摻硅粉再生砂漿基本性能研究

梁　芮　關(guān)　挺

(1.新疆大學(xué)，烏魯木齊　830047；2.中建新疆建工(集團(tuán))有限公司，烏魯木齊　830047)

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摻硅粉再生砂漿基本性能研究

梁芮1關(guān)挺2

(1.新疆大學(xué)，烏魯木齊830047；2.中建新疆建工(集團(tuán))有限公司，烏魯木齊830047)

【摘要】將收集的廢棄混凝土破碎細(xì)集料篩除粒徑大于0.75mm的細(xì)集料，基于正交試驗(yàn)，研究不同再生細(xì)集料取代率、硅粉取代率和減水劑摻量對砂漿工作性能、抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度的影響，得出各因素的主次順序和各因素的影響權(quán)重，通過層次分析法得出摻硅粉再生砂漿的最優(yōu)配合比。以此以期為再生砂替代砂漿中天然砂提供理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】再生砂漿；硅粉；再生細(xì)集料

引言

當(dāng)前我國城市化進(jìn)程正在不斷加快，基礎(chǔ)建設(shè)正在蓬勃發(fā)展，每年全國各地施工建設(shè)和拆遷改造產(chǎn)生的建筑垃圾超過15億噸。大量的建筑垃圾造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)、環(huán)境污染和占用耕地的問題。將建筑垃圾再生利用是解決建筑垃圾的問題重要途徑。建筑垃圾中主要部分是廢棄混凝土，將廢棄混凝土作為再生集料，是解決廢棄混凝土問題的重要途徑。

目前對再生粗集料用于混凝土的相關(guān)研究已經(jīng)有了較大的發(fā)展，但再生細(xì)集料的研究相對較少，再生細(xì)集料用于砂漿的研究更少?；谝陨显?，對廢棄混凝土進(jìn)行破碎，收集破碎所得細(xì)集料，利用正交試驗(yàn)，討論再生細(xì)骨料取代率、硅粉取代率和減水劑摻量對再生砂漿工作性能、抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度的影響。

1原材料

(1)水泥：新疆烏魯木齊市紅雁池電廠有限公司生產(chǎn)的紅雁牌P·F32.5R水泥。(2)天然細(xì)骨料：采用天然中砂，其中細(xì)度模數(shù)為2.44，含泥量為15.06%，含水率為0.36%，表觀密度為2705kg/m3，堆積密度為1582.65kg/m3，空隙率41.50%。(3)再生細(xì)骨料：烏魯木齊地區(qū)破碎細(xì)磚砂，其中細(xì)度模數(shù)2.02，含水率為0.71%，表觀密度為2345kg/m3，堆積密度為1150.9kg/m3，空隙率為50.9%。(4)活性礦物摻合料：硅粉來自伊寧市。(5)水：烏魯木齊地區(qū)自來水。(6)減水劑：萘系高效減水劑。

表1　天然細(xì)骨料物理性能

表2　再生細(xì)骨料物理性能

表3　砂的篩分結(jié)果

2試驗(yàn)方案

分別采用再生細(xì)集料取代率進(jìn)行正交試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)，砂漿試塊尺寸為40mm×40mm×160mm，試塊共有16組，每組抗折3塊，抗壓6塊，砂漿的稠度要控制在60～90mm之間，并測試砂漿的分層度。裝模24h后拆模，并于標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)至齡期，測其3d、7d、28d抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。

3正交試驗(yàn)試驗(yàn)研究

3.1正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)共3個(gè)因素，再生細(xì)骨料取代率(因素A)個(gè)水平，分別為；硅粉取代率(因素B)個(gè)水平，分別為；減水劑摻量(因素C)個(gè)水平，編制因素水平表，具體見表4。

