再生陶瓷骨料混凝土抗壓強(qiáng)度性能試驗(yàn)研究

摘 要：本研究旨在探究再生陶瓷骨料混凝土抗壓強(qiáng)度性能，通過(guò)制備不同比例的再生陶瓷骨料混凝土試塊，并進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，分析其抗壓性能及破壞形態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著再生陶瓷骨料替代粗骨料的比率升高，混凝土3d強(qiáng)度值和28d強(qiáng)度值均表現(xiàn)出先降低再升高后又降低的趨勢(shì)；隨著再生陶瓷骨料替代細(xì)骨料的比率升高，混凝土3d強(qiáng)度值和28d強(qiáng)度值均同步降低；隨著再生陶瓷骨料同時(shí)替代粗、細(xì)骨料的比率升高，混凝土3d強(qiáng)度值和28d強(qiáng)度值出現(xiàn)先走低、后升高、再走低的趨勢(shì)。本研究可為再生陶瓷骨料混凝土的應(yīng)用提供參考，同時(shí)也可為混凝土材料的可持續(xù)發(fā)展提供新的思路。

關(guān)鍵詞：陶瓷骨料；混凝土；抗壓強(qiáng)度；性能分析

1 前言

改革開(kāi)放以來(lái)，隨著城鎮(zhèn)化水平的不斷提高我國(guó)的陶瓷業(yè)發(fā)展迅猛。以陶瓷磚、陶瓷衛(wèi)生潔具等為代表的陶瓷產(chǎn)品產(chǎn)量超過(guò)了世界總產(chǎn)量的60%。這在一定程度上改善了人們的生活水平，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)也做出了突出貢獻(xiàn)。但隨之而來(lái)的巨量陶瓷廢料也給我國(guó)的生態(tài)環(huán)境帶來(lái)一定壓力。如何將陶瓷廢料變廢為寶、再循環(huán)使用對(duì)節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境、推動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有重要意義。首先，陶瓷廢料作為生產(chǎn)原料再利用，就減少了對(duì)新原料的需求，從而節(jié)約自然資源的消耗。同時(shí)也可以減少生產(chǎn)過(guò)程中的能源消耗，降低生產(chǎn)成本。其次，陶瓷廢料的再利用可以減少陶瓷廢渣對(duì)環(huán)境的污染，降低對(duì)土地和水資源的壓力，有助于保護(hù)環(huán)境。同時(shí)陶瓷廢料的再利用是推動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要手段之一，通過(guò)再利用廢棄物，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。我國(guó)在陶瓷廢料資源化利用方面做出了積極地探索與嘗試。例如，利用陶瓷廢料制備多孔磚、輕質(zhì)陶粒等新型建材；利用陶瓷廢料中的有益成分，制備陶瓷釉料和色料，用于陶瓷制品的表面裝飾；從陶瓷廢料中提取有價(jià)值的元素，如稀土元素、金屬元素等，用于制備高性能陶瓷材料、電子元器件等。近年來(lái)在工程建設(shè)領(lǐng)域，將陶瓷廢料處理后作為骨料來(lái)制備混凝土成為陶瓷廢料再利用領(lǐng)域應(yīng)用的熱點(diǎn)。工程建設(shè)項(xiàng)目為陶瓷廢料的資源化利用提供了廣闊的舞臺(tái)。本文通過(guò)對(duì)再生陶瓷骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，探討陶瓷廢料制備混凝土技術(shù)的可行性，為陶瓷廢料的資源化利用提供積極的理論依據(jù)。

2 再生陶瓷骨料的制備

再生陶瓷骨料是將廢棄陶瓷塊經(jīng)破碎、篩分后按照一定比例混合而成的骨料，該工藝包括收集、清洗、破碎、篩分、磁選、干燥等流程。收集廢棄陶瓷：從各種來(lái)源（如建筑廢料、工業(yè)廢棄物等）收集廢棄陶瓷材料。清洗：將收集的廢棄陶瓷進(jìn)行清洗，以去除表面的污垢、油漬和其他污染物。清洗方法可以使用水沖洗、機(jī)械擦洗或化學(xué)清洗等。破碎：將清洗后的廢棄陶瓷進(jìn)行破碎，以減小其尺寸并增加其比表面積。破碎方法可以使用機(jī)械破碎（如顎式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)等）或研磨（如球磨機(jī)）等。篩分：將破碎后的陶瓷顆粒進(jìn)行篩分，以去除過(guò)大或過(guò)小的顆粒，得到符合要求的骨料粒徑分布。篩分方法可以使用振動(dòng)篩、旋轉(zhuǎn)篩等。磁選：通過(guò)磁選去除廢棄陶瓷中的鐵磁性雜質(zhì)，提高骨料的純度。干燥：將篩分后的陶瓷顆粒進(jìn)行干燥，以去除水分并提高骨料的強(qiáng)度。干燥方法可以使用自然干燥、機(jī)械干燥（如烘干機(jī)）等。

