建筑垃圾再生砂制備砂漿最佳摻量比的試驗研究

黃獻文等

【摘 要】針對建筑垃圾再生砂取代普通砂制備砂漿最佳摻量的問題，通過控制再生砂細度模數(shù)及其級配的方法，得出了建筑垃圾的細度模數(shù)在2.17～2.84范圍內(nèi)，天然砂的細度模數(shù)在2.21～2.61范圍內(nèi)，再生砂對普通砂最佳取代率范圍為60%～70%的結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】建筑垃圾；再生砂；砂漿；摻量；抗壓強度；保水率

隨著我國建筑業(yè)的高速發(fā)展，大量拆除建筑物產(chǎn)生了巨量的混凝土建筑垃圾。據(jù)相關(guān)文檔記載，2010年國內(nèi)建筑垃圾堆放總量已達70億t。建筑垃圾的處理問題日益突出。建筑垃圾中廢棄混凝土的比例最高，往往達到50%以上，而且隨著現(xiàn)今建筑結(jié)構(gòu)的改變，其含量還在不斷的提高。對廢棄的混凝土進行破碎、篩分、再利用可以節(jié)約資源，保護環(huán)境。再生砂有粉塵多、空隙大、耗水多、產(chǎn)品質(zhì)量不均勻等缺陷，但其較普通砂也有一定優(yōu)勢，例如：顆粒形狀較好，多棱角、級配可以人為控制等。

本試驗砂漿配合比計算按照《砌筑砂漿配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ/T-98-2010）計算，控制沉入度在70左右。通過改變再生砂的細度模數(shù)和對普通砂取代量的方法來進行對比研究。按照《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》（JGJ/T-70-2009），檢驗所配制砂漿的保水率等性能是否滿足設(shè)計要求。最后通過對強度的對比和離散性分析，判定出強度性能較好的建筑垃圾細度模數(shù)及其對應(yīng)的取代率，并對其原因進行合理的推測和探究。

1 試驗

1.1 試驗材料

水泥：本試驗所用水泥為32.5級普通硅酸鹽水泥。

纖維素醚：選用特高粘度20000粘度的羥丙基甲基纖維素醚。

膨潤土：選自上海某公司生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)膨潤土。

建筑垃圾：鎮(zhèn)江市建筑科學研究院生產(chǎn)的建筑垃圾，其級配見圖1，細度模數(shù)在2.17～2.84的范圍內(nèi)，粉料含量低于43%。

砂：天然砂，含泥量6.5%，堆積密度1480kg/m3，級配曲線見圖1。

水：自來水。

1.2 試驗儀器

ACE-201型水泥膠砂試驗機

沉入度測定儀

保水率測定儀

2 試驗

2.1 試驗方法

控制砂漿的沉入度在70左右，將3種不同組分的建筑垃圾按照不同的取代率取代為砂?；鶞逝浜媳仍O(shè)計為：水泥280kg、砂1480kg、水320kg（按照實際需要添加）設(shè)計強度7.5Mp。

2.2 試塊的制備與測試

先將準確稱量的各種物料均勻混合，然后參照GB/T17671- 1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》，加入拌合2/3水攪拌，先低速旋轉(zhuǎn)60s，后高速旋轉(zhuǎn)30s，測量其沉入度，如果滿足設(shè)計要求，則制成40mm×40mm×160mm試塊；如果不滿足設(shè)計要求則重復(fù)加水攪拌，如果操作時間超過5min，則重新稱料試驗。參照JGJ 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗標準》成型養(yǎng)護28d，分別測定試塊的抗壓強度及保水率。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 建筑垃圾再生砂細度模數(shù)對砂漿強度的影響

通過對試塊進行抗壓強度測試，將試驗結(jié)果繪制成圖2。對圖2折線分析，發(fā)現(xiàn)：

3.1.1 對于折線C，取代量在0%～40%的區(qū)間內(nèi)，砂漿的強度隨著再生砂取代量的提高而提高；在區(qū)間40%～80%內(nèi)，取代量的變化對砂漿的強度影響不大；摻有再生砂的砂漿強度明顯遠高于普通砂漿。故利用較細的再生砂取代普通砂對提高砂漿的強度效果很好，且隨著再生砂摻量的提高，砂漿強度基本呈現(xiàn)出穩(wěn)定的趨勢。

3.1.2 對于折線B，取代量在0%～40%、60%～80%的范圍內(nèi)，砂漿的強度隨著再生砂取代量的提高而提高；在40%～60%的范圍內(nèi)，取代量對砂漿的強度影響不大；且摻有再生砂的砂漿強度高于普通砂漿。故利用細度模數(shù)較接近的再生砂取代普通砂對砂漿的強度增加效果較好，并且隨著摻量的提高，砂漿的強度也基本呈現(xiàn)出提高的趨勢。

