廢建筑陶瓷再生混凝土制備及其應(yīng)用性能研究

摘 要：目的：為促進(jìn)建筑材料可持續(xù)發(fā)展，本次制備廢建筑陶瓷再生混凝土并研究其應(yīng)用性能。方法：將某廢棄建筑材料作為制備骨料，調(diào)整最優(yōu)制備配比，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化成型攪拌養(yǎng)護(hù)處理，獲取陶瓷再生混凝土各個(gè)性能指標(biāo)，完成陶瓷再生混凝土制備與應(yīng)用性能研究。結(jié)果：制備的廢建筑陶瓷再生混凝土的含水率、孔隙率、表觀密度、壓碎值等指標(biāo)均滿足應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)要求。結(jié)論：研究廢棄建筑陶瓷再生混凝土制備可降低建筑污染，為解決實(shí)現(xiàn)建筑資源循環(huán)利用作出一定貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：廢建筑陶瓷；再生混凝土；制備；應(yīng)用性能；研究

1 引言

廢建筑陶瓷是一種常見(jiàn)的廢料，主要來(lái)自拆除建筑的衛(wèi)生間、瓷磚等，主要包括三種類型，即生產(chǎn)過(guò)程廢料、使用階段廢料、處置階段廢料[1]。研究表明，廢建筑陶瓷的質(zhì)地較堅(jiān)硬，化學(xué)穩(wěn)定性高，不易被分解，具有一定的利用價(jià)值，可以加工成墻體透水磚、陶瓷瓦等建筑材料，也可以生產(chǎn)某些工業(yè)器件[2]。廢建筑陶瓷再生混凝土屬于環(huán)保型材料，需要通過(guò)廢建筑陶瓷的破碎、清洗、配比混合處理流程制作，有效解決其體積較大導(dǎo)致的存儲(chǔ)成本較高問(wèn)題[3]，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)用前景廣泛。陶瓷再生混凝土制備過(guò)程復(fù)雜，需要加強(qiáng)處理再生集料，制備難度高，易受混合比例與分級(jí)效果影響導(dǎo)致強(qiáng)度不佳。因此，本文對(duì)廢建筑陶瓷再生混凝土制備及其應(yīng)用性能進(jìn)行了深入研究。

2廢建筑陶瓷再生混凝土制備

選取的原材料包括骨料、摻合料、水泥、減水劑，其中，骨料主要來(lái)源于某大型城市房屋拆遷建筑，種類復(fù)雜，形態(tài)與顏色各異，整體強(qiáng)度較高。原材料采集后，使用高韌陶瓷復(fù)合錘錘擊處理[4]，完成碎片切割與篩選。針對(duì)一級(jí)破碎的材料進(jìn)行初步加工與粉碎再生處理，二級(jí)破碎的材料進(jìn)行復(fù)篩，處理后的骨料的基礎(chǔ)性能參數(shù)如表1所示。

由表1可知，該材料具有一定的抗壓碎能力，粒徑分布范圍較寬，流動(dòng)性和密實(shí)度高，滿足實(shí)驗(yàn)骨料的應(yīng)用要求。

摻合料來(lái)自山東璟鋒機(jī)械有限公司，其主要由煤矸石和燃燒煤殘?jiān)旌衔锝M成，組分如表2所示。

由表2可知，摻合料主要由多種氧化物組成，燒失量較高，符合摻合料的比例組成與制備性能要求。

水泥選用來(lái)自石家莊馬躍建材有限公司的硅酸鹽水泥，使用密度為1.0×103kg/m3的純凈水混合，其指標(biāo)如表3所示。

由表3可知，該實(shí)驗(yàn)水泥顆粒細(xì)，有利于水泥的水化反應(yīng)和強(qiáng)度的提高。燒失量較低，純度較高，質(zhì)量良好。同時(shí)，其凝結(jié)時(shí)間適中，抗壓和抗折強(qiáng)度均隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加而顯著提高[5]，顯示出良好的力學(xué)性能。減水劑是一種增加水泥表面活性的重要添加劑，能提高水泥顆粒的分散性，降低純凈水添加量，本文選取山東鄆城輝煌新型建材科技生產(chǎn)的萘系高效減水劑作為制備材料，其主要由萘磺酸鹽甲醛聚合物組成。