表4　因素水平表

試驗(yàn)選用正交表，安排16組試驗(yàn)，試驗(yàn)配合比見表5。

4試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1試驗(yàn)結(jié)果

4.2極差法分析

表5　材料用量表

表6　抗壓強(qiáng)度表

表7　抗折強(qiáng)度表

表8　極差分析表

表9　極差分析表

圖1　因素水平與沉入度的關(guān)系

圖2　因素水平與分層度的關(guān)系

圖3 　因素水平與28天抗折強(qiáng)度的關(guān)系

圖4　因素水平與28天抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

由極差分析表分析可知：摻硅粉再生砂漿工作性能沉入度影響因素的主次順序?yàn)椋涸偕?xì)骨料取代率>減水劑含量>硅粉摻量；對分層度影響的主次順序?yàn)椋汗璺蹞搅?減水劑含量>再生細(xì)骨料取代率；7天抗壓強(qiáng)度的因素的主次順序?yàn)椋涸偕?xì)骨料取代率>硅粉摻量>減水劑含量；影響28天抗壓強(qiáng)度的因素的主次順序?yàn)椋涸偕?xì)骨料取代率>減水劑含量 >硅粉摻量；7天抗折強(qiáng)度的因素的主次順序?yàn)椋涸偕?xì)骨料取代率>硅粉摻量>減水劑含量；影響28天抗折強(qiáng)度的因素的主次順序?yàn)椋涸偕?xì)骨料取代率>減水劑含量 >硅粉摻量；這是因?yàn)槲⒐璺凵皾{使誘導(dǎo)期縮短，具有早強(qiáng)的特性。因此對7天的影響強(qiáng)度比28天的大。

各因素各水平與沉入度的關(guān)系見圖，沉入度隨減水劑含量和硅粉摻量的增大而出現(xiàn)先增大后減小有增大的規(guī)律；而隨再生細(xì)骨料的增大而出現(xiàn)先減小后增大規(guī)律。分析還可以看出，過多的摻入硅粉對拌合物和易性不利，當(dāng)硅粉的摻量為15%時(shí)，拌合物和易性最小。

各因素各水平與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系：抗壓、抗折強(qiáng)度隨減水劑含量的增大而先減小后增大，隨再生細(xì)骨料取代率的增大而減小，抗壓強(qiáng)度隨硅粉摻量的增加而先增大后減小，抗折強(qiáng)度隨硅粉摻量的增加而先減小后增加又減小。

多指標(biāo)正交分析——功效系數(shù)法：假設(shè)正交分析考核n個(gè)指標(biāo)(每個(gè)指標(biāo)的功效系數(shù)設(shè)為di(0≤di≤1)總的功效系數(shù)d[8]為d=(d1d2d3…di)1/2。式中(功效系數(shù)di表示第i個(gè)考核指標(biāo)的滿意程度，d表示n個(gè)指標(biāo)的總的優(yōu)劣情況.di的確定方法如下：用di=1表示第i個(gè)的指標(biāo)效果最好，相應(yīng)的對同列各指標(biāo)的取值作歸一化處理，并計(jì)算總功效系數(shù)。則最大總功效系數(shù)對應(yīng)的混凝土配合比最優(yōu)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：①由極差分析可知：再生細(xì)骨料砂漿28天抗壓強(qiáng)度影響因素的主次順序?yàn)椋涸偕?xì)骨料取代率>減水劑含量 >硅粉摻量；7天抗壓強(qiáng)度的影響因素的主次順序?yàn)椋涸偕?xì)骨料取代率>硅粉摻量>減水劑含量；②由功效系數(shù)可以看出：若不考慮再生細(xì)骨料要進(jìn)行取代的問題，最優(yōu)組合為第1組，即減水劑含量為0.8%、再生細(xì)骨料取代率為0%、硅粉摻量為5%；③考慮再生細(xì)骨料要進(jìn)行取代的問題，第2組的功效系數(shù)最大，即即減水劑含量為0.8%、再生細(xì)骨料取代率為30%、硅粉摻量為10%；④雖然第2組的功效系數(shù)不是最大的，但是考慮到實(shí)際問題，可以采用此組的配合比。

表10　功效系數(shù)分析表

注：標(biāo)有*的為功效系數(shù)最大的一組即最優(yōu)配合比。

表11　功效系數(shù)分析表

注：標(biāo)有*的為功效系數(shù)最大的一組即最優(yōu)配合比。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：①由極差分析可知：再生細(xì)骨料砂漿28天抗折強(qiáng)度影響因素的主次順序?yàn)椋涸偕?xì)骨料取代率>減水劑含量 >硅粉摻量；7天抗折強(qiáng)度的影響因素的主次順序?yàn)椋涸偕?xì)骨料取代率>硅粉摻量>減水劑含量；②由功效系數(shù)可以看出：若不考慮再生細(xì)骨料要進(jìn)行取代的問題，最優(yōu)組合為第1組，即減水劑含量為0.8%、再生細(xì)骨料取代率為0%、硅粉摻量為5%；③考慮再生細(xì)骨料要進(jìn)行取代的問題，第6組的功效系數(shù)最大，即即減水劑含量為0.9%、再生細(xì)骨料取代率為30%、硅粉摻量為5%；④雖然第6組功效系數(shù)不是最大的，但考慮到實(shí)際問題，可以采用此組的配合比。