制備過(guò)程中需要注意，收集的廢棄陶瓷應(yīng)進(jìn)行分類和挑選，避免混入其他不相關(guān)的材料。清洗時(shí)應(yīng)徹底去除陶瓷表面的污染物，以免影響再生骨料的性能。破碎和篩分時(shí)應(yīng)控制骨料的粒徑分布，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的需求。

3 再生陶瓷骨料混凝土配置

3.1 混凝土材料

（1）水泥。

本次試驗(yàn)選用的是龍口市泛林水泥有限公司生產(chǎn)的叢林河P.O42.5普通硅酸鹽水泥，主要的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

（2）骨料。

配置高性能混凝土的粗骨料應(yīng)符合以下要求：粗骨料的強(qiáng)度應(yīng)該是設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度的1.5～2.0倍，以保證混凝土具有足夠高的強(qiáng)度。粗骨料的顆粒級(jí)配應(yīng)符合規(guī)定，一般應(yīng)為10～20mm為宜，這有助于減少混凝土內(nèi)部的缺陷，提高混凝土的密實(shí)性和強(qiáng)度。最大粒徑根據(jù)需要可適當(dāng)放大。粗骨料還應(yīng)具有較低的吸水率，以保證混凝土的水灰比穩(wěn)定，從而提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。粗骨料還應(yīng)盡量選用表面粗糙、外形有棱角的碎石，以提高混凝土的抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。針片狀顆粒含量應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，以減少混凝土的開(kāi)裂傾向。

對(duì)于細(xì)骨料的選用應(yīng)符合以下要求：要保證顆粒級(jí)配應(yīng)符合規(guī)定，以確?；炷恋馁|(zhì)量和性能。細(xì)度模數(shù)一般應(yīng)控制在2.3～3.0之間。含泥量、含有害雜質(zhì)含量也要達(dá)標(biāo)，以保證混凝土的強(qiáng)度和耐久性。其中含泥量不應(yīng)大于3.0%、泥塊含量不應(yīng)大于1.0%。細(xì)骨料的密度和吸水率應(yīng)符合規(guī)定，以確?；炷恋捏w積穩(wěn)定性和抗?jié)B透性。細(xì)骨料應(yīng)進(jìn)行堿活性檢驗(yàn)，并應(yīng)符合預(yù)防混凝土堿骨料反應(yīng)技術(shù)規(guī)范的技術(shù)要求。本次試驗(yàn)所用砂石骨料均為青島安順砂石加工廠生產(chǎn)。

3.2 混凝土配合比

本次試驗(yàn)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30，按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ 55-2011）的相關(guān)規(guī)定，計(jì)算后的混凝土配置強(qiáng)度為38.20MPa、水灰比為0.52、單位體積混凝土用水量為215kg、單位體積混凝土水泥用量為413kg。本次試驗(yàn)粗骨料碎石最大粒徑為20mm、設(shè)計(jì)塌落度為90mm，結(jié)合水灰比0.52的取值，查表后得到砂率為0.35。

本次試驗(yàn)采用質(zhì)量法來(lái)確定配合比中粗骨料和細(xì)骨料的用量：

由公式1和公式2可求得每立方米混凝土中粗骨料用量為1152kg，而細(xì)骨料用量為620kg。

3.3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)為了對(duì)再生陶瓷骨料混凝土的強(qiáng)度性能進(jìn)行分析，對(duì)試驗(yàn)方案進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)：

測(cè)定再生陶瓷骨料含量為0%時(shí)標(biāo)養(yǎng)條件下混凝土試塊的3d和28d抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度；

測(cè)定再生陶瓷替代粗骨料25%、50%、75%以及100%時(shí)標(biāo)養(yǎng)條件下混凝土試塊的3d和28d抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度；

測(cè)定再生陶瓷替代細(xì)骨料25%、50%、75%以及100%時(shí)標(biāo)養(yǎng)條件下混凝土試塊的3d和28d抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度；

測(cè)定再生陶瓷同時(shí)替代粗、細(xì)骨料25%、50%、75%以及100%時(shí)標(biāo)養(yǎng)條件下混凝土試塊的3d和28d抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度；

每項(xiàng)測(cè)試設(shè)置三組試塊，取三組測(cè)試結(jié)果的算術(shù)平均值為該組試塊最終的評(píng)定值。代表值的最終確定采取“一超取中、兩超作廢”的評(píng)定原則。

抗壓強(qiáng)度試塊尺寸為150mm×150mm×150mm；抗折強(qiáng)度試塊尺寸為600mm×150mm×150mm。

3.4 混凝土試塊制作工藝

按照上述試驗(yàn)設(shè)計(jì)，本次試驗(yàn)共制作了156個(gè)混凝土試塊，制作工藝流程如下：石子、砂、陶瓷混合攪拌3min。加入水泥繼續(xù)攪拌1min。加入自來(lái)水繼續(xù)攪拌1min后卸料。將混凝土漿料置于振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行振搗?；炷翝{料入模后置于養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，溫度設(shè)置為20℃、相對(duì)濕度設(shè)置為95%，分別養(yǎng)護(hù)3d和28d。脫模。

