建筑垃圾再生微粉對(duì)生土材料性能的影響

劉學(xué)智

（青海省建筑建材科學(xué)研究院有限責(zé)任公司,青海 西寧 810008）

生土材料是一類制備簡(jiǎn)單、取材方便的傳統(tǒng)建筑材料,由于其具有熱工性能好、濕度可調(diào)節(jié)的優(yōu)勢(shì),因此在建筑材料發(fā)展史上得到了廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過長(zhǎng)期的發(fā)展與完善,生土材料目前已經(jīng)逐漸擺脫了落后、陳舊的負(fù)面印象,在現(xiàn)代化工程建設(shè)中展現(xiàn)出突出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。但是,生土材料當(dāng)受到雨水侵蝕、循環(huán)凍融等的影響時(shí),其力學(xué)性能、耐久性能都將發(fā)生劣化,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)使用壽命產(chǎn)生折損[1-2]。所以,為了促進(jìn)生土材料能夠適應(yīng)更為綜合化、多樣化的工程需求,就應(yīng)當(dāng)確保其兼具更加優(yōu)良的綜合性能。當(dāng)前,在工程實(shí)踐中,已經(jīng)出現(xiàn)了摻加水泥、石灰等來改善材料性能的先例,使得生土材料的應(yīng)用得到進(jìn)一步的拓展。而在建筑垃圾的復(fù)合應(yīng)用中,則大多針對(duì)再生骨料這一組分展開研究。為了深化建筑垃圾的再生利用率、改進(jìn)其對(duì)土工材料的改良作用,就需要建立起完善的再生制品標(biāo)準(zhǔn)并探究再生微粉的各項(xiàng)摻加標(biāo)準(zhǔn)[3-4]。

1 復(fù)摻再生微粉、水泥的力學(xué)性能分析

在本研究中,主要采用的再生微粉有RBP 及RCP 兩種,其主要成分分別來自于廢粘土磚及廢混凝土。同時(shí),根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范要求,基于研磨時(shí)間可將兩類再生微粉劃分為I、II 類,其各自的細(xì)度及篩余量指標(biāo)見表1。

表1 I/Ⅱ級(jí)下RBP 和RCP 的細(xì)度及篩余量

1.1 常溫養(yǎng)護(hù)條件下的抗壓強(qiáng)度

對(duì)復(fù)摻再生微粉、水泥處理得到的生土材料進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,從齡期、微粉類型上來分析,常溫條件下經(jīng)RBP 及水泥復(fù)摻處理后的生土材料較未處理組別在各齡期的抗壓強(qiáng)度均表現(xiàn)出顯著的增長(zhǎng)。其中,在7 d-28 d 的齡期內(nèi),使用I 級(jí)、II 級(jí)微粉時(shí)的增幅分別達(dá)到了32%～53%及30%～57%。

復(fù)摻再生微粉、水泥處理得到生土材料的摻量-28 d 抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線見圖1。根據(jù)圖1 可以發(fā)現(xiàn),復(fù)摻RBP、水泥的組別與復(fù)摻RCP、水泥均在摻量為10%附近出現(xiàn)下降拐點(diǎn)。但相較于后者,前者復(fù)摻所用不論為Ⅰ級(jí)或Ⅱ級(jí)微粉,在不同摻量下的抗壓強(qiáng)度均更高,且摻量越大,兩者間的差值越大。這也表明I/II級(jí)RBP 微粉、水泥在復(fù)摻生土材料中具有更好的復(fù)合效果。為了在此基礎(chǔ)上優(yōu)化微粉的摻量,應(yīng)當(dāng)將試驗(yàn)結(jié)果與對(duì)照組做比對(duì)分析。

圖1 復(fù)摻生土材料的摻量-28 d 抗壓強(qiáng)度關(guān)系

分別測(cè)定復(fù)摻處理得到的生土材料及對(duì)照組的28 d 抗壓強(qiáng)度。與DZ-1 對(duì)照組進(jìn)行比對(duì),復(fù)摻RBP、水泥組別的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出了一定程度的上升,其中Ⅰ級(jí)微粉組的增幅為26%～52%,II 級(jí)微粉組的增幅為18%～41%。此外,復(fù)摻RCP、水泥組別的抗壓強(qiáng)度也有一定程度的上升。在常溫條件下復(fù)摻RBP、水泥對(duì)于改善生土材料的抗壓強(qiáng)度具有顯著效果,其中當(dāng)摻加6%～14%的I/II 級(jí)RBP 微粉、摻加2%～10%的I/II 級(jí)RCP 微粉時(shí)生土材料的28 d 強(qiáng)度增幅最大。除此之外,RBP 微粉對(duì)于提升單摻水泥生土材料抗壓強(qiáng)度也存在促進(jìn)作用,當(dāng)Ⅰ級(jí)摻量為6%～14%、II 級(jí)摻量為10%時(shí)效果最為顯著。

