廢黏土磚粉混凝土工作性能和力學(xué)性能試驗(yàn)研究

車法，徐世偉，張浩

（淄博市公路管理局，山東淄博255038）

廢黏土磚粉混凝土工作性能和力學(xué)性能試驗(yàn)研究

車法，徐世偉，張浩

（淄博市公路管理局，山東淄博255038）

通過廢黏土磚粉作為混凝土摻料部分取代水泥制備再生混凝土的試驗(yàn)，分析了磚粉粒徑和磚粉取代率對廢黏土磚粉混凝土的工作性能和力學(xué)性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明：廢黏土磚粉取代水泥制備再生混凝土，降低了新拌混凝土的坍落度；對表觀密度影響不大，其值仍為2 400～2 500 kg/m3；廢黏土磚粉一定程度上降低了混凝土的抗壓強(qiáng)度，但其28 d抗壓強(qiáng)度仍可以達(dá)到55 MPa；廢黏土磚粉混凝土的28 d抗折強(qiáng)度范圍為10～12 MPa，與普通混凝土相似；彈性模量范圍為15～30 GPa，受磚粉的影響較大。關(guān)鍵詞廢黏土磚粉；混凝土；磚粉粒徑；磚粉取代率；性能試驗(yàn)

近年來，隨著我國大規(guī)模城鎮(zhèn)化建設(shè)，拆除了大量的舊建筑物。如何處理舊建筑拆除時(shí)所產(chǎn)生的以黏土磚為主的建筑垃圾，成為日益重要的課題。研究人員發(fā)現(xiàn)，將廢棄黏土磚轉(zhuǎn)化為建筑材料，是保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源的有效辦法。目前，國內(nèi)外對廢棄黏土磚再生利用的研究主要集中在將廢黏土磚粉用作建筑砂漿或者混凝土的骨料。研究表明，用廢黏土磚粉取代粗骨料制備混凝土?xí)r，其強(qiáng)度完全可以滿足要求，但制備的混凝土流動(dòng)性差，不易成型。隨著廢黏土磚粉對粗骨料取代率的增加，再生混凝土的吸水率、收縮和徐變變形都隨之增大，抗氯離子滲透性、抗凍性變差［1-8］。部分學(xué)者研究了廢黏土磚粉部分取代水泥對水泥砂漿性能的影響。結(jié)果表明，黏土磚粉在一定程度上降低了再生砂漿的早期抗壓強(qiáng)度，但摻加少量磚粉的砂漿后期抗壓強(qiáng)度，特別是90 d以后，要大于普通砂漿［9-11］。

本文研究了磚粉粒徑和磚粉取代率對新拌混凝土工作性能和硬化混凝土力學(xué)性能的影響規(guī)律，系統(tǒng)分析了廢棄黏土磚粉部分取代水泥制備混凝土的可行性，為進(jìn)一步研究建筑垃圾的再生利用提供參考。

1　試驗(yàn)原材料及方法

1.1試驗(yàn)原材料

水泥為濟(jì)南山水集團(tuán)生產(chǎn)的P.O42.5普通硅酸鹽水泥。試驗(yàn)用廢黏土磚粉由建筑垃圾磚破碎、篩分得到，按粒徑分為A，B，C 3種。用顆粒分析儀對水泥和磚粉進(jìn)行粒徑分析，得到水泥和3種磚粉的粒徑分布曲線（圖1）。3種磚粉中A磚粉粒徑最小，C磚粉粒徑最大，B磚粉粒徑居中，但均大于水泥粒徑。由X射線衍射（XRD）試驗(yàn)得出磚粉的基本組成成分為Quartz、Rutile和Hematite，通過掃描電子顯微鏡（SEM）分析3種磚粉的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，得到3種磚粉的SEM圖（圖2）。