5結(jié)論

(1)摻硅粉再生砂漿工作性能沉入度影響因素的主次順序?yàn)椋涸偕?xì)骨料取代率>減水劑含量>硅粉摻量；對分層度影響的主次順序?yàn)椋汗璺蹞搅?減水劑含量>再生細(xì)骨料取代率。

(2)7天抗壓強(qiáng)度的因素的主次順序?yàn)椋涸偕?xì)骨料取代率>硅粉摻量>減水劑含量；影響28天抗壓強(qiáng)度的因素的主次順序?yàn)椋涸偕?xì)骨料取代率>減水劑含量 >硅粉摻量；7天抗折強(qiáng)度的因素的主次順序?yàn)椋涸偕?xì)骨料取代率>硅粉摻量>減水劑含量；影響28天抗折強(qiáng)度的因素的主次順序?yàn)椋涸偕?xì)骨料取代率>減水劑含量 >硅粉摻量。

(3)由工作性能及力學(xué)性能分析可得，不考慮再生細(xì)骨料要進(jìn)行取代的問題，最佳配合比試驗(yàn)組合為A1B1C1，即減水劑含量為0.8%，再生骨料取代率為0%，硅粉摻量為5%?？紤]再生細(xì)骨料要進(jìn)行取代的問題，抗壓的第2組的功效系數(shù)最大，即減水劑含量為0.8%、再生細(xì)骨料取代率為30%、硅粉摻量為10%；滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，對實(shí)際工程有一定的指導(dǎo)意義?？拐鄣牡?組的功效系數(shù)最大，即減水劑含量為0.9%、再生細(xì)骨料取代率為30%、硅粉摻量為5%。

(4)再生細(xì)骨料的加入會對砂漿的強(qiáng)度產(chǎn)生不利的影響，但是適當(dāng)?shù)負(fù)饺肴阅軌驖M足砂漿的使用要求，對建筑垃圾的回收利用有一定的積極影響。硅粉具有較高的活性，且價(jià)格低廉，并對再生砂漿工作性能和抗壓，抗折強(qiáng)度有一定的影響，若將硅粉作為摻合料用于砂漿中，成為新型的摻硅粉砂漿，可以節(jié)約大量水泥，節(jié)約造價(jià)，對廢硅粉的有效利用及環(huán)境保護(hù)有重要的意義。

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作者簡介：梁芮，講師，研究方向?yàn)樵偕炷两Y(jié)構(gòu)等

通訊作者：關(guān)挺，高級經(jīng)理，研究方向?yàn)榛炷敛牧希炷两Y(jié)構(gòu)及施工技術(shù)等

中圖分類號：X21

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-288X(2016)04-0120-05

Study on Basic Properties of Recycled Mortar Mixed with Silica Powder

LIANG Rui1GUAN Ting2

(1.Xinjiang University，Urumqi 830047；2.Xinjiang Construction Engineering (Group) Co.，Ltd.，Urumqi 830047)

Abstract：The collected waste concrete crushing in addition to 0.75mm diameter was greater than the fine aggregate，based on orthogonal experiment，effects of different recycled fine aggregate replacement ratio，silica fume substitution rate and reducing agent dosage on the performance of mortar，compressive strength and shear strength of the influence that the influence weight of secondary order of each factor and each factor，by level analysis of the silica fume recycled mortar optimized proportion. So in order for recycled sand instead of natural sand mortar and provide a theoretical basis for fine aggregate screens.

Keywords：recycled mortar；silica fume；recycled fine aggregate

項(xiàng)目資助烏魯木齊市建設(shè)科技項(xiàng)目-烏魯木齊地區(qū)再生混凝土集料應(yīng)用工程性能研究(2015019)

引用文獻(xiàn)格式：梁芮等.摻硅粉再生砂漿基本性能研究[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(4)：120-124.