節(jié)能利廢型再生混凝土多孔磚配合比試驗研究

蔣卓淵，徐建煉，陳瀾，楊彤，居陽 （宿遷學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇 宿遷 223800）

0 引言

隨著時代進(jìn)步，我國建筑行業(yè)飛速發(fā)展，現(xiàn)階段我國的新建民用建筑多采用框架結(jié)構(gòu)，高層建筑多為剪力墻結(jié)構(gòu)，這也意味著之前磚混結(jié)構(gòu)的舊建筑物將要被拆除，廢舊建筑物的拆除勢必會產(chǎn)生大量的建筑垃圾，作為主要建筑材料的粘土磚不僅浪費多，其利用率也很低。如何回收再利用廢棄粘土磚，避免環(huán)境污染，成為研究學(xué)者關(guān)注的焦點[1]。研究提高廢棄粘土磚的節(jié)能利廢再生利用率是我國建筑行業(yè)當(dāng)前所要解決的首要問題。此外節(jié)能利廢型再生混凝土多孔磚的研究開發(fā)對建筑行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能利廢、綠色發(fā)展有著重大的影響，也為我國能源可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)[2]。經(jīng)過參考文獻(xiàn)[3-5]，文章研究了節(jié)能利廢型再生混凝土多孔磚的最佳配合比及其力學(xué)性能，通過研究、試驗，得出節(jié)能利廢型再生混凝土多孔磚的配合比，發(fā)揮出其最佳力學(xué)性能，使廢棄粘土磚實現(xiàn)節(jié)能利廢的目的。

節(jié)能利廢型再生混凝土多孔磚主要由32.5級普通硅酸鹽水泥、水、廢棄粘土磚顆粒、膨脹珍珠巖、減水劑按一定比例混合制成，其特點是生產(chǎn)工藝流程簡單、操作方便、生產(chǎn)效率高。廢棄粘土磚顆粒作為骨料不僅在一定程度上提高了磚塊的抗裂性能，而且極大地提高了廢棄粘土磚顆粒的再生利用率。在其中加入了膨脹珍珠巖來提高一定的自保溫性能。最終成型的節(jié)能利廢型再生混凝土多孔磚在抗壓、抗折試驗中表現(xiàn)良好，也證實了其在建筑填充墻上具有廣泛的應(yīng)用背景。

1 試件制備

1.1 試驗制備磚的塊型設(shè)計

考慮到工人砌磚時磚的尺寸不宜過大，同時為了保證其抗壓性能，本試驗使用的節(jié)能利廢型再生混凝土多孔磚的外形尺寸為247mm×115mm×90mm，見下圖。

磚塊尺寸設(shè)計圖

1.2 試驗制備磚的原材料

制備節(jié)能利廢型再生混凝土多空磚的原材料主要有宿遷新三水水泥有限公司生產(chǎn)的32.5普通硅酸鹽水泥、水、廢棄粘土磚顆粒、膨脹珍珠巖、減水劑。廢棄粘土磚顆粒作為試驗制備磚中的骨料，其主要來源是上世紀(jì)的磚混結(jié)構(gòu)因使用年限期滿或城鎮(zhèn)化發(fā)展而拆除所產(chǎn)生的廢棄粘土磚，廢棄粘土磚顆粒在一定程度上可以提高混凝土的密實性、降低收縮率和減少吸水率，還可以在一定程度上提高抗裂性能。

1.3 試驗制備磚的配合比設(shè)計

試驗中選用水泥85kg、水51kg、廢棄粘土磚顆粒57.5kg、膨脹珍珠巖21.25kg、減水劑 1.7kg、石子 0.6kg、砂子0.5kg，此外試驗中廢棄粘土磚顆粒不能完全代替砂子和石子混合物，因此需放入適量的石子、砂子一起制作。試驗中的配合比按質(zhì)量的比例見表1。

