废粘土砖粉潜在活性探究

程海丽，田海泽

（北方工业大学建筑工程学院，北京100144）

废粘土砖粉潜在活性探究

程海丽，田海泽

（北方工业大学建筑工程学院，北京100144）

通过将磨细的废砖粉取代水泥制作胶砂试件，并测其抗折、抗压强度值来研究废砖粉的潜在活性，并在此基础上，进一步研究了石灰对废砖粉活性的激发作用。结果表明：磨细的废砖粉具有潜在活性，且粒径越小，活性越大；在一定掺量时，石灰可进一步激发废砖粉的活性。

废粘土砖；潜在活性；抗折强度；抗压强度

据统计，废粘土砖的年产出量基本在5 200万t左右，将其破碎后用作混凝土、砂浆的骨料，是对其进行资源化的一个主要途径，这尤其适用于缺乏天然骨料的地区。国外进行了砖厂中废砖用作混凝土粗骨料的研究，研究结果显示[1]，所配制的混凝土有较好的性能，有些方面的性能甚至超过了用天然骨料配制的混凝土。笔者也曾研究了废砖作为骨料应用于GRC[2]及轻质墙体材料[3]中的作用，均有良好的效果。但由于粘土砖本身强度较低，且呈脆性，因此在破碎成混凝土、砂浆所需的粗细骨料的过程中，不可避免地会产生大量的粒径很小的微粉末，笔者也曾试验研究过废砖粉作为细骨料取代天然砂制作再生骨料砂浆的作用[4]，结果显示，在一定取代率下，用部分废砖粉配制砂浆是可行的，但该文仅考虑废砖作为细骨料的填充效应，并未分析废砖粉本身是否具有潜在活性效应，以及活性效应对砂浆性能的影响。文中将废砖进行破碎磨细后以不同取代率取代水泥，通过考察胶砂强度的变化研究其潜在活性，并进一步研究石灰对其活性的激发作用。

1 主要原材料及其性能

1.1 水泥

强度等级为32.5 R的复合硅酸盐水泥，其3 d抗折强度为7.1 MPa,抗压强度为24.4 MPa；28 d抗折强度为8.5 MPa，抗压强度为35.1 MPa。

1.2 细骨料

天然砂细度模数3.5，含水率0.35%，堆积密度1 750 kg/m3。

1.3 废砖粉

附着有水泥砂浆的废粘土砖经破碎、磨细后，分别用75 μm和150 μm的筛子筛分，取粒径＜75 μm和75～150 μm的废砖粉备用，其化学全分析结果如表1所示。

1.4 熟石灰Ca（OH）2

分析纯试剂。

表1 废粘土砖化学全分析数据%

2 试验数据及分析

2.1 废砖粉取代水泥对水泥胶砂强度的影响

将两种不同粒径的废砖粉分别以不同取代率取代水泥，采用普通砂为骨料，配制水泥胶砂试件，养护7 d后，按GB/T17671－1999水泥胶砂强度检验方法（ISO法）进行胶砂强度测定，配比见表2，其性能见表2及图1、图2。

表2 废砖粉取代水泥配合比及其性能

图1 两种粒径废砖粉不同取代率下7 d抗折强度

图2 两种粒径废砖粉不同取代率下7 d抗压强度

由表2和图1、图2可以看出，当两种粒径的废砖粉对水泥的取代率为5%～15%时，试件的抗折强度均超过了纯水泥的抗折强度，当两种粒径的废砖粉对水泥的取代率为5%～10%时，试件的抗压强度均超过了纯水泥的抗压强度；取代率为10%时抗折抗压强度值最大，粒径＜75 μm的废砖粉7 d抗折、抗压强度分别比同龄期纯水泥胶砂强度提高了9.2%和6%，粒径75～150 μm的废砖粉7 d抗折、抗压强度分别比同龄期纯水泥胶砂强度提高了13%和1%，因此，综合抗折、抗压强度看，粒径＜75 μm的废砖粉的效果好于粒径75～150 μm的废砖粉。但当废砖粉取代率继续增加时，强度呈现下降趋势。原因是由于废砖经机械粉磨形成微细颗粒的过程中，不但废砖颗粒粒度减小、比表面积增大和表面自由能增大，同时颗粒表面层发生晶格畸变、活性点增多，使废砖粉中存在有活性氧化硅和活性氧化铝，它们能与水泥熟料的水化产物中的Ca（OH）2发生二次水化反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，促进水泥在水化初期生成较多的水化产物，有利于水泥强度的发展，亦即，磨细的废砖粉具有潜在的活性，且细度越大，潜在活性也相应较大。当然也不能忽略废砖粉的表面特征和填充效应，即除其潜在活性的作用外，还有可能是因为废砖粉表面粗糙，与水泥浆界面啮合能力强，提高了废砖粉与水泥浆界面的粘结性，再者，废砖粉吸水率较大，能吸收新拌水泥砂浆中多余的水分，这既降低了二者界面的水灰比，也降低了砂浆拌合物的有效水灰比，使得水泥浆－废砖粉界面层的孔隙率降低，改善了界面的结构，从而在一定取代率范围内使得强度提高，但当取代率继续提高时，废砖粉大量的消耗体系中的水份可致使浆体和易性劣化，以及局部影响水泥的正常凝结硬化，同时由于水泥用量的相对减少也使整体强度下降。这些均有待采用仪器分析的手段进一步进行研究。

