陶瓷再生粗骨料混凝土力學(xué)性能研究*

王東旭 蔣貴鑫 何思瑤 王 濱 劉 瑤

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

1 概述

在陶瓷工業(yè)中，生產(chǎn)和運(yùn)輸陶瓷過程產(chǎn)生了大量廢棄物，衛(wèi)生陶瓷廢物屬于不可生物降解的工業(yè)廢棄物。為了減少對陶瓷垃圾填埋場的需求和成本，降低陶瓷廢物對環(huán)境的不利影響，陶瓷廢物的回收利用是一個亟待解決的問題。另外，建筑行業(yè)需要新的骨料來源，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的骨料來源主要為天然砂石，過量的開采已經(jīng)造成植被破壞、山體滑坡等一系列環(huán)境問題。因此，為了保護(hù)環(huán)境、節(jié)省能源，在砂漿和混凝土中可以利用陶瓷廢料作為粗骨料使用。本文主要針對廢舊陶瓷再生粗骨料混凝土的力學(xué)性能進(jìn)行了研究。

2 試驗(yàn)原材料和方法

2.1 原材料準(zhǔn)備

本試驗(yàn)中所采用的水泥為P.O42.5級普通硅酸鹽水泥；細(xì)骨料為天然中砂，連續(xù)級配，細(xì)度模數(shù)2.67；粗骨料包括天然碎石骨料和廢陶瓷再生粗骨料；粒徑范圍5 mm～20 mm；水為實(shí)驗(yàn)室的自來水。

陶瓷廢料來源不同，用其制備的再生粗骨料基本性能也不同。本研究使用的再生粗骨料是由我市某建材市場銷售的陶瓷制品在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)破損而丟棄的陶瓷廢料制備而成。將收集好的破碎陶瓷用顎式破碎機(jī)破碎，再經(jīng)過篩分獲得級配良好的陶瓷粗骨料。陶瓷再生粗骨料與天然碎石相比，它們的一些基本特性存在差異：如顆粒級配、密度、吸水率、壓碎指標(biāo)等方面，因此需要對其基本性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。陶瓷再生粗骨料和天然碎石基本特性如表1所示。

表1 天然碎石和陶瓷再生粗骨料基本特性

2.2 試驗(yàn)方法

再生陶瓷粗骨料是將損壞、破舊的瓷磚經(jīng)清洗、破碎、除雜、篩分、分級后制備獲得，廢棄陶瓷再生骨料各項(xiàng)性能指標(biāo)均參照J(rèn)GJ 52—2006普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行測定；混凝土的力學(xué)性能試驗(yàn)參照GB/T 50081—2002普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)中的測試方法進(jìn)行，抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)采用100 mm×100 mm×100 mm的立方體試件；抗折強(qiáng)度試驗(yàn)采用100 mm×100 mm×400 mm的棱柱體試件，對澆筑好的試件在溫度20 ℃±2 ℃、相對濕度95%以上的標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)3 d,28 d后測試其抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，強(qiáng)度值為三個試樣測試的算術(shù)平均值。

2.3 混凝土配合比

目前沒有明確的規(guī)范對再生混凝土配合比設(shè)計進(jìn)行規(guī)定，故本研究參照J(rèn)GJ 55—2011普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程規(guī)定的內(nèi)容進(jìn)行配合比設(shè)計。混凝土強(qiáng)度等級取C30，再生陶瓷粗骨料按等質(zhì)量替代天然碎石，替代率分別為0%,30%,50%,70%，對應(yīng)的試驗(yàn)試件分別用CA0,CA30,CA50,CA70符號來表示?；炷恋木唧w配合比如表2所示。

表2 再生陶瓷粗骨料混凝土配合比

3 試驗(yàn)結(jié)果與對比分析

3.1 抗壓強(qiáng)度結(jié)果分析

表3給出了抗壓強(qiáng)度的測試結(jié)果。隨著陶瓷再生粗骨料替代率的增加，混凝土3 d和28 d的抗壓強(qiáng)度都是先降低后增加，變化幅度不大。當(dāng)替代率為30%時抗壓強(qiáng)度達(dá)到最低，3 d和28 d抗壓強(qiáng)度分別較普通混凝土降低了3.3%和3.9%；當(dāng)替代率為70%時抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大，分別提高了6.5%和5.1%。因此，用陶瓷再生粗骨料代替天然碎石對再生混凝土的抗壓強(qiáng)度有利。

表3 不同齡期抗壓強(qiáng)度

3.2 抗折強(qiáng)度結(jié)果分析

表4給出了抗折強(qiáng)度的測試結(jié)果。隨著陶瓷再生粗骨料替代率的增加，混凝土3 d和28 d的抗折強(qiáng)度相對普通混凝土的抗折強(qiáng)度逐漸減小。究其原因?yàn)榭拐蹚?qiáng)度測試的破壞形式為脆性破壞，而陶瓷廢料的材質(zhì)本身較脆，壓碎指標(biāo)大于天然碎石，且在破碎過程中形成的扁平狀的不規(guī)則顆粒較多，表面粗糙不平，因此影響了混凝土的抗折強(qiáng)度發(fā)展。

表4 不同齡期抗折強(qiáng)度

4 結(jié)語

本文研究了陶瓷廢料作為粗骨料替代天然碎石對再生混凝土力學(xué)強(qiáng)度的影響。用廢棄陶瓷粗骨料替代天然碎石來制備混凝土是可行的。

1)再生陶瓷粗骨料性能與天然碎石相比存在一定差異，但性能均能滿足規(guī)范要求；其表觀密度和堆積密度較天然碎石低，但吸水率和壓碎指標(biāo)較高。

2)隨著陶瓷再生粗骨料替代率的增加，混凝土3 d,28 d抗壓強(qiáng)度先降低后增大。當(dāng)陶瓷再生粗骨料替代率為70%時，其3 d,28 d抗壓強(qiáng)度均達(dá)到最大，分別較普通混凝土的抗壓強(qiáng)度提高了6.5%和5.1%。

3)隨著陶瓷再生粗骨料替代率的增加，混凝土3 d,28 d的抗折強(qiáng)度逐漸減小。