再生黏土磚粉對(duì)混凝土強(qiáng)度和性能的影響

鄭才林，艾 昊，徐 文，陳厚偉，陳 尚，廖邦友

(1. 安康市市政園林處 陜西安康 725000；2. 陜西省安康市中福工程有限公司 陜西安康 725000)

2020年，我國(guó)的城鎮(zhèn)化率已達(dá)到63.89%[1]。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，大量廢舊建筑物被拆除，產(chǎn)生了大量的固體廢棄物。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)建筑固體廢棄物在2017年的總量已經(jīng)達(dá)到了3.26億t，其中廢黏土磚約占建筑固體廢棄物總量的50%[2-3]，其利用率卻不足5%，大量的建筑垃圾不經(jīng)處置簡(jiǎn)單填埋，占用了土地，破壞了土壤，污染了大氣和水源，帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境負(fù)荷。建筑垃圾資源化利用是解決高能耗、高污染、高排放、低效益的重要措施，是節(jié)約土地資源的重要途經(jīng)，是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)環(huán)境友好型和資源節(jié)約型社會(huì)的重要舉措，是貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、保護(hù)環(huán)境的必然要求。因此，對(duì)于占建筑垃圾比重約50%的廢棄黏土磚進(jìn)行再生利用研究，不但可有效支撐建筑垃圾資源化處理，而且具有非常重要的環(huán)保意義和可持續(xù)發(fā)展意 義[4]。尤其是安康處于秦巴山區(qū)，土地資源非常稀缺，同時(shí)作為南水北調(diào)重要水源涵養(yǎng)地，環(huán)境保護(hù)尤為重要，因此，研究建筑垃圾再利用對(duì)于安康意義 重大。

國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者研究了黏土磚粉取代水泥對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響[5-8]，但對(duì)于生產(chǎn)應(yīng)用具體配合比的研究較少。本文以正常的C30商品混凝土配比為參考，研究廢黏土磚粉取代礦粉對(duì)混凝土性能的影響，從而作為商品混凝土生產(chǎn)商生產(chǎn)C30混凝土的配比參考，以適當(dāng)降低混凝土成本。

1 試驗(yàn)原材料復(fù)試情況

水泥為安康堯柏江華水泥有限公司生產(chǎn)的P.042.5普通硅酸鹽水泥，各項(xiàng)檢驗(yàn)結(jié)果符合GB 175—2007規(guī)范要求，水泥合格，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1；漢中漢鋼新型建材有限公司生產(chǎn)的礦渣微粉，各項(xiàng)檢驗(yàn)結(jié)果符合GB/T 18046—2017規(guī)范要求，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2；安康高新鑫達(dá)升工貿(mào)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的粉煤灰，各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果符合GB/T 1596—2017規(guī)范要求，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3；外加劑為安康市仨人行新型建材有限公司生產(chǎn)的SR—03型泵送劑，勻質(zhì)性檢測(cè)符合GB 807—2008規(guī)范要求，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4；拌合用水為自來(lái)水。

表1 水泥復(fù)試結(jié)果表 Tab.1 Cement retest result table

表2 礦渣微粉檢驗(yàn)結(jié)果表 Tab.2 Slag powder test result table

表3 粉煤灰檢驗(yàn)結(jié)果表 Tab.3 Fly ash test result table

表4 混凝土外加劑勻質(zhì)性檢測(cè)結(jié)果表 Tab.4 Concrete admixture homogeneity test result table

為了深入分析商品混凝土的質(zhì)量受原材料、配合比等方面的影響，利用上述原材料，設(shè)計(jì)試驗(yàn)強(qiáng)度為C30，塌落度(180±20)mm。按照周航[9]研究給出的混凝土原材料參考建議用量，調(diào)整了各種原材料的用量，進(jìn)行了7組配合比試驗(yàn)，每種配合比制作2組試件，經(jīng)標(biāo)養(yǎng)(20±2)℃至7 d和28 d各實(shí)壓1組，最終得出C30商品混凝土最優(yōu)配合比及強(qiáng)度，見(jiàn)表5。本文主要研究廢黏土磚粉替代礦粉，因此，配合比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不再贅述。

