再生細(xì)骨料和石粉制備濕拌砂漿的試驗(yàn)研究

連亞明，楊善順，陳超，徐仁崇

（1. 廈門市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，福建 廈門 361004；2. 廈門天潤(rùn)錦龍建材有限公司，福建 廈門 361027）

Lian Yaming1,2, Yang Shanshun1,2, Chen Chao1,2, Xu Renchong1,2

(1. Xiamen Academy of Building Research Group Co., Ltd., Xiamen 361004; 2. Xiamen Tianrun Jinlong Building Material Co., Ltd., Xiamen 361027)

再生細(xì)骨料和石粉制備濕拌砂漿的試驗(yàn)研究

連亞明1,2，楊善順1,2，陳超1,2，徐仁崇1,2

（1. 廈門市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，福建 廈門 361004；2. 廈門天潤(rùn)錦龍建材有限公司，福建 廈門 361027）

以不同比例再生細(xì)骨料取代天然砂，研究了再生細(xì)骨料摻量對(duì)濕拌砂漿及摻石粉濕拌砂漿基本性能的影響。結(jié)果表明：再生細(xì)骨料對(duì)濕拌砂漿性能影響較為顯著，石粉取代部分細(xì)骨料對(duì)再生細(xì)骨料濕拌砂漿性能具有改善作用。綜合分析，再生細(xì)骨料摻量為 30%、石粉摻量為 10%，可制備性能較優(yōu)的濕拌砂漿。

廢棄混凝土試塊；再生細(xì)骨料；石灰石粉；濕拌砂漿

Lian Yaming1,2, Yang Shanshun1,2, Chen Chao1,2, Xu Renchong1,2

(1. Xiamen Academy of Building Research Group Co., Ltd., Xiamen 361004; 2. Xiamen Tianrun Jinlong Building Material Co., Ltd., Xiamen 361027)

0 前言

伴隨著城市及各類基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，混凝土拌合物用量日益增多，預(yù)拌混凝土企業(yè)、工程檢測(cè)機(jī)構(gòu)等單位在生產(chǎn)、檢測(cè)和研發(fā)過程中產(chǎn)生了大量的廢棄混凝土試塊。目前，這些廢棄混凝土試塊主要作為垃圾被填埋，需要投入大量人力、物力和財(cái)力，不僅造成了極大的資源浪費(fèi)，還給環(huán)境帶來不利的影響。有效回收利用廢棄混凝土塊，對(duì)實(shí)現(xiàn)建筑垃圾資源化，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有重要意義。與建筑垃圾中的廢棄混凝土相比，廢棄混凝土試塊質(zhì)地純粹，基本上無雜質(zhì)（如鋼筋、磚塊、木屑、塑料等），具有較好的再生利用價(jià)值。將廢棄混凝土塊經(jīng)破碎、分級(jí)并按一定的比例混合后可生產(chǎn)再生骨料，再生骨料可用于生產(chǎn)再生混凝土和再生砂漿。

由于再生骨料表面孔隙較多，同時(shí)附著有大量硬化的水泥砂漿，與天然粗骨料相比，再生骨料具有高空隙率和高吸水性的特征[1]。為了避免其對(duì)再生混凝土、再生砂漿的性能帶來不良影響，往往需要提高外加劑摻量、摻入摻合料、采用增加用水量（附加用水量）、預(yù)濕骨料的辦法控制拌合物和易性，減少坍落度和稠度損失。石粉作為一種惰性摻合料，添加到再生混凝土、再生砂漿中，具有一定的減水和潤(rùn)滑作用，可以改善拌合物流動(dòng)性、粘聚性和保水性。開發(fā)利用石粉作為水泥制品摻合料具有潛在的巨大市場(chǎng)，同時(shí)具有顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)意義。本文擬通過再生細(xì)骨料取代部分天然集料，制備中低強(qiáng)度濕拌砂漿，研究再生細(xì)骨料摻量對(duì)濕拌砂漿及摻石粉濕拌砂漿基本性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

（1）水泥：華潤(rùn)水泥（龍巖）有限公司 42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，物理性能見表 1。

