表現(xiàn)出急劇降低。這是因為高鋁水泥混凝土高溫加熱發(fā)生相變，體積收縮，結(jié)晶粒子空隙增大所致。當(dāng)溫度達(dá)到一定高度（約550℃以上）時，天然碎石混凝土的強(qiáng)度仍表現(xiàn)出繼續(xù)下降，廢棄陶瓷再生混凝土強(qiáng)度下降比較緩慢。這是因為天然碎石主要成分CaCO3發(fā)生分解，逸出CO2，從而變得疏松所致，廢棄陶瓷再生骨料表現(xiàn)出了其耐火骨料的優(yōu)勢。從圖2中可以看出，天然碎石混凝土經(jīng)過1000℃高溫后，抗壓強(qiáng)度已經(jīng)下降為只有初始強(qiáng)度的20%，但是廢棄衛(wèi)生潔具再生混凝土卻下降為初始強(qiáng)度的52%，廢棄地板磚再生混凝土下降為初始強(qiáng)度的49%。再生混凝土表現(xiàn)出較好的耐高溫性。

3.2 不同骨料混凝土抗熱震性

采用熱震后試樣的強(qiáng)度變化來衡量。三種骨料配制的混凝土經(jīng)過熱震試驗后強(qiáng)度變化見圖3、圖4。

圖3 三種骨料混凝土熱震前后抗折強(qiáng)度

圖4 三種骨料混凝土熱震前后抗壓強(qiáng)度

從圖3可以看出，天然骨料混凝土熱震后抗折強(qiáng)度保持率只有15%，廢棄地板磚再生混凝土強(qiáng)度保持率是43%,廢棄衛(wèi)生潔具再生混凝土強(qiáng)度保持率是47%。從圖4可以看出，天然骨料混凝土熱震后抗壓強(qiáng)度保持率只有17%，廢棄地板磚再生混凝土抗壓強(qiáng)度保持率是46%，廢棄衛(wèi)生潔具再生混凝土抗壓強(qiáng)度保持率是47%。廢棄陶瓷再生混凝土相比天然骨料混凝土表現(xiàn)出較好抗熱震性。

4 結(jié)論

1）以廢棄衛(wèi)生潔具、廢棄地板磚再生骨料配制的混凝土的耐火性能明顯優(yōu)于天然骨料配制的混凝土。

2）在慢速升溫的條件下，不同骨料的高鋁水泥耐火混凝土性能均有所下降。三種混凝土強(qiáng)度在400℃以下時下降較快,在400～1000℃時下降幅度降低。

3）在經(jīng)過1000℃的高溫后，天然骨料混凝土的強(qiáng)度已經(jīng)下降為初始強(qiáng)度的20%左右，廢棄陶瓷再生混凝土的強(qiáng)度為初始強(qiáng)度的50%左右。經(jīng)過熱震后，天然骨料混凝土的強(qiáng)度下降為初始強(qiáng)度的15%左右，廢棄陶瓷再生混凝土的強(qiáng)度還能保持熱震前的45%左右。

[1]陸盛武,等.以廢棄陶瓷為骨料生產(chǎn)再生混凝土可行性探討[J].山西建筑,2008(12)：1～2.

[2]毋雪梅,等.廢棄陶瓷再生砂配制砂漿、混凝土的研究[J].混凝土,2008(12)：50～52.

[3]毋雪梅,等.廢棄陶瓷再生混凝土及界面研究[J].鄭州大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版）,2010(3)：35～38.

[4]孫躍東,等.我國再生混凝土的研究現(xiàn)狀和需要解決的問題[J].混凝土,2006(4)：25～28.

[5]Mechanical behaviour of non-structural concrete made withrecycled ceramic aggregates，by J. de Brito et al. Cementand Concrete Composites 27(2005)429～433.

[6]Performance of metakaolin concrete at elevated temperatures,by Chi-Sun Poon et al. Cement and Concrete Composites25(2003)83～89.