再生碎磚骨料混凝土單位用水量的試驗(yàn)研究

卜貴賢，杜旭斌，楊 川

(楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100)

再生碎磚骨料混凝土單位用水量的試驗(yàn)研究

卜貴賢，杜旭斌，楊 川

(楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100)

利用城市及村鎮(zhèn)拆遷改造中產(chǎn)生的大量廢磚垃圾作為骨料配制混凝土是環(huán)境保護(hù)的大勢所需。碎磚骨料吸水性強(qiáng)，再生碎磚骨料混凝土單位用水量需按單位附加水量與單位凈用水量兩部分考慮計(jì)算。通過試驗(yàn)，測試了4.75 mm～40 mm之間四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)粒級在不同浸水時(shí)間的含水率，試配混凝土并分析了砂率及單位凈用水量對混凝土工作性的影響規(guī)律。結(jié)果顯示碎磚骨料48 h飽和吸水率為18.6%，浸水45 min的含水率為16.71%～17.28%，粒徑小吸水則快；水灰比與骨料用量一定時(shí)，砂率小，單位凈用水量大，流動(dòng)性則大。據(jù)此，建立了再生碎磚骨料混凝土附加水量計(jì)算式；構(gòu)建了最大粒徑31.5 mm連續(xù)級配的再生碎磚骨料混凝土在不同的水灰比和骨料用量情況下，獲得不同工作性能時(shí)的砂率與單位凈用水量的參考值表?？晒┡浜媳仍O(shè)計(jì)確定單位用水量參考。

再生碎磚骨料；再生混凝土；單位附加水量；單位凈用水量

隨著對環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求的不斷提高，人們對再生混凝土的利用越來越重視[1-4]，對再生混凝土性能及配合比亦有很多相關(guān)研究[5-15]，對再生碎磚骨料混凝土也有初步研究[7，14-15]。文獻(xiàn)[12，16]表明，再生骨料吸水性很強(qiáng)，文獻(xiàn)[12，17]提出采用“附加水量”的做法以消除廢混凝土骨料吸水對混凝土工作性的影響。文獻(xiàn)[16]提出基于骨料飽和面干狀態(tài)磚骨料不同代換量和不同含水狀態(tài)下達(dá)到飽和時(shí)的靜態(tài)“附加水量”計(jì)算式。文獻(xiàn)[17]針對廢混凝土骨料再生混凝土建立了骨料吸水量隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)模型。文獻(xiàn)[12]表明再生骨料含水率不能過高，否則會(huì)削弱混凝土強(qiáng)度。所以，出于混凝土生產(chǎn)工藝的需要，利用動(dòng)態(tài)模型靈活確定拌合澆搗不同時(shí)長內(nèi)的“附加水量”是必要的，這樣可以在拌合時(shí)即時(shí)加入滿足有限時(shí)長內(nèi)(一般在10 min～60 min之間)骨料吸水需要的“附加水量”。對滿足混凝土和易性需要的單位凈用水量的確定，文獻(xiàn)[17]對于廢舊混凝土骨料的再生混凝土，按普通石子混凝土單位用水量的方法來確定，石子普通混凝土通常都有單位用水量參考值可供初步配合設(shè)計(jì)使用。為此，研究再生碎磚骨料混凝土“附加水量”的動(dòng)態(tài)模型，構(gòu)建砂率與單位凈用水量選用參考值表，對再生碎磚骨料混凝土的生產(chǎn)是必要的。

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

1.1 材料

碎磚粗骨料采用陜西關(guān)中地區(qū)舊民宅及底層樓房拆除廢舊黏土燒結(jié)磚料，經(jīng)測試，這些廢磚料物理力學(xué)性能基本接近，抗壓強(qiáng)度符合《燒結(jié)普通磚》[18](GB 5101—2003)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的MU10的要求，表觀密度1 670 kg/m3。對廢舊磚料經(jīng)人工破碎并用標(biāo)準(zhǔn)篩分級獲得4.75 mm～10 mm、10 mm～20 mm、20 mm～31.5 mm、31.5 mm～40 mm四個(gè)粒級，其堆積密度在840 kg/m3～865 kg/m3，針片狀顆粒含量3%。

水泥采用當(dāng)?shù)厥袌龀Ｓ玫募綎|石盾牌復(fù)合硅酸鹽32.5R水泥，密度3.1 g/cm3，經(jīng)檢驗(yàn)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合《通用硅酸鹽水泥》[19](GB 175—2007)。

