鐵尾礦砂碎磚混凝土和易性與抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究①

?

鐵尾礦砂碎磚混凝土和易性與抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究①

□□ 姚雷，賈開武(唐山學(xué)院 土木工程系，河北 唐山063000)

摘要：分別用碎磚取代30%、40%、50%、100%的碎石，用鐵尾礦砂取代25%、50%的河砂，配制強(qiáng)度等級為C40的再生混凝土，測定了混凝土的和易性和抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著碎磚摻量的增加，混凝土坍落度下降，坍落度經(jīng)時(shí)損失值增大，抗壓強(qiáng)度降低。而鐵尾礦砂摻量對混凝土的坍落度和抗壓強(qiáng)度影響均不明顯。

關(guān)鍵詞：碎磚骨料；鐵尾礦砂；坍落度；抗壓強(qiáng)度

引言

再生混凝土是利用再生骨料作為部分或全部骨料配制的混凝土[1]。利用碎磚及鐵尾礦砂部分或全部取代天然骨料，一方面可以利用建筑拆除后廢舊磚墻產(chǎn)生的碎磚，原鐵礦石經(jīng)破碎、選礦后的廢棄物鐵尾礦砂等建筑垃圾及工業(yè)廢料取代天然骨料；另一方面，可以解決天然骨料資源匱乏的問題，減少天然砂石資源的開發(fā)利用對周圍環(huán)境產(chǎn)生的破壞，維持建筑業(yè)的綠色發(fā)展，保持社會的可持續(xù)發(fā)展。

近幾年，我國每年產(chǎn)生的建筑垃圾總量約為15.5億t~24億t。其中廢舊混凝土約占10%，廢土約占30%，廢磚瓦約占60%[2]。另據(jù)《中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒——2009》統(tǒng)計(jì)，2008年產(chǎn)生的工業(yè)固體廢棄物量為22 424萬t，其綜合治理率僅為25.1%，而鐵尾礦砂的綜合治理率為7%[3]，從而造成大量的鐵尾礦砂長期堆放，不僅占用大量土地，也對周邊環(huán)境產(chǎn)生了污染及安全隱患。

本試驗(yàn)主要研究利用建筑物廢棄的碎磚、鐵尾礦砂部分取代天然碎石及河砂配制再生混凝土，在固定水灰比、砂率及減水劑用量的情況下，研究碎磚及鐵尾礦砂摻量對再生混凝土的和易性及抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律。

1試驗(yàn)材料

(1)水泥：選用唐山產(chǎn)盾石牌P·O 42.5普通硅酸鹽水泥。

(2)細(xì)骨料：①河砂：細(xì)度模數(shù)為1.4；②人工機(jī)制砂：細(xì)度模數(shù)為3.5；③鐵尾礦砂：細(xì)度模數(shù)為1.9。

(3)粗骨料：①碎石：級配為5~25 mm，含水率0.3%；②碎磚：選自唐山市體育場拆除的3層磚混結(jié)構(gòu)的廢棄燒結(jié)普通磚，經(jīng)機(jī)械破碎、篩分后顆粒級配為5~25 mm，含水率5.4%，壓碎指標(biāo)11.2%。

(4)減水劑：減水劑采用聚羧酸系高效減水劑，減水率為25%。

2試驗(yàn)及結(jié)果分析

2.1　河砂、人工機(jī)制砂及鐵尾礦砂的級配及其優(yōu)化

由于唐山地區(qū)適合混凝土使用的天然砂資源匱乏，故采用天然河砂、人工砂及鐵尾礦砂做級配優(yōu)化，結(jié)果見表1。

表1　細(xì)骨料級配優(yōu)化

由表1結(jié)果可以看出，河砂及鐵尾礦砂均較細(xì)，人工砂較粗，均不適宜單獨(dú)用于拌制混凝土，而河砂與人工砂及人工砂與鐵尾礦砂按表1優(yōu)化的比例混合后，其級配均符合二區(qū)級配的要求，可以用于拌制混凝土。