表1　水泥各項(xiàng)物理化學(xué)指標(biāo)

（2）石粉：福建弘高石粉綜合利用有限公司石灰石粉，其主要化學(xué)成分見表 2。

表2　石灰石粉主要成分 %

（3）天然砂：河砂或淡化海砂，細(xì)度模數(shù) 2.7，含泥量0.9%。

（4）再生細(xì)骨料：由廢棄混凝土試塊破碎、整型、篩分制備而成，細(xì)度模數(shù) 2.4，含泥量 1.1%，吸水率 16.9%，表觀密度 2360kg/m3，堆積密度 1380 kg/m3。

（5）外加劑

減水劑：福建科之杰新材料有限公司 P-400S 型聚羧酸高效減水劑，減水率 18%，含固量 6.4%。

緩凝劑：福建科之杰新材料有限公司 KZJ-M200 型砂漿開放時(shí)間調(diào)節(jié)劑，含固量 13%。

（6）纖維素醚：上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供的羥丙基甲基纖維素醚（HPMC），粉末狀，Ⅱ型，粘度為100000MPa·s。將 HPMC 緩慢加入 75℃ 左右蒸餾水中攪拌溶解，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.5% 的溶液備用。

（7）水：自來水。

1.2 試驗(yàn)配合比

根據(jù) JGJ/T 98—2010《砌筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》設(shè)計(jì)砂漿配合比。摻石粉濕拌砂漿其石粉的取代為 10% 的細(xì)集料，配合比設(shè)計(jì)如表3所示。

表3　配合比 kg/m3

1.3 試驗(yàn)方法

（1）試驗(yàn)條件環(huán)境溫度為 20℃±2℃，相對(duì)濕度為50%～60%。

（2）砂漿的物理性能試驗(yàn)：砂漿的稠度、保水率、凝結(jié)時(shí)間等指標(biāo)的測(cè)定參照 JGJ 70—2009《建筑砂漿基本性能的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

（3）砂漿的力學(xué)性能試驗(yàn)：砂漿抗壓強(qiáng)度的測(cè)定參照J(rèn)GJ 70—2009《建筑砂漿基本性能的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，采用 70.7mm×70.7mm×70.7mm 的立方體試件。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4　試驗(yàn)結(jié)果

2.1 再生細(xì)骨料對(duì)濕拌砂漿性能影響

圖 1 顯示了再生細(xì)骨料摻量對(duì)砂漿稠度的影響。由圖 1可知，隨著再生細(xì)骨料摻量的增加，濕拌砂漿拌合物稠度顯著降低，當(dāng)再生細(xì)骨料全部取代天然砂時(shí)，濕拌砂漿稠度僅為 53mm，降低幅度達(dá) 36mm，只可作地面砂漿。隨再生細(xì)骨料摻量增加，濕拌砂漿拌合物稠度損失逐漸增大，再生細(xì)骨料全部取代天然砂時(shí)，濕拌砂漿拌合物 5h 稠度僅為 38mm，損失達(dá)到 15mm，已不能滿足濕拌砂漿性能要求。因此，再生細(xì)骨料顯著降低濕拌砂漿拌合物稠度，稠度損失變大。

圖1　再生細(xì)骨料摻量對(duì)稠度的影響

圖2　再生細(xì)骨料摻量對(duì)保水率和凝結(jié)時(shí)間的影響

圖3　再生細(xì)骨料摻量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

圖 2 顯示了再生細(xì)骨料摻量對(duì)砂漿保水率和凝結(jié)時(shí)間的影響。由圖 2 可知，隨著再生細(xì)骨料摻量增加，濕拌砂漿拌合物保水率有適當(dāng)增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)幅度較低，當(dāng)再生細(xì)骨料全部取代天然砂時(shí)，砂漿拌合物保水率僅增加 1.2%。隨再生細(xì)骨料摻量增加，濕拌砂漿凝結(jié)時(shí)間顯著降低，當(dāng)摻量為 30%時(shí)，凝結(jié)時(shí)間為 22.4h，縮短了 4.1h；當(dāng)摻量為 50% 時(shí)，凝結(jié)時(shí)間為 10.6h，縮短了 15.9h；當(dāng)再生細(xì)骨料全部取代天然砂時(shí)，凝結(jié)時(shí)間僅為 8.3h，與不摻再生細(xì)骨料濕拌砂漿相比縮短了 18.2h。因此，再生細(xì)骨料對(duì)濕拌砂漿拌合物保水性影響較小，可適當(dāng)增加保水率，但能顯著影響濕拌砂漿的凝結(jié)時(shí)間，使之大幅度縮短。