細(xì)骨料(河砂)：采用渭河天然中砂，細(xì)度模數(shù)為2.6，視密度2.6 g/cm3，自然狀態(tài)下干砂的堆積密度為1 482 kg/m3，含泥量0.4%。各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合《建筑用砂》[20](GB/T14684—2011)與《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[21](JGJ52—2006)技術(shù)要求。

1.2 試驗(yàn)方法

對碎磚骨料依據(jù)《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[21](JGJ52—2006)測定各粒級隨時(shí)間延續(xù)的含水率，回歸分析含水率與時(shí)間關(guān)系模型。通過試配碎磚骨料再生混凝土，確定滿足一定生產(chǎn)要求的混凝土和易性的砂率及單位凈用水量。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 碎磚骨料優(yōu)級配

通過對碎磚粗骨料最優(yōu)級配試驗(yàn)[15]，獲得不同最大粒徑連續(xù)級配骨料的最優(yōu)級配。

表1 碎磚骨料最優(yōu)級配表

2.2 碎磚骨料含水率

按4.75 mm～10 mm、10 mm～20 mm、20 mm～31.5 mm、31.5 mm～40 mm四個(gè)粒級分別測試不同時(shí)間的吸水率值，結(jié)果見表2。并繪制各粒級含水率時(shí)間關(guān)系曲線，見圖1。

圖1 含水率與浸水時(shí)間關(guān)系曲線

從表2可以看出，碎磚骨料吸水很強(qiáng)，飽和吸水率在18.6%左右，初期吸水曲線陡立，快速量大，5 min之內(nèi)浸水含水率達(dá)15.91%到17%，達(dá)到總吸水率的85.54%到91.4%。中后期速慢量小，達(dá)到飽和吸水率用時(shí)約48 h。因小粒級骨料總表面積比大粒級的骨料總表面積大，吸水通道多，小粒級骨料前期吸水速率比大粒徑骨料吸水速率大，而飽和吸水率基本一致。

經(jīng)分析，若以時(shí)間作為自變量X，將時(shí)間與含水率之比值作為因變量Y，其各粒級的X-Y關(guān)系曲線均為斜直線，數(shù)據(jù)符合雙曲線擬合特征[22]，擬合得不同粒級的含水率隨時(shí)間變化規(guī)律模型，分別見式(1)～式(3)。

31.5 mm～40 mm粒級與20 mm～31.5 mm粒級吸水性變化模型為：

ω=t/(0.06t+0.05)

(1)

10 mm～20 mm粒級吸水性變化模型為：

ω=t/(0.05t+0.11)

(2)

10 mm～4.75 mm粒級吸水性變化模型為：

ω=t/(0.05t+0.09)

(3)

式中：ω為含水率，%；t為浸水時(shí)間，min。

對式(1)、式(2)、式(3)經(jīng)分析計(jì)算，其剩余標(biāo)準(zhǔn)離差S*分別為0.37%、0.35%和0.42%，即95%的誤差分別在0.37%、0.35%和0.42%以內(nèi)，回歸精度較高。

對于連續(xù)級配骨料的吸水量，可以按粒級優(yōu)級配比例進(jìn)行加權(quán)計(jì)算。

如果拌合混凝土?xí)r碎磚骨料不是預(yù)浸水，而是拌合時(shí)即時(shí)加入“附加水量”，這時(shí)，考慮水泥漿對骨料吸水通道有一定地阻塞作用，使實(shí)際吸水速率有所降低，故可適當(dāng)減少附加水量1%左右，避免附加水量不能被及時(shí)吸收而游離于水泥漿中，增大水灰比，影響混凝土的質(zhì)量。

2.3 碎磚骨料混凝土砂率參考值

預(yù)先經(jīng)正交試驗(yàn)分析得知，影響碎磚骨料再生混凝土和易性的主次因素依次為砂率、碎磚骨料用量、處理方式、水灰比與粒徑。其砂率對和易性的影響表現(xiàn)為：某一水灰比下，同一流動(dòng)性等級內(nèi)隨著碎磚骨料用量的增大，砂率由大減??；某一水灰比下，當(dāng)碎磚骨料用量一定時(shí)，砂率由小到大，流動(dòng)性由小到大增加，增加到一定程度后，隨砂率的增大流動(dòng)性又由大到小降低，總體呈現(xiàn)單峰狀變化(在碎磚骨料用量965 kg，水灰比0.55時(shí)，測定了不同砂率的流動(dòng)性，數(shù)據(jù)見表3和圖2所示，符合此規(guī)律)；碎磚骨料用量一定，為獲得同一流動(dòng)性等級的混凝土，當(dāng)水灰比增大時(shí)，砂率亦需增加。