1.2 炎熱養(yǎng)護(hù)條件下的抗壓強(qiáng)度

對(duì)復(fù)摻再生微粉、水泥處理得到的生土材料進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,從齡期、微粉類型上來分析,炎熱條件下經(jīng)RBP 及水泥復(fù)摻處理后的生土材料較未處理組別在各齡期的抗壓強(qiáng)度均表現(xiàn)出顯著的增長(zhǎng)。其中,在7 d-28 d 的齡期內(nèi),使用I 級(jí)、II 級(jí)微粉時(shí)的增幅分別達(dá)到了13%～23%及6%～20%。此外,根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),當(dāng)在炎熱條件下?lián)郊覴CP 及水泥進(jìn)行處理時(shí),生土材料在7 d-28 d 的齡期內(nèi),使用I級(jí)、II 級(jí)微粉時(shí)的增幅分別達(dá)到了6%～12%及2%～7%,但整體水平要低于同齡期摻加RBP 及水泥進(jìn)行處理的組別。也即在炎熱條件下?lián)郊覴BP、RCP 對(duì)于生土材料的抗壓強(qiáng)度具有負(fù)面作用,其中RCP 微粉的負(fù)面影響更為嚴(yán)重。

復(fù)摻再生微粉、水泥處理得到生土材料的摻量-28 d 抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線見圖2。根據(jù)圖2 可以發(fā)現(xiàn),復(fù)摻RBP、水泥的組別,不論I/II 級(jí)微粉均在摻量為10%附近出現(xiàn)下降拐點(diǎn)。復(fù)摻RCP、水泥的組別,不論I/II 級(jí)微粉均在摻量為6%附近出現(xiàn)下降拐點(diǎn)。這就表明RBP 微粉對(duì)于單摻水泥組別溫度適應(yīng)能力的影響比較微弱,允許摻加更高的微粉摻量；而RCP 微粉對(duì)于單摻水泥組別溫度適應(yīng)能力的影響比較顯著,為了保障炎熱條件下生土材料的養(yǎng)護(hù)效果,應(yīng)當(dāng)將其與常溫養(yǎng)護(hù)組別進(jìn)行比對(duì)。

圖2 復(fù)摻生土材料的摻量-28 d 抗壓強(qiáng)度關(guān)系

將常溫、炎熱條件下生土材料試驗(yàn)測(cè)得的28 d抗壓強(qiáng)度進(jìn)行比對(duì)。研究發(fā)現(xiàn),相較于常溫條件組別,復(fù)摻RBP、水泥組別在摻量為6%時(shí)達(dá)到峰值,在大于該摻量后呈現(xiàn)出小范圍下降的變化,其中Ⅰ級(jí)微粉的降幅為1%～3%,II 級(jí)微粉的降幅為5%～8%；復(fù)摻RCP、水泥組別也在摻量為6%時(shí)達(dá)到峰值,在大于該摻量后呈現(xiàn)出大范圍下降的變化,其中Ⅰ級(jí)微粉的降幅為5%～9%,II 級(jí)微粉的降幅為4%～12%。這也就表明炎熱條件下,向單摻水泥的生土材料中摻加微粉對(duì)其28 d 抗壓強(qiáng)度的影響,在I/II 級(jí)RBP 微粉的摻量處于2%～14%、Ⅰ級(jí)RCP 微粉摻量處于2%～14%、II 級(jí)RCP 微粉摻量處于2%～6%時(shí)比較小。

2 復(fù)摻再生微粉、水泥的耐久性分析

2.1 耐水浸泡性能

通過耐水浸泡試驗(yàn)得到生土材料的微粉摻量-吸水速率關(guān)系曲線見圖3。從微粉摻量這一自變量來看,復(fù)摻RBP、水泥組別與復(fù)摻RCP、水泥組別的吸水速率均在摻量為2%達(dá)到峰值,且其整體水平遠(yuǎn)低于DZ-1 對(duì)照組、略低于DZ-2 對(duì)照組。綜合考慮復(fù)摻生土材料的微粉摻量、耐水延遲指數(shù)之間的關(guān)系,對(duì)于復(fù)摻RBP、水泥組別及復(fù)摻RCP、水泥組別而言,耐水延遲指數(shù)從摻量為2%處即開始上升,且其整體水平遠(yuǎn)高于DZ-1 對(duì)照組、略高于DZ-2 對(duì)照組。這也就說明了摻加RBP、RCP 都會(huì)對(duì)于單摻水泥生土材料的耐水浸泡性能產(chǎn)生積極影響,且其摻量以6%～14%為最優(yōu)。

圖3 微粉摻量- 吸水速率關(guān)系曲線

2.2 吸放濕性能

復(fù)摻微粉、水泥的生土材料質(zhì)量在養(yǎng)護(hù)的前7 d始終處于高速增長(zhǎng)的過程中,待養(yǎng)護(hù)至7 d 后增速逐漸放緩,在養(yǎng)護(hù)的13 d 時(shí)吸濕質(zhì)量達(dá)到峰值,所以在本研究中將試件的13 d 質(zhì)量看作穩(wěn)定吸濕質(zhì)量[5]。在測(cè)定吸放濕性能時(shí)得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見圖4。