2.2　碎石和碎磚的級配

選擇機(jī)制碎石及舊建筑物的廢棄碎燒結(jié)磚，進(jìn)行機(jī)械破碎、篩分，結(jié)果見表2。

表2　粗骨料級配

由表2可見，機(jī)制碎石及碎磚的級配均符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.3　試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)

按JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》計(jì)算C40混凝土配合比，配制強(qiáng)度48.1 MPa，水灰比0.49，砂率33%，坍落度30~180 mm，減水劑為聚羧酸系高效減水劑，固定摻量1.5%。分別用碎磚取代30%、40%、50%、100%的機(jī)制碎石[4]，用鐵尾礦砂取代25%、50%的河砂或人工砂拌制混凝土，研究碎磚及鐵尾礦砂的摻入比例對混凝土和易性及強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)方案見表3。

表3　試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)方案　%

由于碎磚骨料的吸水率較大，在試驗(yàn)前先測試了碎磚的1 h吸水率，按1 h吸水率計(jì)算碎磚混凝土的附加用水量。但試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)其用水量達(dá)不到配合比對混凝土坍落度的要求，故增大了混凝土的附加用水量，使混凝土的坍落度達(dá)到配合比要求。本試驗(yàn)中附加用水量在12%~20%之間。

2.4　試驗(yàn)結(jié)果

按GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》制備邊長為150 mm的混凝土試塊，共9組，每組12塊。測定混凝土的出料坍落度和0.5 h及1 h的流動性、粘聚性、保水性指標(biāo)，分析碎磚、尾礦砂對混凝土和易性及坍落度損失的影響。在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)至不同齡期(7 d，28 d)，進(jìn)行立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果見表4。

表4　混凝土和易性及強(qiáng)度

2.5　和易性及強(qiáng)度分析

由于碎磚的吸水率較大，且吸水時(shí)間較長，故本試驗(yàn)測定了混凝土拌合物0 min、30 min和60 min時(shí)的坍落度值。通過表4可以看到，混凝土拌合物的坍落度均符合30~180 mm的要求，有部分混凝土拌合物在出攪拌機(jī)時(shí)的粘聚性及保水性一般，在靜停30 min后再測則良好。由1~5組混凝土拌合物的坍落度值可以看出，隨著碎磚摻量的增加，坍落度值有所下降，且隨著碎磚摻量的增加，坍落度經(jīng)時(shí)損失值增大(見圖1)。

混凝土強(qiáng)度也隨著碎磚摻量的增加而降低(見圖2)，且當(dāng)碎磚摻量超過50%時(shí)，下降速度加快。在1~5組中，只有第1組的28 d強(qiáng)度達(dá)到配制強(qiáng)度；2組和3組只達(dá)到C35的配制強(qiáng)度；第4組只達(dá)到C30的配制強(qiáng)度。故在碎磚再生混凝土中，碎磚的摻量以30%~40%較適宜，且配制時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高配制強(qiáng)度。

圖1　混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失與碎磚摻量的關(guān)系

圖2　混凝土強(qiáng)度與碎磚摻量的關(guān)系

6~7組是分別采用鐵尾礦砂取代25%和50%的河砂配制的混凝土。由表4可以看出，與第1組數(shù)據(jù)對比，混凝土的和易性及坍落度經(jīng)時(shí)損失均差別不大，強(qiáng)度均達(dá)到C40配制強(qiáng)度的要求，說明鐵尾礦砂在級配良好的情況下可以取代部分天然砂，而且對混凝土的和易性及強(qiáng)度影響不大。

