全廢棄混凝土類再生細(xì)骨料干混砌筑砂漿的配合比研究

洪建華，宋炳峰，鄭旭衛(wèi)，羅季英

（1.浙江意誠檢測有限公司，浙江 金華 321015；2.平陽縣水利局，浙江 平陽 325400）

1 問題的提出

隨著我國城市化建設(shè)的快速發(fā)展，城改拆遷和建筑活動(dòng)每年會(huì)帶來大量建筑垃圾，當(dāng)前建筑垃圾只有少部分進(jìn)行再加工充分利用，絕大多數(shù)運(yùn)用露天堆積或掩埋的方法進(jìn)行處置。建筑垃圾處理和堆放不僅耗費(fèi)較多資金，而且對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染和破壞。龐曉凡[1]通過X射線衍射分析葡萄糖酸鈉對水泥水化產(chǎn)物的影響，發(fā)現(xiàn)葡萄糖酸鈉加快鋁酸三鈣溶解與鈣礬石產(chǎn)生，減緩了硅酸三鈣水化和氫氧化鈣生成，總體上表現(xiàn)出良好的緩凝作用。陳春珍[2]認(rèn)為增黏劑可以改善拌合物的黏聚性，并對砂漿強(qiáng)度有一定的影響。以上研究主要針對再生細(xì)骨料部分替代天然細(xì)骨料的再生砂漿性能研究，對于全再生細(xì)骨料砂漿的研究較少，因此，有必要研究全再生細(xì)骨料砂漿的配合比。本文通過室內(nèi)配合比試驗(yàn)研究全再生干混砌筑砂漿的保水率、2 h稠度損失率、抗壓強(qiáng)度，分析齡期、水泥-粉煤灰、添加劑的摻量等因素對再生干混砌筑砂漿性能的影響，研制出保水性、2 h稠度損失率符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25181—2019《預(yù)拌砂漿》[3]的M5、M7.5、M10再生干混砌筑砂漿。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)材料

干混砌筑砂漿所用原材料有：再生細(xì)骨料、水泥、粉煤灰、添加劑等。其中，再生細(xì)骨料為純廢棄混凝土類細(xì)骨料，基本物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1。水泥選用42.5普通硅酸鹽水泥，粉煤灰用II級粉煤灰，添加劑主要有葡萄糖酸鈉、10萬分子量聚羥基甲基纖維素，拌合用水采用自來水，用水量根據(jù)稠度70~80 mm確定。

表1 純廢棄混凝土類再生細(xì)骨料物理性能指標(biāo)表

2.2 試樣制備及試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)選用砂漿攪拌機(jī)進(jìn)行機(jī)械混合攪拌，機(jī)械混合攪拌1次需要時(shí)間為180 s，共進(jìn)行2次攪拌。制備試樣時(shí)，首先應(yīng)依據(jù)試驗(yàn)方案稱一定量的再生細(xì)骨料、水泥、粉煤灰和添加劑，根據(jù)稠度確定用水量，把已經(jīng)稱量的各類材料裝入攪拌桶內(nèi)，利用攪拌機(jī)進(jìn)行機(jī)械攪拌，攪拌180 s 后停止攪拌。將攪拌桶邊緣和攪拌機(jī)葉片的砂漿刮于攪拌桶中央，再進(jìn)行第二次攪拌。攪拌停止以后，把留在攪拌機(jī)葉片上的砂漿刮進(jìn)攪拌桶中，對攪拌桶內(nèi)砂漿人工拌合后，進(jìn)行保水性試驗(yàn)和稠度試驗(yàn)，最后開始制樣。制備試樣時(shí)，按照J(rèn)GJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[4]，采用人工插搗成型的方法將砂漿一次性裝滿砂漿試模，成型時(shí)要保證試樣不出現(xiàn)孔洞、麻面、蜂窩等缺陷。完成試樣制備后，立刻貼上標(biāo)簽，以防止不同配合比的試樣混合。將試樣放進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，達(dá)到齡期7 d和28 d后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)方案見表2。