圖1　水泥和磚粉的粒徑分布曲線

圖2　磚粉SEM圖

依據(jù)《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 52—2006）測試砂的吸水率，試驗(yàn)測得A，B，C3種磚粉的吸水率分別為22.07%，16.45%，12.03%。粗骨料為普通碎石，最大公稱粒徑為20 mm，包括5～10 mm和10～20 mm 2種規(guī)格。細(xì)骨料為河砂，細(xì)度模數(shù)為2.97。減水劑為聚羧酸醚類高效減水劑（RHEOPLUS）。拌合用水為自來水。

1.2試驗(yàn)方法

依據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2002）測試混凝土的拌合、成型以及抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)性能。依據(jù)《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50080—2002）測試混凝土表觀密度和坍落度?；炷猎嚰诔尚?4 h后脫模，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室（溫度為20±2℃，相對濕度＞95%）養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)齡期。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

［12］將廢黏土磚粉混凝土的水灰比確定為0.28，砂率確定為33%。試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用正交試驗(yàn)方法，用A，B，C 3種不同粒徑的磚粉取代部分水泥制備再生混凝土，取代率分別為10%，20%，30%，試驗(yàn)共10組混凝土配合比，見表1。

表1　廢黏土磚粉混凝土配合比設(shè)計(jì)

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1新拌混凝土工作性能

通過對新拌混凝土表觀密度的測試得出，摻加廢黏土磚粉的混凝土表觀密度與普通混凝土相似，仍為2 400～2 500 kg/m3，廢黏土磚粉對混凝土的表觀密度影響不大。新拌混凝土磚粉取代率對混凝土坍落度的影響如圖3所示。廢黏土磚粉降低了混凝土的坍落度，且磚粉取代率越大，混凝土坍落度越低。對于A，B 2種磚粉，當(dāng)其取代率達(dá)到20%時(shí)，混凝土的坍落度有明顯地下降，平均降低達(dá)到75%以上，而對于C磚粉，當(dāng)其取代率達(dá)到30%時(shí)，混凝土的坍落度明顯降低?；炷恋奶涠入S著磚粉粒徑的增大而升高，這是由于磚粉粒徑越大，其吸水率和黏性越小。

2.2抗壓強(qiáng)度

圖4反映了磚粉取代率對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。可見，廢黏土磚粉的摻加降低了混凝土的抗壓強(qiáng)度，且磚粉取代率越大，混凝土的抗壓強(qiáng)度越小。摻加磚粉混凝土的后期抗壓強(qiáng)度（28 d以后）增長要快于純水泥混凝土。對于C磚粉混凝土，當(dāng)磚粉取代率分別為10%，20%，30%時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度從28 d到56 d的增長率分別為1.91%，3.64%，8.55%，從56 d到90 d時(shí)抗壓強(qiáng)度增長率為7.05%，3.84%，6.30%，而純水泥混凝土從28 d到56 d、從56 d到90 d，抗壓強(qiáng)度分別只增長了0.01%，0.64%。由此可見，磚粉在一定程度上促進(jìn)了混凝土后期的水化作用。

圖3　磚粉取代率對混凝土坍落度的影響

圖4　磚粉取代率對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

對于相同粒徑的磚粉，隨著磚粉取代率的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸降低，特別是取代率為20%和30%時(shí)，強(qiáng)度降低效果尤為明顯。對于B磚粉混凝土，當(dāng)磚粉取代率從0增加到10%，20%，30%，7 d抗壓強(qiáng)度分別降低了8.23%，18.25%，25.30%，28 d抗壓強(qiáng)度分別降低了4.92%，16.81%，22.31%，90 d抗壓強(qiáng)度分別降低了5.79%，4.96%，12.40%。說明磚粉的粒徑相同時(shí)，磚粉取代率越大導(dǎo)致混凝土抗壓強(qiáng)度減小的趨勢越明顯。

當(dāng)磚粉取代率相同時(shí)，隨著磚粉粒徑越大，混凝土抗壓強(qiáng)度的減小越明顯，A磚粉對混凝土的抗壓強(qiáng)度影響最小。這是由于A磚粉的粒徑與水泥粒徑相近，對混凝土抗壓強(qiáng)度影響有限。