與天然河砂相比，再生細(xì)骨料表面粗糙、尖銳有棱角，顆粒間有嵌擠作用，使?jié)癜枭皾{拌合物流動(dòng)性變差[2]；其次，再生細(xì)骨料吸水性大，導(dǎo)致濕拌砂漿拌合物初始稠度顯著降低，與此同時(shí)再生細(xì)骨料吸收了一部分水分，二者協(xié)同使砂漿保水性有適當(dāng)增加；再生細(xì)骨料吸附的水分散失較快，和骨料棱角性特點(diǎn)使?jié)癜枭皾{稠度損失較大，砂漿很快變成干硬性狀態(tài)，凝結(jié)時(shí)間大幅縮短。

圖 3 顯示了再生細(xì)骨料摻量對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度的影響。由圖 3 可知隨再生細(xì)集料摻量的增加，濕拌砂漿 7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度呈逐漸增長(zhǎng)趨勢(shì)。因此，再生細(xì)集料能提高砂漿抗壓強(qiáng)度。再生細(xì)骨料棱角性指數(shù)較大，硬化后的砂漿的力學(xué)性能得到適當(dāng)改善[2]。再生細(xì)骨料中含有適量石粉，石粉可以改善濕拌砂漿拌合物和易性，改善砂漿的孔結(jié)構(gòu)和界面結(jié)構(gòu)，使力學(xué)性能得到進(jìn)一步改善[3]。綜合考慮再生細(xì)骨料對(duì)濕拌砂漿性能的影響，其取代率不宜大于 30%。

2.2 再生細(xì)骨料對(duì)摻石粉濕拌砂漿性能的影響

圖 4 顯示了再生細(xì)骨料摻量對(duì)摻石粉砂漿稠度的影響。由圖 1、4 可知，石粉取代 10% 的砂，隨再生細(xì)集料摻量增加，濕拌砂漿拌合物初始稠度呈降低趨勢(shì)，稠度損失率呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，但相較于未摻石粉的濕拌砂漿，當(dāng)再生細(xì)集料取代率為 0%、10%、30%、50%、80%、100% 時(shí)，濕拌砂漿拌合物初始稠度分別提高了 9mm、9mm、11mm、14mm、15mm、9mm，稠度損失率分別降低了 1.9%、1.5%、2.7%、1.3%、4.4%、2.5%。因此，摻入石粉可以改善再生細(xì)骨料濕拌砂漿拌合物的初始稠度和稠度損失。

圖4　再生細(xì)骨料對(duì)摻石粉砂漿稠度的影響

圖 5 顯示了再生細(xì)骨料摻量對(duì)摻石粉砂漿保水率和凝結(jié)時(shí)間的影響。由圖 2、5 可知，石粉取代 10% 的砂，隨再生細(xì)集料摻量增加，濕拌砂漿拌合物保水率、凝結(jié)時(shí)間有適當(dāng)增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)幅度較低。相較于未摻石粉的濕拌砂漿，當(dāng)再生細(xì)骨料取代率為 0%、10%、30%、50%、80%、100%時(shí)，濕拌砂漿拌合物保水率分別提高了 1.4%、0.4%、1.2%、0.3%、0.6%、0.4%，凝結(jié)時(shí)間分別提高了1.3h、0.8h、0.8h、0.5h、0.2h、-0.1h。因此，隨著再生細(xì)骨料摻量的增加，石粉對(duì)再生細(xì)集料濕拌砂漿拌合物保水性和凝結(jié)時(shí)間的改善作用影響越來越小。根據(jù)石粉自身性質(zhì)及研究表明[4-5]，石粉是一種惰性摻合料，取代細(xì)集料使砂漿拌合物漿體量增多，改善了拌合物的粘聚性、流動(dòng)性和保水性；同時(shí)，石粉作為一種具有微集料效應(yīng)、形態(tài)效應(yīng)的粉體填充砂漿空隙，具有減水和潤(rùn)滑作用，且發(fā)揮其級(jí)配效應(yīng)，使?jié){體級(jí)配更合理，進(jìn)一步提高了砂漿拌合物稠度和保水率。