實(shí)驗(yàn)原材料選取完畢后，設(shè)計(jì)有效的配合比，如表4所示。

由表4可知，上述配合比滿足再生混凝土的致密性和透氣性要求，可以生成有效的廢建筑陶瓷再生混凝土制備流程，如圖1所示。

由圖1可知，在攪拌過(guò)程中，為了降低骨料飽和面干涸風(fēng)險(xiǎn)，需要預(yù)先進(jìn)行浸泡處理，將骨料放置在清水中24h，再根據(jù)制備攪拌要求添加相應(yīng)組分。制備前期，需要將滿足水灰比要求的泥漿涂抹至攪拌機(jī)內(nèi)壁，穩(wěn)定后放入再生骨料攪拌，再添加減水劑等材料，進(jìn)行高效充分拌和。

待上述步驟完畢后，使用有效的擠壓振搗方式進(jìn)行成型處理，挑選滿足制備要求的模具，分多次將拌和完畢的再生混凝土裝入模具中，插搗消除氣泡，重復(fù)上述步驟直至完成壓實(shí)處理。最后進(jìn)行制備養(yǎng)護(hù)，將得到的再生混凝土放置在避光環(huán)境下，間隔一定時(shí)間用水霧噴灑，直至脫模完成。

3應(yīng)用性能與指標(biāo)計(jì)算

根據(jù)廢建筑陶瓷再生混凝土制備性能研究要求，本文將JGJ53-93標(biāo)準(zhǔn)作為研究標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算了各項(xiàng)應(yīng)用性能指標(biāo)，包括表觀密度（混凝土強(qiáng)度與吸水效果）、壓碎指標(biāo)（再生混凝土強(qiáng)度）、孔隙率（透水性）等。使用APV-2000破碎機(jī)對(duì)再生混凝土進(jìn)行過(guò)篩烘干處理，施加有效荷載，此時(shí)的壓碎指標(biāo)計(jì)算式如下（1）所示。

公式（1）中，代表原始混凝土的質(zhì)量，代表篩選后混凝土的質(zhì)量，此時(shí)可以采集一定量的混凝土試件，進(jìn)行恒溫烘干處理，按照性能研究要求分裝，此時(shí)的表觀密度計(jì)算式如下（2）所示。

公式（2）中，代表烘干完成后再生混凝土樣本的總質(zhì)量，分別代表不同稱量次數(shù)下再生混凝土的質(zhì)量，代表?yè)郊蛹儍羲芏?，此時(shí)將剩余的試件分多次裝入容量筒中，交替振搗處理，重復(fù)相同操作，直至其成分均勻，計(jì)算該試件的孔隙率，如下（3）所示。

公式（3）中，代表樣本混凝土堆積緊密度，將制備完畢的混凝土試件進(jìn)行浸泡處理，完畢后放置一段時(shí)間，冷卻烘干，其含水率計(jì)算式如下（4）所示。

公式（4）中，代表烘干前再生混凝土試件的質(zhì)量，代表烘干后再生混凝土試件的總質(zhì)量，結(jié)合上述計(jì)算式，可以進(jìn)行后續(xù)的廢建筑陶瓷再生混凝土應(yīng)用性能分析。

4結(jié)果分析

結(jié)合上述指標(biāo)，可對(duì)制備的陶瓷再生混凝土性能進(jìn)行分析，使用公式（1）計(jì)算得到的壓碎指標(biāo)結(jié)果如圖2所示。

由表1可知，隨著廢建筑陶瓷再生混凝土粉煤灰添加量增加，其壓碎指標(biāo)越來(lái)越低，整體強(qiáng)度增加，未添加粉煤灰時(shí)，制備的陶瓷再生混凝土的壓碎值指標(biāo)在25%至30%之間，滿足JGJ53-93標(biāo)準(zhǔn)的低于30%要求，證明制備的再生混凝土強(qiáng)度滿足應(yīng)用要求，制備性能良好。