4 再生陶瓷骨料混凝土抗壓強(qiáng)度分析

4.1 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)。

將試塊從標(biāo)養(yǎng)室取出后檢查其外觀并擦拭干凈，確保試塊表面平整、無(wú)損傷和污漬。測(cè)量棱長(zhǎng)（精確值1mm）并記錄。將試塊成型時(shí)的側(cè)面為底面放置在試驗(yàn)機(jī)的下壓板上，確保試塊的中心與試驗(yàn)機(jī)下壓板中心對(duì)準(zhǔn)。由于本次測(cè)試的試塊設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30，設(shè)置試驗(yàn)機(jī)的加荷速度為0.5MPa/s。啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，使試塊受到均勻的壓縮荷載。觀察試塊在荷載作用下的變形和破壞情況，并記錄破壞荷載。在進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試前，應(yīng)對(duì)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)和校準(zhǔn)，確保設(shè)備的準(zhǔn)確性和可靠性。在試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)保持加載速率的穩(wěn)定，避免突然加速或減速導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確。當(dāng)試件接近破壞時(shí)，應(yīng)停止調(diào)整試驗(yàn)機(jī)油門，直至破壞。

（2）試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算。

混凝土試塊抗壓強(qiáng)度的計(jì)算公式為：

fcc=F/A （公式3）

公式中fcc——試塊的抗壓強(qiáng)度，單位MPa；

F——試塊破壞時(shí)所遭受的荷載值，單位N；

A——試塊與試驗(yàn)機(jī)壓板的接觸面積，單位mm2。

按照試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，每項(xiàng)測(cè)試均設(shè)置了三組試塊，取三組試塊抗壓強(qiáng)度的算術(shù)平均值作為其最終強(qiáng)度的評(píng)定值（精確值0.01MPa）。當(dāng)三個(gè)數(shù)值中最大或最小值有一個(gè)與中間值的差值超過(guò)中間值15%時(shí)，則取中間值為最終的抗壓強(qiáng)度評(píng)定值；而當(dāng)最大或最小值均與中間值的差值超過(guò)中間值15%時(shí)，則該次測(cè)試結(jié)果無(wú)效。所有試塊測(cè)試后的抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表2。

4.2 抗壓強(qiáng)度分析

本次試驗(yàn)中將再生陶瓷骨料替代粗、細(xì)骨料的比率僅設(shè)置了0%、25%、50%、75%以及100%五個(gè)方案，測(cè)試所得結(jié)果對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律無(wú)法做到定量判斷，但不影響定性分析。從圖1可以看出：隨著再生陶瓷骨料替代粗骨料的比率升高，混凝土mC2zIcjsfXld30I+sLfCjVnZMCgd/PSEfHJeTQoNz/Y=3d強(qiáng)度值和28d強(qiáng)度值的發(fā)展趨勢(shì)一致；當(dāng)替代率為25%時(shí)，混凝土強(qiáng)度明顯降低。隨著替代率的升高，混凝土強(qiáng)度逐漸走高，在替代率為75%時(shí)強(qiáng)度達(dá)到了最高值，且遠(yuǎn)高于替代率為0%時(shí)的強(qiáng)度；當(dāng)粗骨料替代率為100%時(shí)，3d強(qiáng)度值和28d強(qiáng)度值回落至與替代率為0%時(shí)相當(dāng)?shù)乃?。從圖2中可以看出：隨著再生陶瓷骨料替代細(xì)骨料的比率升高，混凝土3d強(qiáng)度值和28d強(qiáng)度值同步降低。這說(shuō)明再生陶瓷骨料替代細(xì)骨料明顯降低了混凝土的抗壓強(qiáng)度。從圖3可以看出：隨著再生陶瓷骨料同時(shí)替代粗、細(xì)骨料的比率升高，混凝土3d強(qiáng)度值和28d強(qiáng)度值出現(xiàn)先走低、后升高、再走低的趨勢(shì)?？傮w來(lái)看，再生陶瓷骨料替代細(xì)骨料對(duì)于混凝土抗壓強(qiáng)度有明顯的消極作用。陶瓷骨料替代粗骨料比率為75%時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度最高。

5結(jié) 語(yǔ)

本研究通過(guò)系統(tǒng)地制備與測(cè)試不同比例再生陶瓷骨料替代傳統(tǒng)粗細(xì)骨料的混凝土試塊，深入探究了其對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度性能的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)清晰地揭示了再生陶瓷骨料替代率與混凝土抗壓強(qiáng)度之間的復(fù)雜關(guān)系，不僅為再生陶瓷骨料在混凝土中的應(yīng)用提供了寶貴的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，也為推動(dòng)混凝土材料的綠色、低碳及可持續(xù)發(fā)展路徑開(kāi)辟了新視野。隨著再生資源利用技術(shù)的不斷進(jìn)步和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，再生陶瓷骨料混凝土有望在更多實(shí)際工程中得到廣泛應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)貢獻(xiàn)力量。

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