節(jié)能利廢型再生混凝土多孔磚的配合比 表1

1.4 試驗制備磚的工藝流程

試驗中選取較為干凈的廢棄粘土磚，使用鄂式破碎機(jī)進(jìn)行擠壓、搓、碾等多重破碎，使廢棄的粘土磚變成細(xì)小的顆粒，然后使用邢臺星盛機(jī)械的篩沙機(jī)器進(jìn)行篩分得到粒徑為0mm～5mm的再生骨料。將水泥、水、石子、砂子放入強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，攪拌時間不低于2分鐘，隨后加入廢棄粘土再生骨料，攪拌時間不低于3分鐘，再放入減水劑攪拌2分鐘。攪拌之后靜待5分鐘，放在皮帶上傳送給上料機(jī)，再輸送到模具進(jìn)行初步成型，由皮帶傳送到三維振動平臺機(jī)器上進(jìn)行振動壓密成型，振動時間不低于8分鐘，使磚的密實性得到增強(qiáng)，從而增加強(qiáng)度，減小收縮變形，抗裂性能也會提高，然后送往大棚里進(jìn)行恒溫養(yǎng)護(hù)28天，養(yǎng)護(hù)期間，磚進(jìn)行貼膜，等到磚凝結(jié)硬化3～4天后脫膜，濕度控制在40%左右，恒溫期間大棚內(nèi)部溫度控制在25℃左右，隨后放置在場地外進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)。

1.5 節(jié)能利廢型再生混凝土多孔磚成型的工藝特點

采用強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)可以使攪拌均勻、攪拌能力強(qiáng)并且生產(chǎn)效率較高。

在三維振動平臺機(jī)器上進(jìn)行振動壓密成型，生產(chǎn)工藝簡單，操作方便。

與壓制成型的工藝相比，振動壓密成型的成本更低，效率更高，使密實性、強(qiáng)度加強(qiáng)，裂紋減少。

2 磚塊抗壓試驗

2.1 試驗步驟

抗壓強(qiáng)度指的是再生混凝土多孔磚承受壓縮破壞時的最大應(yīng)力。通過抗壓試驗可以得知該配合比所制作的磚塊類型及配合比是否設(shè)計合理，能否達(dá)到相應(yīng)的力學(xué)性能指標(biāo)。對于抗壓強(qiáng)度的試驗，在一批次的磚塊中隨機(jī)抽取5塊再生混凝土多孔磚，試驗通過電液式壓力機(jī)完成。選擇標(biāo)記好的多孔磚將其放置于試驗機(jī)承壓板上，進(jìn)行幾何對中后，以4kN/s的速度勻速加載至試件破壞，記錄最終的破壞荷載P。

2.2 試驗結(jié)果與分析

節(jié)能利廢型再生混凝土多孔磚的抗壓強(qiáng)度如表2所示。在荷載持續(xù)加載的過程中，發(fā)現(xiàn)磚塊所能承受的最大破壞荷載為248.66kN。通過觀察多孔磚破壞后的形態(tài)，發(fā)現(xiàn)其破壞特征為邊角部分碎裂。試驗結(jié)果表明，所選的節(jié)能利廢型再生混凝土多孔磚抗壓強(qiáng)度分別為9.67Mpa、9.35Mpa、6.22Mpa、7.73Mpa、8.60Mpa,其平均抗壓強(qiáng)度為8.31Mpa。說明了此種混凝土多孔磚抗壓性能指標(biāo)達(dá)標(biāo)，磚塊塊型及配合比設(shè)計合理，且達(dá)到其相應(yīng)的力學(xué)性能指標(biāo)。但同時也發(fā)現(xiàn)混凝土多孔磚抗壓強(qiáng)度離散性較大，且強(qiáng)度指標(biāo)不高。通過與普通磚相比，節(jié)能利廢型再生混凝土多孔磚的破壞形態(tài)與之相同，強(qiáng)度可以達(dá)到MU5。根據(jù)混凝土多孔磚規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，此再生混凝土多孔磚應(yīng)用到填充墻中是完全可行的。