表3 砂率與塌落度關(guān)系表

圖2

在上述推論基礎(chǔ)上，就最大粒徑31.5 mm連續(xù)級配的碎磚骨料進(jìn)行了不同水灰比與不同用量下不同砂率的拌合物和易性測試，獲得不同流動(dòng)性等級狀態(tài)(分低塑性、塑性、流動(dòng)性及大流動(dòng)性四個(gè)等級)下的砂率值，見表4～表7。

表4 水灰比0.45砂率參考表

表5 水灰比0.55砂率參考表

表6 水灰比0.65砂率參考表

2.4 碎磚骨料混凝土單位凈用水量

在碎磚骨料用量、砂率及水灰比等因素一定的條件下，根據(jù)拌合工藝時(shí)間要求，依據(jù)公式計(jì)算出碎磚骨料各粒級含水率，確定出附加水量，再利用假定濕表觀密度(含附加水量在內(nèi)按2 140 kg/m3考慮)法，經(jīng)試配獲得滿足和易性要求的單位凈用水量。見表8～表11。

表7 水灰比0.75砂率參考表

表8 水灰比0.45和易性單位凈用水量選用表

表9 水灰比0.55和易性單位凈用水量選用表

表10 水灰比0.65和易性單位凈用水量選用表

表11 水灰比0.75和易性單位凈用水量選用表

3 結(jié) 論

(1) 碎磚骨料吸水性具有初期吸水量大速度快的特點(diǎn)，附加水量主要考慮拌合澆筑工藝時(shí)間內(nèi)的吸水量較為合理，無需要求達(dá)到飽和吸水量狀態(tài)。利用公式計(jì)算確定附加水量，能更好地適應(yīng)拌合澆筑時(shí)間長短不一的生產(chǎn)工藝需要。

(2) 試驗(yàn)構(gòu)建的最大粒徑31.5 mm碎磚骨料再生混凝土在不同水灰比(0.45、0.55、0.65、0.75)和碎磚骨料不同用量(750 kg、820 kg、890 kg、965 kg)的情況下，獲得不同流動(dòng)性等級時(shí)的砂率與單位凈用水量參考值，對再生碎磚骨料混凝土的利用和生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

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Experimental Study on Water Consumption of Recycled Brickbat and Aggregate Concrete Producing

BU Guixian, DU Xubin, YANG Chuan

(YanglingVocationalandTechnicalCollege,Yangling,Shaanxi712100,China)

An environment-friendly and commonly adopted method to dispose the construction waste in urban and rural buildings demolition and reconstruction in China is produce aggregate concrete with the recycled brickbat. Brick aggregate has strong water absorption, therefore the unit water consumption calculation of producing brick aggregate concrete includes two parts: unit additional water consumption and unit net water consumption. In this paper the moisture content of four standard fractions between 4.75 mm～40 mm in different immersing time was tested, then a small amount of concrete was produced and the net water consumption was analyzed. The result shows that saturation water absorption of brick aggregate at 48 h is 18.6%; moisture content is 16.71%～17.28% after 45 minutes soaking. the smaller the size fraction is the quicker in water absorbing. When the amount of water-cement ratio and brick aggregate are fixed, the less the sand ratio is, the bigger the fluidity and unit net water consumption will be. Consequently the additional water consumption formula is proposed, and a reference table is provided. The table indicates sand ratio and unit water consumption to produce different workability of max 31.5 mm diameter continuously graded recycled aggregate concrete in varying water-cement ratio and brick aggregate content.

recycled brick aggregate; recycled concrete; additional unit water consumption; net unit water consumption

10.3969/j.issn.1672-1144.2017.03.034

2017-02-24

2017-03-29

陜西省教育廳自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2020122)

卜貴賢(1961—)，男，陜西扶風(fēng)人，副教授，主要從事工程施工與材料、工程造價(jià)及評價(jià)的教學(xué)與研究工作。 E-mail:ylzybgx@163.com

TU528.041

A

1672—1144(2017)03—0165—04