圖4 生土材料吸放濕性能試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)生土材料中微粉摻量、吸水率之間的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn),對(duì)于復(fù)摻RBP、水泥組別及復(fù)摻RCP、水泥組別而言,微粉摻量為6%～10%時(shí)所對(duì)應(yīng)的吸濕率遠(yuǎn)低于DZ-1 及DZ-2 對(duì)照組。但當(dāng)微粉摻量不處于該范圍時(shí),試件所對(duì)應(yīng)的吸濕率則將接近或超過DZ-1及DZ-2 對(duì)照組。綜合考慮生土材料中微粉摻量、自然干燥速率之間的關(guān)系,對(duì)于復(fù)摻RBP、水泥組別及復(fù)摻RCP、水泥組別而言,微粉摻量為6%～10%時(shí)所對(duì)應(yīng)的自然干燥速率接近或低于DZ-1 及DZ-2 對(duì)照組。但當(dāng)微粉摻量不處于該范圍時(shí),試件所對(duì)應(yīng)的吸濕率則將超過DZ-1 及DZ-2 對(duì)照組。這一規(guī)律表明了當(dāng)微粉摻量處于較低水平時(shí)難以填充密實(shí)生土材料的孔隙,而當(dāng)微粉摻量處于較高水平時(shí)則將產(chǎn)生大量孔隙,使得材料的吸放濕性能劣化,僅當(dāng)微粉摻量處于6%～10%的范圍內(nèi)時(shí)能夠取得較好的吸放濕性能。

2.3 干濕循環(huán)性能

在測(cè)定干濕循環(huán)性能時(shí)得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見圖5。

圖5 生土材料干濕循環(huán)性能試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)生土材料中微粉摻量、質(zhì)量損失率之間的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn),對(duì)于復(fù)摻RBP、水泥組別及復(fù)摻RCP、水泥組別而言,當(dāng)微粉摻量高于2%時(shí)其所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量損失率均呈現(xiàn)出上升的變化趨勢(shì),且遠(yuǎn)低于DZ-1 對(duì)照組而高于DZ-2 對(duì)照組,但兩者均滿足低于10%的限值要求。此外,相較于復(fù)摻RCP、水泥組別,復(fù)摻RBP、水泥組別在Ⅰ/Ⅱ級(jí)微粉下的質(zhì)量損失率均更低,且隨著摻量的提高兩類Ⅰ/Ⅱ級(jí)微粉所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量損失率差值逐漸增大。綜合考慮生土材料中微粉摻量、強(qiáng)度損失率之間的關(guān)系,對(duì)于復(fù)摻RBP、水泥組別及復(fù)摻RCP、水泥組別而言,強(qiáng)度損失率在摻量高于2%后逐漸上升,但當(dāng)摻量大于10%后其所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度損失率大于DZ-2 對(duì)照組。這也表明了摻加RBP、RCP 微粉都將使得單摻水泥生土材料的干濕循環(huán)性能發(fā)生變化,當(dāng)摻量在2%～10%的范圍內(nèi)時(shí)這一影響較為微弱。

2.4 凍融循環(huán)性能

在測(cè)定凍融循環(huán)性能時(shí)得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見圖6。

圖6 凍融循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)生土材料中微粉摻量、質(zhì)量損失率之間的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn),對(duì)于復(fù)摻RBP、水泥組別及復(fù)摻RCP、水泥組別而言,當(dāng)微粉摻量高于2%時(shí)其所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量損失率均呈現(xiàn)出上升的變化趨勢(shì),且遠(yuǎn)低于DZ-1 對(duì)照組,滿足低于5%的限值要求。此外,當(dāng)微粉摻量大于6%時(shí),相較于復(fù)摻RBP、水泥組別,復(fù)摻RCP、水泥組別在Ⅰ/Ⅱ級(jí)微粉下的質(zhì)量損失率均更低,且隨著摻量的提高兩類Ⅰ/Ⅱ級(jí)微粉所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量損失率更為接近DZ-2 對(duì)照組。綜合考慮生土材料中微粉摻量、強(qiáng)度損失率之間的關(guān)系,對(duì)于復(fù)摻RBP、水泥組別及復(fù)摻RCP、水泥組別而言,強(qiáng)度損失率在摻量高于2%后逐漸上升,且整體高于DZ-2 對(duì)照組。當(dāng)摻量大于10%后其所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度損失率不滿足強(qiáng)度損失率的相應(yīng)要求。這也表明了摻加RBP、RCP 微粉都將使得單摻水泥生土材料的凍融循環(huán)性能發(fā)生負(fù)面變化,在I/II級(jí)RBP 微粉的摻量處于2%～6%、Ⅰ級(jí)RCP 微粉摻量處于2%～6%時(shí)這一影響比較微弱。

3 結(jié)論

本研究以復(fù)摻再生微粉、水泥得到的生土材料為研究對(duì)象,分別從力學(xué)性能、耐久性兩個(gè)層面進(jìn)行試驗(yàn)研究,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)于復(fù)摻再生微粉、水泥得到的生土材料而言,再生微粉被控制在一定范圍內(nèi)時(shí)能夠顯著優(yōu)化材料的性能,使其滿足工程建設(shè)需求并適應(yīng)多樣化的環(huán)境。