節(jié)能利廢型再生混凝土多孔磚的抗壓強(qiáng)度 表2

在本次試驗中，采用多個再生混凝土多孔磚做試驗，得到的數(shù)據(jù)取平均值來減小試驗的誤差。

3 磚塊抗折試驗

3.1 試驗步驟

抗折性能是反應(yīng)再生混凝土多孔磚強(qiáng)度的重要指標(biāo)，抗折強(qiáng)度是指材料單位面積承受彎矩時的極限折斷應(yīng)力。對于抗折強(qiáng)度的試驗，隨機(jī)抽取5塊再生混凝土多孔磚，用三點加荷的方式，實驗中用到的儀器為萬能試驗機(jī)。在做此項試驗之前，首先調(diào)整萬能試驗機(jī)支座距離為180mm，再將再生混凝土多孔磚進(jìn)行標(biāo)號，并在相應(yīng)的位置畫上對中線，然后將多孔磚置于試驗機(jī)支座上,使多孔磚中線與壓力機(jī)施加荷載處對齊，完成試件的相關(guān)試驗步驟后，操作機(jī)器以200N/s的速度勻速加載至多孔磚破壞而斷裂，最后記錄最終破壞荷載P。

3.2 試驗結(jié)果與分析

節(jié)能利廢型再生混凝土多孔磚的抗折強(qiáng)度如表3所示。通過觀察多孔磚破壞后的形態(tài)可以發(fā)現(xiàn)，多孔磚破壞截面主要發(fā)生在靠近中部的位置。試驗結(jié)果表明，所選的節(jié)能利廢型再生混凝土多孔磚抗折強(qiáng)度分別為2.2Mpa、1.79Mpa、1.40Mpa、1.67Mpa、1.47Mpa，其平均抗折強(qiáng)度為1.71Mpa。說明了此種混凝土多孔磚抗折性能指標(biāo)達(dá)標(biāo)，磚塊塊型及配合比設(shè)計合理，且達(dá)到其相應(yīng)的力學(xué)性能指標(biāo)，同時也能夠明顯地看出此種混凝土多孔磚的抗折強(qiáng)度不高，但是能夠滿足作為填充墻的相關(guān)要求。因此，節(jié)能利廢型再生混凝土多孔磚可用于填充墻中。

節(jié)能利廢型再生混凝土多孔磚的抗折強(qiáng)度 表3

在本次試驗中，采用多個混凝土多孔磚做試驗，得到的數(shù)據(jù)取平均值來減小試驗誤差。

4 結(jié)論

由于國家大力推動綠色建材的發(fā)展，以后建筑施工單位將會在建筑施工中大量使用綠色建材，綠色建材的研制成為我國現(xiàn)階段基礎(chǔ)建設(shè)的大勢所趨。廢棄粘土磚造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，再生混凝土磚又可以為我國的建筑行業(yè)墻體材料的選用提供新的方案，減少因廢棄粘土磚無法得到有效利用而造成的環(huán)境污染，占用大量土地資源的問題。廢棄粘土磚顆粒代替了砂石作為主要原材料來制備混凝土磚，減少了天然河砂資源的開釆，解決我國河砂資源日漸匱乏和河砂開采過程對周圍環(huán)境如水體破壞等問題，符合我國可持續(xù)發(fā)展的政策要求。無論從經(jīng)濟(jì)效益還是從環(huán)保效益上看，對廢棄粘土磚的固廢利用都有著十分重要的意義。節(jié)能利廢型再生混凝土多孔磚的研究與使用也是當(dāng)今建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。針對廢棄粘土磚的固廢利用以及適應(yīng)綠色建材的發(fā)展要求，探索研究了節(jié)能利廢型再生混凝土多孔磚的配合比及其力學(xué)性能。經(jīng)過一系列的試驗得出以下結(jié)論。

按照本文所得出的節(jié)能利廢型自保溫混凝土磚的配合比為水泥∶水∶粘土磚顆粒∶珍珠巖∶減水劑=1∶0.6∶6.76∶0.37∶0.02，配制得到的磚塊性能指標(biāo)良好，滿足規(guī)范要求，成功實現(xiàn)了節(jié)能利廢型再生混凝土多孔磚的制備。

以廢棄粘土磚顆粒作為主要原料，并且以膨脹珍珠巖作為輔助材料配制出的節(jié)能利廢型再生混凝土多孔磚在養(yǎng)護(hù)28天后其抗壓強(qiáng)度為8.31MPa，抗折強(qiáng)度為1.71MPa，達(dá)到了混凝土普通磚MU5強(qiáng)度等級的要求。

此種節(jié)能利廢型再生混凝土多孔磚在建筑填充墻上具有廣泛的應(yīng)用前景。