表5 C30商品混凝土常規(guī)配合比及強(qiáng)度 Tab.5 Conventional mix ratio and strength of C30 commercial concrete

2 利用廢黏土磚粉替代礦粉

有研究表明利用廢棄黏土磚制備的磚粉具有良好的火山灰活性[10-11]；鄭麗[12]研究了磚粉細(xì)度對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響，細(xì)度增大，混凝土強(qiáng)度降低。因此，利用廢棄黏土磚制備的磚粉替代礦粉作為輔助膠凝材料是可行的，但需控制磚粉細(xì)度。本次試驗(yàn)用球磨機(jī)進(jìn)行制備，細(xì)度為0.045 mm，篩余量14.1%。

李紅云[13]研究了影響再生黏土磚粉混凝土抗壓強(qiáng)度的關(guān)鍵因素是水膠比，且顯著性影響順序?yàn)樗z比＞砂率＞磚粉細(xì)度＞磚粉取代率。本次實(shí)驗(yàn)固定水泥、粉煤灰、碎石、機(jī)制砂，通過(guò)調(diào)整磚粉摻量、水、外加劑等試驗(yàn)出機(jī)狀態(tài)和強(qiáng)度情況。用A、B、C 3種不同摻量取代礦粉再生混凝土，試驗(yàn)配合比及強(qiáng)度見(jiàn)表6。

表6 不同摻量磚粉C30商品混凝土配合比及強(qiáng)度 Tab.6 Mix ratio and strength of C30 commercial concrete with different amounts of brick powder

由表6與表5對(duì)比可知，在磚粉和礦粉等量替換的情況下，磚粉再生混凝土強(qiáng)度略低于普通混凝土，但差值不大；隨著摻量增加，混凝土強(qiáng)度降低；當(dāng)磚粉摻量為60 kg、將外加劑增加至11.8 kg時(shí)，混凝土出機(jī)狀態(tài)較好，對(duì)混凝土的流動(dòng)性影響不顯著；當(dāng)磚粉摻量為80 kg時(shí)，出機(jī)狀態(tài)為稍微泌水，30 min狀態(tài)較好；當(dāng)磚粉摻量為100 kg時(shí)，出機(jī)狀態(tài)差，損失大，30 min后基本沒(méi)有流動(dòng)性；再生黏土磚粉混凝土7～28 d之間抗壓強(qiáng)度比普通混凝土提升較高。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 生產(chǎn)成本核算

每立方米C30再生混凝土的生產(chǎn)成本約為382.11元，具體組成見(jiàn)表7。

表7 C30再生混凝土生產(chǎn)成本 Tab.7 Cost of C30 recycled concrete production

3.2 稅前利潤(rùn)核算

按照年產(chǎn)量4×105m3·d-1，售價(jià)480元/m3，則銷售收入19 200萬(wàn)元，實(shí)現(xiàn)稅前利潤(rùn)3 915.68萬(wàn)元。

4 結(jié) 論

①黏土磚粉替代礦粉對(duì)混凝土的流動(dòng)性產(chǎn)生一定影響，當(dāng)磚粉取代率為15%時(shí)，對(duì)混凝土流動(dòng)性影響不大；②黏土磚粉對(duì)混凝土早期強(qiáng)度影響不顯著，對(duì)28 d強(qiáng)度有影響；③在其他材料不變的情況下，黏土磚粉替代礦粉作為輔助性膠凝材料適用，摻量為15%時(shí)對(duì)混凝土性能影響較小，商品混凝土生產(chǎn)廠家可以以此作為參考，以降低混凝土生產(chǎn)成本、實(shí)現(xiàn)建筑垃圾資源化利用；④年產(chǎn)量4×105m3·d-1的商品混凝土廠可增加稅前利潤(rùn)1 300余萬(wàn)元。