表2 試驗(yàn)方案表

為了得到各添加劑摻量對干混砌筑砂漿的保水率、稠度、2 h稠度損失率、抗壓強(qiáng)度的影響，試配砂漿強(qiáng)度M5，選取水泥摻量為183 kg/m3，粉煤灰37 kg/m3；試配砂漿強(qiáng)度M7.5，選取水泥摻量為201 kg/m3，粉煤灰40 kg/m3；試配砂漿強(qiáng)度M10，選取水泥摻量為221 kg/m3，粉煤灰44 kg/m3。按照表2的試驗(yàn)方案進(jìn)行單摻試驗(yàn)并進(jìn)行立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果見圖1~7。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 水泥-粉煤灰摻量的影響

圖1是在葡萄糖酸鈉摻量和10萬分子量聚羥基甲基纖維素?fù)搅繛?.00%時(shí)，純廢棄混凝土類再生細(xì)骨料配制的干混砌筑砂漿在不同齡期下，立方體抗壓強(qiáng)度與水泥-粉煤灰摻量的變化關(guān)系曲線。從圖1可以看出：全再生細(xì)骨料干混砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度隨水泥-粉煤灰摻量的增多而提高。齡期為7 d時(shí)，干混砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度隨水泥-粉煤灰摻量的增加而提高；當(dāng)水泥-粉煤灰摻量從220 kg/m3提高到241 kg/m3時(shí)，抗壓強(qiáng)度最大提高1.2 MPa；當(dāng)水泥-粉煤灰摻量從241 kg/m3增加到265 kg/m3時(shí)，抗壓強(qiáng)度最大提高0.7 MPa。齡期28 d時(shí)，隨著水泥-粉煤灰含量增加，干混砌筑砂漿的強(qiáng)度有提高；當(dāng)水泥-粉煤灰摻量從220 kg/m3增加到241 kg/m3時(shí)，抗壓強(qiáng)度最多增大1.4 MPa；當(dāng)水泥-粉煤灰摻量從241 kg/m3增加到265 kg/m3時(shí)，抗壓強(qiáng)度最高提高1.6 MPa。

圖1 水泥-粉煤灰與抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線圖

砌筑砂漿強(qiáng)度和水泥-粉煤灰摻量呈正相關(guān)關(guān)系，主要是水泥發(fā)生水化反應(yīng)，粉煤灰發(fā)生形態(tài)效應(yīng)、火山灰效應(yīng)與微集料效應(yīng)。水泥水化反應(yīng)指水泥水化過程形成C-S-H凝膠，凝膠包裹細(xì)骨料，并填充于細(xì)骨料孔隙之間，生成相互聯(lián)結(jié)的絮狀結(jié)構(gòu)、團(tuán)狀結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，擁有凝結(jié)硬化作用。隨著水泥摻量的增加，水化產(chǎn)物增多，并不斷填充細(xì)骨料間孔隙，細(xì)骨料間聯(lián)結(jié)增強(qiáng)，形成完整的網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu)，具有很高的強(qiáng)度。粉煤灰形態(tài)效應(yīng)指粉煤灰粉料物理形狀發(fā)生的效應(yīng)，粉煤灰粒形完整，質(zhì)地致密，表面光滑，具有減水、致密、勻質(zhì)作用。粉煤灰火山灰效應(yīng)指粉煤灰化學(xué)成分含有活性Al2O3與SiO2，活性物質(zhì)能與水泥水化生成物Ca(OH)2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水化鋁酸鈣、水化硅酸鈣等膠凝物質(zhì)，生成的膠凝材料能夠充填細(xì)骨料間的孔隙、起到增強(qiáng)作用，提高砂漿的抗壓強(qiáng)度。粉煤灰微集料效應(yīng)指粉煤灰細(xì)顆粒分布于水泥漿內(nèi)，填充到微小孔隙中，形成骨架，陰止微裂縫的發(fā)展，優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu)和增大密實(shí)度，增強(qiáng)砂漿強(qiáng)度。