7~9組是以固定50%的鐵尾礦砂取代河砂，考察不同碎磚取代率對混凝土和易性及強(qiáng)度的影響，結(jié)果見圖3和圖4。由圖3可知，隨著碎磚摻量的增加，混凝土坍落度值下降，且隨著碎磚摻量的增加，坍落度經(jīng)時(shí)損失值增大。由圖4可知，混凝土強(qiáng)度也隨著碎磚摻量的增加而降低，當(dāng)碎磚摻量超過50%時(shí)，下降速度加快。這與1~5組的情況非常相似，也進(jìn)一步證實(shí)鐵尾礦砂部分取代天然砂后對混凝土的和易性及強(qiáng)度影響不大。

3結(jié)論

3.1本試驗(yàn)對碎磚及鐵尾礦砂部分取代碎石及河砂等天然骨料制成的再生混凝土的和易性及強(qiáng)度進(jìn)行了研究。與不摻再生骨料的混凝土相比，隨著碎磚摻量的增加，混凝土坍落度下降，坍落度經(jīng)時(shí)損失值增大，強(qiáng)度降低。在保證細(xì)骨料級配良好的情況下，鐵尾礦砂的摻量對混凝土的坍落度和強(qiáng)度影響均不明顯，其可以疊加摻入制備再生混凝土。當(dāng)碎磚摻量為30%~40%時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高混凝土的配制強(qiáng)度；碎磚摻量超過50%時(shí)，混凝土強(qiáng)度降幅過大。

圖3　采用鐵尾礦砂混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失與碎磚摻量的關(guān)系

圖4　采用鐵尾礦砂混凝土強(qiáng)度與碎磚摻量的關(guān)系

3.2由于碎磚比天然粗骨料的吸水率大，且吸水時(shí)間長，在使用時(shí)應(yīng)考慮增加附加用水量，并應(yīng)提高剛攪拌好的混凝土拌合物的坍落度值，以補(bǔ)償由于碎磚等再生骨料混凝土的坍落度經(jīng)時(shí)損失過大而對混凝土和易性造成的影響，保證施工質(zhì)量。

3.3鐵尾礦砂對混凝土拌合物的和易性影響不明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙玉清，邢振賢.超細(xì)粉煤灰配制碎磚骨料混凝土試驗(yàn)研究[J].混凝土，2011(10)：142-144.

[2] 陳萌，畢蘇萍.廢棄碎磚骨料再生混凝土配合比設(shè)計(jì)與早期強(qiáng)度試驗(yàn)[J].混凝土與水泥制品，2014(4)：88-89.

[3] 國家統(tǒng)計(jì)局，環(huán)境保護(hù)部.中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒——2009[M].北京：中國統(tǒng)計(jì)出版社，2009.

[4] 宗蘭，余倩，張士萍.碎磚類骨料再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)研究[J].混凝土，2012(12)：113-119.

(編輯盛晉生)

Workability and Compressive Strength of Concrete with Ferrous Tailing Sand and Brickbats

YAO Lei，JIA Kai-wu

(Department of Civil Engineering，Tangshan College，Tangshan，Hebei，063000，China)

Abstract：This paper researches the workability and compressive strength of the recycled concrete (strength grade: C40) with ferrous tailing sand and brickbats (brickbats replacing gravel by 30%，40%，50% and 100% respectively，ferrous tailing sand replacing natural sand by 25%，50% respectively).It shows that with the brickbat content increasing，the slump and compressive strength reduces and the slump loss increases，while the content of ferrous tailing sand has no obvious influence on the slump and compressive strength.

Key words：brickbat aggregate；ferrous tailing sand；slump；compressive strength

收稿日期：2015-10-14

作者簡介：姚雷(1965-)，女，河北唐山人，副教授，1986年7月畢業(yè)于河北工業(yè)大學(xué)土木系，從事土木工程專業(yè)的教學(xué)與研究工作。

中圖分類號：X 799.1；TU 528.04

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

基金項(xiàng)目：①唐山市科技局項(xiàng)目(12130205B)；河北省教育廳科技項(xiàng)目(Z2013150)。

文章編號：1009-9441(2015)06-0001-03