2.3抗折強(qiáng)度

圖5、圖6分別為混凝土7 d和28 d抗折強(qiáng)度。由圖可知，摻加磚粉后，混凝土的抗折強(qiáng)度有所降低，且隨著磚粉取代率的增大呈不斷減小的趨勢。磚粉對混凝土7 d抗折強(qiáng)度的影響較大，平均降低幅度超過32%，但對混凝土的28 d抗折強(qiáng)度影響很小?？芍?，摻加磚粉的混凝土后期抗折強(qiáng)度增長較快。磚粉粒徑對混凝土的后期抗折強(qiáng)度影響較小，對于A，B和C磚粉混凝土，其3種不同取代率的28 d平均抗折強(qiáng)度分別為11.46，11.32，10.80 MPa，相差不大。

圖5　混凝土7 d抗折強(qiáng)度

圖6　混凝土28 d抗折強(qiáng)度

2.4彈性模量

圖7為混凝土28 d彈性模量。由圖可知，磚粉在一定程度上降低了混凝土的彈性模量，且彈性模量隨著磚粉取代率的增加而明顯降低。與普通混凝土相比，10%，20%，30%3種磚粉取代率時(shí)，混凝土的彈性模量平均降低18.49%，33.82%，47.55%。而磚粉粒徑對混凝土彈性模量的影響較小，A，B，C磚粉混凝土在3種取代率下的平均彈性模量分別為22.55，21.66，20.78 GPa，相差不大。

圖7　混凝土28 d彈性模量

3　結(jié)論

1）摻加廢黏土磚粉后混凝土的坍落度降低，且磚粉取代率越大，混凝土的坍落度越低；磚粉的粒徑越大，混凝土坍落度越高。與普通混凝土相似，磚粉混凝土的表觀密度范圍為2 400～2 500 kg/m3。

2）廢黏土磚粉取代部分水泥降低了混凝土的抗壓強(qiáng)度，但廢黏土磚粉混凝土的后期抗壓強(qiáng)度增長較快，其28 d抗壓強(qiáng)度仍可以達(dá)到55 MPa以上。隨著磚粉取代率以及磚粉粒徑的增大，混凝土抗壓強(qiáng)度逐漸減小。

3）摻加磚粉后，混凝土的7 d抗折強(qiáng)度有所降低，磚粉取代率越大，混凝土的7 d抗折強(qiáng)度越低；廢黏土磚粉混凝土的28 d抗折強(qiáng)度范圍為10～12 MPa，受磚粉的影響較小。

4）磚粉對混凝土的彈性模量影響較大，且磚粉取代率越大，混凝土的彈性模量越低。

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Experimental Study on Working and Mechanical Performance of Concrete with Waste Clay Brick Powder

CHE Fa，XU Shiwei，ZHANG Hao
（Zibo Highway Administration Bureau，Zibo Shandong 255038，China）

W aste clay brick powder（CBP）was used to replace part of Portland cement to prepare concrete.T he effects of particle size and replacement rate of brick powder on working and mechanical performance of concrete were investigated.T he results show that waste CBP can reduce the slump of fresh concrete，and has little effect on its apparent density，which is still between 2 400～2 500 kg/m3；W aste CBP can reduce compressive strength of concrete in a certain extent，but 28 d compressive strength of waste CBP concrete can still reach 55 M Pa；T he 28 d flexural strength of waste CBP concrete is between 10～12 M Pa，which is similar to that of ordinary concrete；Elastic modulus of waste CBP concrete is between 15～30 M Pa，which is greatly influenced by brick powder.

W aste clay brick powder；Concrete；Brick powder particle size；Brick powder replacement rate；W orking performance；M echanical performance

TU528.04

ADOI：10.3969/j.issn.1003-1995.2016.09.35

1003-1995（2016）09-0139-04

（責(zé)任審編周彥彥）

2016-03-13；

2016-05-17

山東省交通運(yùn)輸廳交通科技項(xiàng)目（魯交科技［2012］18號）

車法（1976—），男，研究員，博士。