3.2 單摻葡萄糖酸鈉摻量的影響

水泥-粉煤灰摻量分別為220、241、265 kg/m3時(shí)，純廢棄混凝土類再生細(xì)骨料配制的干混砌筑砂漿在不同齡期下立方體抗壓強(qiáng)度與葡萄糖酸鈉摻量的變化關(guān)系曲線見圖2。從圖2可以看出：葡萄糖酸鈉摻量與抗壓強(qiáng)度曲線具有相似的變化趨勢，曲線都是先下降，下降至最低點(diǎn)，再緩慢上升，最后趨于緩和。齡期為7 d，不摻入外加劑葡萄糖酸鈉時(shí)，立方體抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，隨著葡萄糖酸鈉摻量從0.05%增加到0.25%，抗壓強(qiáng)度緩慢增強(qiáng)。齡期為28 d，葡萄糖酸鈉摻量為0.05%時(shí)，立方體抗壓強(qiáng)度最小，隨著葡萄糖酸鈉摻量從0.05%增加到0.25%，抗壓強(qiáng)度逐漸變大，當(dāng)摻量為0.25%時(shí)，抗壓強(qiáng)度到達(dá)最大值。

圖2 葡萄糖酸鈉與抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線圖

3.3 單摻10萬分子量聚羥基甲基纖維素?fù)搅康挠绊?/h3>

水泥-粉煤灰摻量分別為220、241、265 kg/m3時(shí)，純廢棄混凝土類再生細(xì)骨料配制的干混砌筑砂漿在不同齡期下立方體抗壓強(qiáng)度與10萬分子量聚羥基甲基纖維素?fù)搅康淖兓P(guān)系曲線見圖3。從圖3可以看出：干混砌筑砂漿立方體抗壓強(qiáng)度隨著10萬分子量聚羥基甲基纖維素?fù)搅康脑黾佣鴾p小。齡期為7 d，不摻入外加劑10萬分子量聚羥基甲基纖維素時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，隨著羥基甲基纖維素?fù)搅繌?.05%增加到0.25%，抗壓強(qiáng)度減小約40%。齡期為28 d，不摻入羥基甲基纖維素時(shí)，抗壓強(qiáng)度最大，羥基甲基纖維素為0.25%時(shí)，抗壓強(qiáng)度最小。

圖3 羥基甲基纖維素與抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線圖

10萬分子量聚羥基甲基纖維素作為增黏劑，能夠改善砂漿拌合物的黏聚性，延長凝結(jié)時(shí)間，對砂漿有緩凝作用。摻入增黏劑后砂漿的抗壓強(qiáng)度減小，這主要是因?yàn)?，摻入增黏劑后，砂漿的凝結(jié)硬化時(shí)間延長，減緩水泥水化反應(yīng)，造成水化程度低，水化產(chǎn)物少，改變砂漿的微觀結(jié)構(gòu)，抑制砂漿微觀總孔隙量與總孔隙率的降低。隨著增黏劑摻量的增大，砂漿力學(xué)特性將產(chǎn)生較大的改變，各指標(biāo)值將會(huì)下降。

