粘土砖再生骨料开发保水性透水混凝土的强度分析

张　璐,胡　松

（贵州大学土木工程学院,贵阳　550025）

粘土砖再生骨料开发保水性透水混凝土的强度分析

张璐,胡松

（贵州大学土木工程学院,贵阳550025）

摘要：废弃粘土砖具有良好的吸水、保水能力，用粘土砖开发的透水混凝土具有一定吸水、保水性能。由于粘土砖的抗压强度低，吸水后抗冻融性能亦差，因此，对不同砖骨料掺量下的透水混凝土作对比试验，研究表明，透水混凝土的抗压强度和抗冻融性能随粗骨料掺量增加而减小，在制备透水混凝土时应充分考虑砖骨料对抗压强度和抗冻性的不利影响。

关键词：废弃粘土砖；透水混凝土；抗压强度；抗冻性

0　引言

粘土砖是历史最久的耐火材料，废弃粘土砖在建筑垃圾中占有相当的比重。由于历史原因，在我国城镇化建设过程中产生大量废弃粘土砖，造成环境污染压力[1-2]。将废弃粘土砖变废为宝，符合可持续发展战略。目前，废弃粘土砖主要用作粗骨料生产耐热混凝土、轻集料混凝土、铺路块料等，但是，用废弃粘土砖开发保水性透水混凝土的研究甚少。

将废弃粘土砖破碎、筛分后，作为再生骨料置换天然碎石。在搅拌过程中掺入少量发泡剂、硫酸钠，水泥胶结层便产生大量微孔，为水分进出提供通道。本文主要对砖骨料的不同掺量进行对比试验，研究了该因数对透水混凝土的抗压强度、抗冻性的影响。

1　试验原材料

实验原材料为水泥，粗骨料，自来水，发泡剂，硫酸钠。水泥采用拉法基PO42.5R硅酸盐水泥；粗骨料采用单一级配。本试验用碎石和砖骨料混合作粗骨料，其性能特征见表1、表2；发泡剂采用蛋白质类发泡剂，发泡剂与水按1：40的质量比先进行稀释，用发泡机进行机械发泡，得到白色泡沫，发泡倍数为20，具有较高的黏度和经时稳定性。

表1　碎石性能特征

表2　砖骨料性能特征

2　基本配合比

目前国内外对透水混凝土的设计方法有：查表法、经验公式法、体积法等。本试验采用经验公式法[3]，设计强度取10MPa，管理水平取25%，捣实成型，水灰比W/C=0.35，硫酸钠掺量取水泥质量的2%，发泡剂经过机械发泡后的掺量约为水泥体积的20%。经过多次试拌后确定透水混凝土的最佳配合比（见表3）。

表3　透水混凝土配合比

3　砖骨料掺量

在水泥掺量不变的情况下，用同级配的砖骨料等质量置换碎石，粗骨料总体积膨胀，致使水泥浆体不能包裹住所有骨料颗粒，混凝土强度降低，甚至骨料裸露不能粘结在一起。所以，用同级配的砖骨料等体积置换石子为宜，其掺量（砖骨料体积占混凝土总体积的比例）见表4。

表4　砖骨料掺量

用试验方式估算因砖骨料吸水而额外补充的水量：（1）选用配合比编号Ⅲ、Ⅸ。（2）将干燥的砖骨料放入搅拌机，掺入第一次水后搅拌2min，使砖骨料充分吸水。（3）然后依次掺入碎石、水泥，搅拌1min，使混合料拌合均匀。（4）最后掺第二次水、发泡剂及硫酸钠搅拌2min出料。第一次掺水量=红砖×Q，Q值取3%、5%、7%、9%、11%、13%、15%，

图1　不同粒径下抗压强度随Q值关系

第二次掺水量为100.4kg/m³。（5）将所得试块在自然养护状态下养护28天测其28天抗压强度，见图1。由图1可知，5～10mm粒径的混凝土强度在Q=9%时强度最高，10～15mm粒径的混凝土强度在Q=7%时强度最高。因此，粒径范围5～10mm和10～15mm的Q值分别取9%、7%为宜。

图2　不同粒径下抗压强度与砖骨料掺量的关系

4　搅拌、成型及养护

搅拌：首先往搅拌锅中投入全部砖骨料，并倒入全部的第一次掺水量，搅拌2min；然后倒入全部碎石、水泥、发泡剂及硫酸钠，搅拌1min；最后倒入全部的第二次掺水量，搅拌2min后出料。

捣实成型：每层捣实厚度不大于5cm，对于10cm×10cm× 10cm的试块每层插捣次数不低于15次。待模子成型之后，用插捣棒在试块表面进行滚动，以使得表面平整，不出现石子脱落现象。

采用自然养护，即在空气中（湿度95%以上，温度（20±2）℃）养护。

5　结果分析

5.1抗压强度

如图2所示，5～10mm级配的透水混凝土，当掺量为0%时，抗压强度为9.10MPa，当掺量100%时，抗压强度为6.29MPa，强度减少了22%。10～15mm级配的透水混凝土，当掺量为0%时，抗压强度为8.90MPa，当掺量增至100%时，抗压强度为5.77MPa，强度减少了35%。随着砖骨料掺量的增加，透水混凝土28d抗压强度总体呈下降趋势。

透水混凝土是干硬性较大的混凝土，其强度主要取决于骨料之间的咬合摩擦力以及骨料与水泥浆体之间的粘结强度。本实验均使用相同标号的水泥、相同的成型方式，所以认为强度随着掺量的增加而减少的主要原因是粘土砖作骨料时无法像碎石一样在骨料互相摩擦的时候承担那么大的摩擦力，从而发生断裂和崩裂，继而引起宏观上透水混凝土抗压强度的降低。

图3　不同粒径下强度损失率与砖骨料掺量的关系

5.2抗冻性能

透水混凝土冻融破坏形式为内部损伤。由于透水混凝土具有很大的有效孔隙，能储存水分。当内部水冰冻时体积膨胀，推动其余水分向边界排除，混凝土本身将受到推动水分前进的反力作用，当此反力大于水泥胶结层的抗拉强度时，胶结层破坏，此时透水混凝土内部产生裂缝，缩短透水混凝土的使用寿命。因此，本研究对透水混凝土的抗冻性能进行了室内试验研究。

如图3所示，5～10级配透水混凝土随着掺量增加，强度损失值逐渐增加，即抗冻性逐渐下降，但强度损失基本在10%～20%之间。10～15级配透水混凝土随着掺量增加，强度砖损失值较大，最大强度损失出现在孔隙率40%和80%两个点，强度损失超过30%，抗冻性能明显不如5～10级配。

由分析可知，添加砖骨料降低了透水混凝土的抗冻性能。

参考文献：

[1]张孟雄,张学良,王卫秋,吴国强,薛奇峰.建筑垃圾砖的开发及应用[J].砖瓦世界,2006（08）：19-21.

[2]苗毓恩,王罗春.旧建筑物拆除中废旧砖瓦的资源化途径[J].上海电力学院学报,2009（06）：579-582.

[3]陶新明.无砂大孔混凝土配合比设计、成型及养护[J].混凝土,2010（10）：136-138.

作者简介：张璐（1990—），女，湖南祁阳人，硕士研究生在读，研究方向：结构工程 。