2.2 石灰对废砖粉的激活作用

从表1可以看出，废砖粉中含有大量的SiO2，但钙含量很低，因此考虑采用碱激发增钙的方法对其潜在活性进行激发，其配比如表3所示，其中废砖粉取代水泥率为10%，综合考虑抗折、抗压强度值，选用粒径＜75 μm的废砖粉，增钙激发采用熟石灰，其掺量分别取废砖粉的4%，6%，8%，10%，其性能如表3、图3及图4所示。

由表3、图3及图4可以看出，随着石灰掺量的增加，试件7 d、28 d的抗折、抗压强度均随之提高，当石灰掺量为废砖粉的8%时，强度值最大，7 d抗折、抗压强度分别较不掺石灰时（编号A2）提高18.6%和16%，分别较不掺废砖粉的纯水泥强度（编号A0）提高29.6%和23.2%，28 d抗折、抗压强度分别较不掺石灰时（编号A2）提高16.2%和47.2%，但当石灰掺量继续增加时，强度呈下降趋势。原因是石灰可进一步激发废砖粉的活性，它与废砖粉中存在的活性氧化硅和活性氧化铝发生反应生成水硬性产物，从而进一步提高其强度。但当加入的石灰到一定量时，废砖粉中的活性氧化硅和活性氧化铝已反应完全，过量的石灰已不起作用，甚至有可能会导致材料强度下降，所以当石灰达到一定掺量后，材料的强度出现下降趋势。

表3 不同掺量石灰对废砖粉激发的配比及其性能

图3 石灰掺量对抗折强度的影响

图4 石灰掺量对抗压强度的影响

3 结论

（1）磨细的废砖粉具有一定的潜在活性，且粒径越小，活性越大。

（2）基于磨细废砖粉具有潜在活性的特征，在本胶砂体系中，取代10%的水泥时，可不同程度地提高其强度，从而节约水泥，具有节约能源、资源及环保的意义。

（3）在一定掺量时，石灰可进一步激发废砖粉的活性，在本胶砂体系中，掺入废砖粉用量8%的熟石灰，可使废砖粉的活性达到最大程度的激发。

[1] Akhtaruzza man A A，Hasnat A.Properties of concrete using crushed brick as aggregate[J].Concrete Intermational，1983，5(2):58-63.

[2] 程海丽.废旧砖在GRC中的再生利用研究[J].新型建筑材料，2012，10(39)：8-10.

[3] 吴华锐，程海丽.用废砖制作利废型轻质墙体材料试验研究[J].再生资源与循环经济，2012，10(5)：34-37.

[4] 程海丽.废砖粉在建筑砂浆中的应用研究[J].北方工业大学学报，2005(1)：89-93.

Research on potential activation on waste clay brick

CHENG Haili,TIAN Haize
（College of Architecture,North China University of Technology,Beijing 100144,China）

In the paper,grinding waste brick powder was used to replace parts of cement in different substitutive percent in mortar,and by testing the flexural and compressive strength,the potential activity of waste brick powder was researched.On this basis,the activated effect of lime on the waste brick powder was further researched.The result showed that the grinding waste brick has potential activity,and the smaller the particle size is,the greater the activity is; the potential activity of waste brick powder could be further activated,while the lime was added in a certain dosage.

waste bricks powder;potential activity;flexural strength;compressive strength

X799.1；TU522.09

A

1674－0912（2014）12－0025－03

2014－03－20）

北京市教委科技发展计划资助项目（KM201210009010）；固废资源化利用与节能建材国家重点实验室开放基金项目（SWR－2012－003）

程海丽（1965－），女，河北人，硕士，副教授，研究方向：建筑材料、新型建筑材料，发表论文20余篇。