3.4 單摻添加劑對保水率和2 h稠度損失率影響

圖4~5是分別在單摻不同量的葡萄糖酸鈉和10萬分子量聚羥基甲基纖維素時(shí)干混砌筑砂漿保水率柱狀圖。從圖4~5中可以看出：在不摻入添加劑時(shí)，干混砌筑砂漿保水率基本不能滿足規(guī)范GB/T 25181—2019《預(yù)拌砂漿》的大于等于88%的要求；單摻葡萄糖酸鈉、10萬分子量聚羥基甲基纖維素，其保水率滿足規(guī)范要求。圖6~7是分別在單摻不同量的葡萄糖酸鈉和10萬分子量聚羥基甲基纖維素時(shí)干混砌筑砂漿2 h稠度損失率柱狀圖。從圖6~7中可以看出：在不摻入添加劑時(shí)，干混砌筑砂漿2 h稠度損失率不滿足規(guī)范GB/T 25181—2019《預(yù)拌砂漿》的小于等于30%的要求；單摻葡萄糖酸鈉、10萬分子量聚羥基甲基纖維素，其2 h稠度損失率也不能滿足規(guī)范要求。

圖4 葡萄糖酸鈉與保水率關(guān)系曲線圖

圖5 羥基甲基纖維素與保水率關(guān)系曲線圖

圖6 葡萄糖酸鈉與2 h稠度損失率關(guān)系曲線圖

圖7 羥基甲基纖維素與2 h稠度損失率關(guān)系曲線圖

3.5 同時(shí)摻入添加劑對保水率和2 h稠度損失率影響

以葡萄糖酸鈉摻量0.20%，10萬分子量聚羥基甲基纖維素?fù)搅?.05%的組合為干混砌筑砂漿的添加劑組合，進(jìn)行全廢棄混凝土類再生細(xì)骨料干混砂漿的配合比研究，其試驗(yàn)方案與結(jié)果見表3。

表3 試驗(yàn)方案與結(jié)果表

從表3結(jié)果可知：同時(shí)摻入添加劑葡萄糖酸鈉和10萬分子量聚羥基甲基纖維素，干混砌筑砂漿均能滿足GB/T 25181—2019《預(yù)拌砂漿》保水率、2 h稠度損失率的要求；隨著齡期的增加，砂漿抗壓強(qiáng)度均有提高，7 d強(qiáng)度約為28 d強(qiáng)度的60%；隨著水泥-粉煤灰膠凝材料的增加，干混砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度均有提高，而且砂漿抗壓強(qiáng)度均滿足M5、M7.5、M10要求。

通過全再生干混砂漿配合比設(shè)計(jì)，研制出保水性、2 h稠度損失率符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25181—2019《預(yù)拌砂漿》的M5、M7.5、M10再生干混砌筑砂漿產(chǎn)品。全廢棄混凝土類再生細(xì)骨料配制干混砌筑砂漿的配合比見表4。

表4 全廢棄混凝土類再生細(xì)骨料配制干混砌筑砂漿的配合比表

4 結(jié) 論

（1）通過單摻試驗(yàn)研究葡萄糖酸鈉、10萬分子量聚羥基甲基纖維素的摻量對全廢棄混凝土類再生細(xì)骨料配制干混砌筑砂漿的保水性、稠度、2 h稠度損失率、立方體抗壓強(qiáng)度的影響和變化規(guī)律；水泥-粉煤灰膠凝材料摻量越多，干混砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度越高，而添加劑葡萄糖酸鈉的摻量存在臨界值，在臨界值內(nèi)，強(qiáng)度隨添加劑的摻量增加而減小，超過臨界值后，強(qiáng)度隨添加劑摻量的增加而增大；隨著10萬分子量聚羥基甲基纖維素的摻量增大，抗壓強(qiáng)度減小。單摻葡萄糖酸鈉、10萬分子量聚羥基甲基纖維素，其保水率滿足規(guī)范要求，2 h稠度損失率不滿足規(guī)范要求。

（2）通過摻入葡萄糖酸鈉摻量0.20%、10萬分子量聚羥基甲基纖維素?fù)搅?.05%的添加劑組合，其保水率、2 h稠度損失率滿足規(guī)范要求。

（3）通過全再生干混砂漿配合比設(shè)計(jì)，研制出保水性、2 h稠度損失率符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25181—2019《預(yù)拌砂漿》的M5、M7.5、M10再生干混砌筑砂漿產(chǎn)品。