3.1.3 對于折線A，取代量在0%～40%、60%～80%的范圍內(nèi)，砂漿的強度隨著再生砂取代量的提高而減小；在40%～60%的范圍內(nèi)，取代量對砂漿的強度影響不大；且摻有再生砂的砂漿強度低于普通砂漿。故利用較粗的再生砂取代高細度模數(shù)的普通砂會對砂漿的強度造成削減作用，并且隨著摻量的提高，削減作用會越來越明顯。

3.1.4 對比再生砂在不同摻量下的強度，發(fā)現(xiàn)40%、50%、80%的強度變化值較大；60%的強度變化值較?。?%的變化最小。根據(jù)試驗研究的目的分析，摻量在60%～80%的區(qū)間內(nèi)，再生砂的細度模數(shù)對砂漿的強度影響最小，由此判斷，在一定的級配范圍內(nèi)（圖1），再生砂的最佳摻量在60%～80%的區(qū)間內(nèi)。

3.1.5 綜合折線A、B、C發(fā)現(xiàn)，細度模數(shù)小的再生砂取代普通砂可以明顯的提高砂漿的強度，結(jié)合砂漿強度的形成機理，對試驗結(jié)果進行合理分析。

通過研究《砌筑砂漿配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ/T-98-2010），由其中的配合比設(shè)計思路不難發(fā)現(xiàn)，骨料在砂漿起骨架的作用，水泥等膠凝材料起填充骨料之間空隙和提供骨料間粘結(jié)力的作用。結(jié)合相關(guān)文獻分析，骨料的密實與否，膠凝材料粘結(jié)面的強度高低都將直接影響到砂漿的強度。

破碎后的再生砂含有大量的粉塵，這些粉塵大都是惰性，不參與砂漿強度的形成。大量的惰性粉塵隨著膠凝材料一起填充骨料的間隙。當骨料的總體細度模數(shù)較大，即骨料較粗時，說明骨料總的比表面積較小，也就是水泥與骨料的交界面面積小，當大量的粉塵混合在水泥等膠凝材料之中時，由于粉塵無法提供給交界面強度，所以交界面會出現(xiàn)強度弱化現(xiàn)象。又考慮到普通砂漿的強度大都取決于骨料與膠凝材料的的交界面，所以交界面強度的降低必然導(dǎo)致砂漿整體強度的降低。因此，低細度模數(shù)的建筑垃圾通過增大比表面積，從而增加交界面總面積的方式來提高交界面的強度。交界面強度的提高必然增加了砂漿整體的強度。

3.2 建筑垃圾摻量對砂漿保水性的影響

根據(jù)試驗結(jié)果，將各個強度下的砂漿保水率性能測試結(jié)果匯總到圖3：

綜合3條曲線可知，3種不同細度模數(shù)的再生砂在摻量為60%時保水率較好。砂漿保水率的好壞是一個綜合性的結(jié)果，其影響因素眾多，如骨料級配的好壞，顆粒形狀，膠凝材料的種類及用量等。結(jié)合本文論述特點，就再生砂的性能進行合理的推理。

破碎的再生砂未經(jīng)過風選和水選去粉，所以 砂漿中惰性粉料隨著再生砂摻量的提高而提高。再生砂低摻量時，由于砂漿中的膠凝材料用量過少，無法填充骨料間隙可能出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，即保水率不足；在高摻量時，由于其是惰性材料，并不能與水反應(yīng)，容易失水，所以會出現(xiàn)保水率不足的情況；只有在合適的膠凝材料與粉料的情況下，砂漿才能保持良好的保水性。

4 結(jié)語

建筑垃圾再生砂細度模數(shù)在2.17～2.84范圍，普通砂細度模數(shù)在2.21～2.61的范圍內(nèi)，細度模數(shù)較小的建筑垃圾再生砂取代普通砂是可行的，制成的混合砂漿強度高于普通砂漿。

在一定的級配曲線內(nèi)，再生砂取代普通砂的最佳取代率范圍為60%～80%。

在建筑垃圾再生砂含粉率低于36%時，為保持砂漿的最佳保水性，再生砂的的最佳取代率范圍為60%～70%。

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作者簡介：黃獻文（1994.04- ），男，江蘇省鎮(zhèn)江市江蘇科技大學土木工程與建筑學院；徐洪?。?994.04- ），男，江蘇省鎮(zhèn)江市江蘇科技大學土木工程與建筑學院；黃佳鈺（1994.03- ），女，江蘇省鎮(zhèn)江市江蘇科技大學土木工程與建筑學院；安瑞（1994.04- ），男，江蘇省鎮(zhèn)江市江蘇科技大學土木工程與建筑學院；雙元（1994.04- ），女，江蘇省鎮(zhèn)江市江蘇科技大學土木工程與建筑學院；權(quán)奧運（1994.04- ），男，江蘇省鎮(zhèn)江市江蘇科技大學土木工程與建筑學院。