废弃陶瓷再生混凝土耐火性研究

毋雪梅 李素平

郑州大学材料科学与工程学院（450001）

试验研究

废弃陶瓷再生混凝土耐火性研究

毋雪梅 李素平

郑州大学材料科学与工程学院（450001）

研究了以高铝水泥为胶结材料，以天然骨料、废弃卫生洁具骨料、废弃地板砖骨料配制的混凝土的耐火性能。试验表明，经受不同温度的高温后，各种骨料混凝土的性能如强度、抗热震性均有所下降，但废弃陶瓷再生混凝土比普通混凝土表现出更好的耐火性能。

废弃陶瓷再生骨料；废弃陶瓷再生混凝土；耐火混凝土；耐火性

0 引言

混凝土仍将是21世纪不可替代的主要建筑结构材料，但混凝土的骨料资源出现了严重危机。而在各种陶瓷制品的生产、运输、销售、储存和使用期间，由于磕碰、老化、淘汰等因素造成大量的废弃陶瓷。有调查表明，这部分废弃陶瓷的30%都成为了工业废弃物，并且陶瓷产业的废弃量将会更高。废弃陶瓷目前还没有很好地有效回收利用[1]。笔者曾对废弃陶瓷再生骨料在砂浆、混凝土中的应用[2-3]做了一定研究，从废弃陶瓷再生混凝土的力学性能的角度得出废弃陶瓷再生骨料完全可以代替天然骨料配制混凝土。笔者在此研究基础上进一步研究废弃陶瓷再生混凝土的耐高温性，以期用废弃陶瓷骨料作耐火骨料开发出耐火混凝土。

1 试验用原材料

1.1 水泥

中原铝厂生产的CA-50铝酸盐水泥，其性能见表1。

表1 CA-50铝酸盐水泥物理力学性能

1.2 骨料

本试验共准备了三种骨料，分别是天然碎石、废弃卫生洁具、废弃地板砖。其中废弃卫生洁具、废弃地板砖来自于郑州市西建材市场上由于运输、销售环节出现的废品、破碎品。三种骨料的颗粒分布经筛分控制一样,见表2。三种骨料的物理性能见表3。

表2 骨料粒度分布

表3 三种骨料物理性能

1.3 粉料

本实验采用铝矾土细粉为填充料，铝矾土细粉全部通过0.08mm筛。

2 试验方法

2.1 不同骨料混凝土试样的制备

按表4所示混凝土配合比例分别称量骨料、水泥、粉料，先机械干混均匀，再与水机械混合均匀，得混凝土混合料。将混合料分两次浇筑到振动台上的40mm×40mm×160mm三联试模中，共振动2 min成型。将试样带模放入水泥标准养护箱中养护一天后脱模，脱模后将试样转放入混凝土标准养护室养护至28天后进行性能检测。

表4 三种骨料混凝土配合比（g）

2.2 不同骨料混凝土的常温及耐高温性能检测

参照国家标准GB/T3001-2007《耐火材料常温抗折强度试验方法》和GB/T5072-2008《耐火材料常温耐压强度试验方法》分别对三种骨料配制的混凝土试样进行力学性能测试。测试常温（约20℃）及承受不同高温后的抗折和抗压强度。

抗热震性的测试是参照标准YB4018-91《耐火制品抗热震性试验方法》进行的。采取1000℃循环风冷的方法进行热震循环5次，然后测试热震前后试样的抗折、抗压强度变化。

耐高温性能检测都是升温到要求温度且保温1 h后再将试样冷却至室温后进行试验的。

3 试验结果与分析

3.1 不同温度下强度

三种骨料混凝土经不同高温后的烧后强度及常温下强度见图1、图2。

图1 三种骨料混凝土不同温度下抗折强度

图2 三种骨料混凝土不同温度下抗压强度

由图1、图2可看出，虽然由于水灰比和骨料质量的不同，天然碎石骨料配制的混凝土比废弃陶瓷再生骨料配制的混凝土初始强度高。当加热温度不高（约400℃以下）时，三种混凝土强度都表现出急剧降低。这是因为高铝水泥混凝土高温加热发生相变，体积收缩，结晶粒子空隙增大所致。当温度达到一定高度（约550℃以上）时，天然碎石混凝土的强度仍表现出继续下降，废弃陶瓷再生混凝土强度下降比较缓慢。这是因为天然碎石主要成分CaCO3发生分解，逸出CO2，从而变得疏松所致，废弃陶瓷再生骨料表现出了其耐火骨料的优势。从图2中可以看出，天然碎石混凝土经过1000℃高温后，抗压强度已经下降为只有初始强度的20%，但是废弃卫生洁具再生混凝土却下降为初始强度的52%，废弃地板砖再生混凝土下降为初始强度的49%。再生混凝土表现出较好的耐高温性。

3.2 不同骨料混凝土抗热震性

采用热震后试样的强度变化来衡量。三种骨料配制的混凝土经过热震试验后强度变化见图3、图4。

图3 三种骨料混凝土热震前后抗折强度

图4 三种骨料混凝土热震前后抗压强度

从图3可以看出，天然骨料混凝土热震后抗折强度保持率只有15%，废弃地板砖再生混凝土强度保持率是43%,废弃卫生洁具再生混凝土强度保持率是47%。从图4可以看出，天然骨料混凝土热震后抗压强度保持率只有17%，废弃地板砖再生混凝土抗压强度保持率是46%，废弃卫生洁具再生混凝土抗压强度保持率是47%。废弃陶瓷再生混凝土相比天然骨料混凝土表现出较好抗热震性。

4 结论

1）以废弃卫生洁具、废弃地板砖再生骨料配制的混凝土的耐火性能明显优于天然骨料配制的混凝土。

2）在慢速升温的条件下，不同骨料的高铝水泥耐火混凝土性能均有所下降。三种混凝土强度在400℃以下时下降较快,在400～1000℃时下降幅度降低。

3）在经过1000℃的高温后，天然骨料混凝土的强度已经下降为初始强度的20%左右，废弃陶瓷再生混凝土的强度为初始强度的50%左右。经过热震后，天然骨料混凝土的强度下降为初始强度的15%左右，废弃陶瓷再生混凝土的强度还能保持热震前的45%左右。

[1]陆盛武,等.以废弃陶瓷为骨料生产再生混凝土可行性探讨[J].山西建筑,2008(12)：1～2.

[2]毋雪梅,等.废弃陶瓷再生砂配制砂浆、混凝土的研究[J].混凝土,2008(12)：50～52.

[3]毋雪梅,等.废弃陶瓷再生混凝土及界面研究[J].郑州大学学报（工学版）,2010(3)：35～38.

[4]孙跃东,等.我国再生混凝土的研究现状和需要解决的问题[J].混凝土,2006(4)：25～28.

[5]Mechanical behaviour of non-structural concrete made withrecycled ceramic aggregates，by J. de Brito et al. Cementand Concrete Composites 27(2005)429～433.

[6]Performance of metakaolin concrete at elevated temperatures,by Chi-Sun Poon et al. Cement and Concrete Composites25(2003)83～89.