此時(shí)使用公式（2）計(jì)算制備的廢建筑陶瓷再生混凝土表觀密度性能指標(biāo)，得到的結(jié)果如表5所示。

由表5可知，隨著粉煤灰摻量的增加（從0%到30%），硅酸鹽水泥的用量先減少后略有增加（但總體趨勢(shì)仍是減少），再生混凝土的表觀密度也顯著增加，表明粉煤灰的摻入不僅減少了水泥的用量，還提高了混凝土的密實(shí)度，從而增加了其表觀密度，說(shuō)明粉煤灰在混凝土中起到了填充和密實(shí)作用。水、減水劑和骨料與粉煤灰和水泥的相互作用也可能間接影響了混凝土的密實(shí)度和表觀密度。隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土更加密實(shí)、強(qiáng)度更高、耐久性更好。然而，這種性能優(yōu)化并非無(wú)限制的，因?yàn)檫^(guò)高的粉煤灰摻量可能會(huì)導(dǎo)致混凝土工作性變差、強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢等問(wèn)題。在確定最佳粉煤灰摻量時(shí)，需要綜合考慮混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性，以達(dá)到最佳的綜合效果。

使用公式（3）、（4）計(jì)算得到的孔隙率、含水率性能分析結(jié)果如表6、表7所示。

由表6、表7可知，制備后試件的孔隙率在0.5%～0.6%之間，滿足標(biāo)準(zhǔn)的0.45%～0.62%要求，且含水率隨時(shí)間增長(zhǎng)逐漸增加，極限含水率高于標(biāo)準(zhǔn)的11.5％要求。上述性能驗(yàn)證結(jié)果表明，本文制備的廢建筑陶瓷再生混凝土的綜合性能良好，滿足應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)要求。

5結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，在建筑行業(yè)發(fā)展背景下，陶瓷制品的生產(chǎn)量激增，各種各樣的廢棄建筑陶瓷隨之產(chǎn)生，若使用傳統(tǒng)的填埋法處理會(huì)占用大量土地資源，造成嚴(yán)重污染。廢建筑陶瓷再生混凝土是一種利用廢建筑陶瓷制備的特殊材料，在道路橋梁建設(shè)、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，降低了環(huán)境污染壓力，其主要包括配合比設(shè)計(jì)、混合與攪拌等步驟，對(duì)力學(xué)性能與耐久條件要求較高。常規(guī)的廢建筑陶瓷再生混凝土制備方法的局限性較高，性能不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，因此，本文對(duì)其制備過(guò)程與應(yīng)用性能進(jìn)行了研究，為實(shí)現(xiàn)廢建筑陶瓷再生利用，緩解資源匱乏問(wèn)題作出了一定的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]李曉，毛天宇，張建峰.基于微生物增溶活化的再生混凝土微粉基砌體材料制備研究[J].新型建筑材料，2023，50（09）：114-117.

[2]蔣國(guó)平，顏桂云，劉如月，等.圓鋼管磚骨料地聚物再生混凝土柱滯回性能試驗(yàn)研究[J].地震工程與工程振動(dòng)，2024，44（04）：104-114.

[3]魏偉，閆革，賈保正，等.預(yù)濕再生粗骨料對(duì)自密實(shí)混凝土工作性能及力學(xué)性能影響的研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2024，46（06）：22-27.

[4]劉凱華，陳鈿淵，鄒超英，等.再生粗骨料強(qiáng)化工藝對(duì)再生混凝土力學(xué)性能及耐久性能的影響[J].混凝土，2024，（06）：134-137+142.

[5]萬(wàn)方雄，蔣國(guó)龍，吳峰，等.堿激發(fā)礦渣-粉煤灰基再生混凝土抗壓強(qiáng)度尺寸效應(yīng)研究[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2024，22（03）：182-188+220.