陶瓷再生粗骨料混凝土力學(xué)性能與耐久性研究

邵蓮芬，張文忠

（黃淮學(xué)院建筑工程學(xué)院，河南 駐馬店 463000）

陶瓷再生粗骨料混凝土力學(xué)性能與耐久性研究

邵蓮芬，張文忠

（黃淮學(xué)院建筑工程學(xué)院，河南 駐馬店 463000）

廢棄陶瓷經(jīng)破碎、篩分，制備再生粗骨料，等質(zhì)量取代天然石子，配制陶瓷粗骨料混凝土。研究了陶瓷粗骨料取代率對混凝土工作性能、力學(xué)性能和耐久性的影響。結(jié)果表明：隨著陶瓷粗骨料取代率的增加，混凝土的流動性逐漸降低、抗壓強(qiáng)度有所提高、而抗折強(qiáng)度卻略有降低；陶瓷粗骨料對混凝土的抗凍性影響不大。

陶瓷；再生骨料；混凝土；力學(xué)性能；耐久性

陶瓷產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，隨之而來的是陶瓷廢料的增多[1]。我國僅墻地磚生產(chǎn)每年就產(chǎn)生45萬t生坯廢品，燒成廢品更多達(dá)65萬t，而廢陶瓷回收再利用的成本比購買陶土生產(chǎn)的成本還要大，多數(shù)陶瓷企業(yè)并不愿意對廢陶瓷進(jìn)行回收再利用[2-3]。陶瓷工業(yè)的廢棄物通常以堆積和填埋的簡單處理方式為主，造成了土地、礦產(chǎn)資源的巨大浪費和環(huán)境污染，阻礙了陶瓷行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[4-6]。

本研究以廢棄陶瓷為粗骨料等質(zhì)量取代天然石子，制備陶瓷再生粗骨料混凝土，研究陶瓷再生粗骨料混凝土的力學(xué)性能及耐久性。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

水泥：P·O42.5R水泥，武漢華新水泥有限公司生產(chǎn)；砂長江中砂，細(xì)度模數(shù)2.7，含泥量0.8%；天然石子：武漢碎石堆積密度1580 kg/m3；陶瓷再生粗骨料：將廢陶瓷用破碎機(jī)破碎制得，堆積密度1350 kg/m3，粗骨料的粒徑分布見表1。

表1 粗骨料的粒徑分布

1.2 試驗方法

混凝土抗壓強(qiáng)度試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm抗折強(qiáng)度及凍融循環(huán)試件尺寸為100 mm×100 mm×400 mm收縮試件尺寸為100 mm×100 mm×515 mm。

混凝土坍落度參照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測試；抗壓、抗折強(qiáng)度參照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法》進(jìn)行測試；抗凍融循環(huán)和收縮性能參照GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》進(jìn)行測試。

1.3 混凝土配合比

陶瓷再生粗骨料等質(zhì)量取代天然石子粗骨料，取代率分別為0、25%、50%、75%和100%，陶瓷粗骨料混凝土配合比如表2所示。

表2 陶瓷再生粗骨料混凝土的配合比

2 結(jié)果與分析

2.1 陶瓷再生粗骨料取代率對混凝土坍落度的影響（見圖1）

圖1 陶瓷再生粗骨料取代率對混凝土坍落度的影響

由圖1可見，隨著陶瓷再生粗骨料取代率從0增加到100%，混凝土的坍落度逐漸減小，由85 mm減小至50 mm，流動性逐漸降低。這是因為，陶瓷再生粗骨料等質(zhì)量取代天然石子，而陶瓷再生粗骨料的表觀密度小于天然石子，這就增大了混凝土中骨料體積，相對降低了混凝土中漿體的量，使得混凝土的流動性降低。另外，陶瓷再生粗骨料孔隙率大，吸水率較天然粗骨料大[7]，降低了混凝土實際水灰比，從而降低了混凝土的坍落度。

2.2 陶瓷再生粗骨料取代率對混凝土力學(xué)性能的影響（見圖2）

圖2 陶瓷再生粗骨料取代率對混凝土強(qiáng)度的影響

由圖2（a）可見，隨著陶瓷再生粗骨料取代率的增加，混凝土的3 d、28 d抗壓強(qiáng)度先降低后升高、最后又稍有降低，但變化率都不大。當(dāng)陶瓷再生粗骨料取代率為75%時，混凝土3 d、28d抗壓強(qiáng)度均達(dá)到最大，分別較取代率為0的提高了6.8% 和8.3%。由圖2（b）可見，隨著陶瓷再生粗骨料取代率的增加，混凝土的3 d、28 d抗折強(qiáng)度逐漸降低，陶瓷再生粗骨料取代率為100%時，混凝土的3 d、28 d抗折強(qiáng)度較取代率為0的分別降低了10%和9.6%。

混凝土的受力破壞主要有骨料破壞、水泥石破壞及骨料與水泥石界面破壞等3種形式。對于普通混凝土，受力破壞大多以界面破壞為主，即骨料與水泥石界面為混凝土內(nèi)最薄弱環(huán)節(jié)。陶瓷再生粗骨料表面粗糙、棱角多，與水泥石粘結(jié)強(qiáng)度高，所以陶瓷再生粗骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度有所提高。另外，混凝土抗壓強(qiáng)度的提高還受到混凝土實際水灰比的影響，因為陶瓷再生粗骨料多孔隙、吸水率高，因而降低了混凝土實際水灰比，提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度。

陶瓷再生粗骨料混凝土抗折強(qiáng)度測試破壞為脆性破壞，一方面，陶瓷材料本身脆性較大，增大了混凝土的脆性，使得其抗折強(qiáng)度有所降低；另一方面，再生陶瓷粗骨料中扁平狀骨料較多，也會降低混凝土的抗折強(qiáng)度。