圖5　再生細(xì)骨料對(duì)摻石粉砂漿保水率和凝結(jié)時(shí)間的影響

圖6　再生細(xì)骨料對(duì)摻石粉砂漿抗壓強(qiáng)度的影響

圖 6 顯示了再生細(xì)骨料摻量對(duì)摻石粉砂漿抗壓強(qiáng)度的影響。由圖 3、6 可知，石粉取代 10% 的砂，隨再生細(xì)骨料摻量的增加，相較于未摻石粉的濕拌砂漿，濕拌砂漿 7d 和 28d抗壓強(qiáng)度均有一定程度的增長(zhǎng)。石粉取代細(xì)集料，使拌合物漿體總量增多，降低了體系“實(shí)際水膠比”，使?jié)癜枭皾{粘聚性增加，提高了抗壓強(qiáng)度。同時(shí)其微集料效應(yīng)、形態(tài)效應(yīng)、填充效應(yīng)使砂漿體系級(jí)配更合理，有利于砂漿力學(xué)性能的發(fā)展。此外，大量的細(xì)微石粉顆粒在漿體中可發(fā)揮其晶核作用[6]，它能夠使水泥顆粒被石粉顆粒充分包裹，為水泥水化創(chuàng)造有利條件，從而提高砂漿強(qiáng)度。

3 結(jié)論

（1）再生細(xì)骨料對(duì)濕拌砂漿的稠度、稠度損失、凝結(jié)時(shí)間的負(fù)面影響較為顯著。隨著再生細(xì)骨料摻量增加，砂漿的稠度、凝結(jié)時(shí)間降低明顯，稠度損失率明顯增大，但砂漿的強(qiáng)度有所增強(qiáng)。

（2）適量的石粉取代細(xì)集料能改善再生細(xì)骨料濕拌砂漿拌合物稠度、粘聚性和保水性，同時(shí)提高濕拌砂漿的抗壓強(qiáng)度。

（3）當(dāng)再生細(xì)骨料摻量為 30%、石粉摻量為 10%時(shí)，制備的濕拌砂漿各項(xiàng)性能指標(biāo)較優(yōu)。

[1] 孫躍東，肖建莊．再生混凝土骨料[J]．混凝土，2004,06: 33-36．

[2] 吳明威，付兆崗，李鐵翔，等．機(jī)制砂中石粉含量對(duì)混凝土性能影響的試驗(yàn)研究[J]．鐵道建筑技術(shù)，2000,04: 46-49．

[3] 楊曉燕．機(jī)制砂在預(yù)拌砂漿中的應(yīng)用研究[D]．重慶：重慶交通大學(xué)，2010．

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[6] I.Soroka, N.Settern. The effect of Fillers on strength of cement mortars [J]. Cement and Concrete Research 6 (1975): 367-376.

［通訊地址］福建省廈門市海滄區(qū)東孚鎮(zhèn)鳳山村風(fēng)美四路 39號(hào)（361027）

Experimental investigation on recycled fine aggregate and limestone power in premixed wet mortar

This paper concentrates on the influence of the basic performance of recycled fine aggregate content of mortar and the mixed stone powder wet mixing mortar by different proportion of recycled fine aggregate instead of natural sand. The results show that recycled fine aggregate has a pronounced effect for basic performance of Premixed wet mortar. And it has a promoting effect for premixed wet mortar when powder to replace part of fine aggregate. Emphasized, when the dosage of recycled fine aggregate is 30%, the dosage of limestone power is 10%, wet mixing mortar has a best performance.

wasted concrete block; recycled fine aggregate; limestone power; premixed wet mortar

連亞明，男，助理工程師，從事混凝土研發(fā)工作。