2.3 陶瓷再生粗骨料取代率對混凝土耐久性的影響

2.3.1 抗凍性能

陶瓷再生粗骨料取代率對混凝土抗凍性能的影響見圖3、圖4。

圖3 陶瓷再生粗骨料取代率對混凝土質(zhì)量損失率的影響

圖4 陶瓷再生粗骨料取代率對混凝土相對動彈性模量的影響

由圖3可見，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，各組混凝土的質(zhì)量損失率逐漸增大；隨著陶瓷再生粗骨料取代率的增加，凍融循環(huán)后質(zhì)量損失率先增大后減小。C1、C2、C3和C4組混凝土凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失率均大于基準(zhǔn)組C0，4組混凝土中，陶瓷再生粗骨料取代率為25%的C1組凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失最大，陶瓷再生粗骨料取代率為100%的C4組質(zhì)量損失率最小。經(jīng)過75次凍融循環(huán)后，各組混凝土的質(zhì)量損失率均小于5%。

由圖4可見，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，各組混凝土的相對動彈性模量都逐漸減?。浑S著陶瓷再生粗骨料取代率的增加，相對動彈性模量基本呈先減小后增大的趨勢。各組混凝土中，陶瓷再生粗骨料取代率為25%的C1組凍融循環(huán)后相對動彈性模量最小，取代率為100%的C4組相對動彈性模量最大。

混凝土的抗凍性受孔隙率和孔隙結(jié)構(gòu)影響顯著[8]。陶瓷粗骨料為多孔材料，對混凝土孔隙結(jié)構(gòu)具有改善作用；另外，陶瓷與天然石子相比，其彈性模量大，混凝土中摻入陶瓷再生粗骨料后，經(jīng)凍融循環(huán)后相對動彈性模量損失減小。本試驗中，陶瓷再生粗骨料摻入對混凝土抗凍性影響較小。

2.3.2 干燥收縮性能

陶瓷再生粗骨料取代率對混凝土干燥收縮性能的影響見圖5。

圖5 陶瓷再生粗骨料取代率對混凝土干燥收縮性能的影響

由圖5可見，隨著齡期的延長，各組混凝土的干燥收縮率逐漸增大；隨著陶瓷再生粗骨料取代率的增加，混凝土的干燥收縮率先增大后逐漸減小。陶瓷再生粗骨料取代率為25%的C1組收縮率大于基準(zhǔn)組C0，為各組最大；陶瓷粗骨料取代率為50%、75%和100%三組混凝土（C2、C3、C4）的干燥收縮率都小于基準(zhǔn)組C0，取代率為100%的C4組收縮率最小。

混凝土中粗骨料起到“骨架”作用，抑制混凝土的收縮。陶瓷再生粗骨料等質(zhì)量取代天然骨料，由于陶瓷密度較天然石子小，所以陶瓷混凝土體系中骨料體積比例增加，水泥比例相對減小，因此，陶瓷骨料混凝土收縮減小。另外，陶瓷的彈性模量大，抵抗變形能力強(qiáng)，抑制了混凝土的收縮。再者，陶瓷骨料具有較強(qiáng)的吸水能力，在混凝土拌合過程中作為一種高吸水性材料儲存一部分水，當(dāng)混凝土處于干燥環(huán)境中水分蒸發(fā)時陶瓷粗骨料就會釋放自身吸收的水分，降低了毛細(xì)孔和凝膠孔的孔壓力，起到了一中“內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑”的作用[9]，進(jìn)一步降低了混凝土的收縮。綜述以上3個方面的原因，摻入適量陶瓷再生粗骨料的混凝土收縮較普通混凝土有所降低。

3 結(jié)論

（1）隨陶瓷再生粗骨料取代率的增加，混凝土的坍落度逐漸減小，流動性逐漸降低。

（2）隨陶瓷再生粗骨料取代率的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度先降低后升高、最后又稍有降低，取代率為75%時抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大；抗折強(qiáng)度逐漸降低。

（3）陶瓷再生粗骨料摻入后對混凝土抗凍性影響較小，摻入適量陶瓷再生粗骨料的混凝土收縮較普通混凝土有所降低

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[3]許愛民，曾令可.陶瓷廢料的綜合利用[J].中國陶瓷工業(yè)，2006 13（6）：19-20.

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[8]張士萍，鄧敏，吳建華.孔結(jié)構(gòu)對混凝土抗凍性的影響[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2008，30（6）：56-59.

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Research on mechanical property and durability of ceramic recycled coarse aggregate concrete

SHAO Lianfen，ZHANG Wenzhong
（Architecture Engineering College，Huanghuai University，Zhumadian 463000，China）

Replace natural carpolite with the same amount of waste ceramic aggregate after crushing and screening to prepare ceramic recycled coarse aggregate concrete.The working performance and mechanical properties of ceramic recycled coarse aggregate concrete were tested，the influence of ceramic coarse aggregate content on durability was also discussed in this paper.The results showed that the mobility was reduced，the compressing strength was increased，while the flexural strength was decreased with the increasing of ceramic recycled coarse aggregate replacement rate.Finally，the ceramic recycled coarse aggregate had little effect on the durability of concrete.

ceramic，recycled aggregate，concrete，mechanical property，durability

TU528

A

1001-702X（2016）09-0033-03

河南省科技攻關(guān)計劃項目（142102310108）；河南省青年骨干教師資助計劃項目（2013GGJS-213）

2016-03-09

邵蓮芬，女，1974年生，河南駐馬店人，副教授，主要從事地質(zhì)災(zāi)害、新型建筑材料、土木結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)學(xué)研工作。