铁尾矿砂碎砖混凝土和易性与抗压强度试验研究①



铁尾矿砂碎砖混凝土和易性与抗压强度试验研究①

□□ 姚雷，贾开武(唐山学院 土木工程系，河北 唐山063000)

摘要：分别用碎砖取代30%、40%、50%、100%的碎石，用铁尾矿砂取代25%、50%的河砂，配制强度等级为C40的再生混凝土，测定了混凝土的和易性和抗压强度。试验结果表明，随着碎砖掺量的增加，混凝土坍落度下降，坍落度经时损失值增大，抗压强度降低。而铁尾矿砂掺量对混凝土的坍落度和抗压强度影响均不明显。

关键词：碎砖骨料；铁尾矿砂；坍落度；抗压强度

引言

再生混凝土是利用再生骨料作为部分或全部骨料配制的混凝土[1]。利用碎砖及铁尾矿砂部分或全部取代天然骨料，一方面可以利用建筑拆除后废旧砖墙产生的碎砖，原铁矿石经破碎、选矿后的废弃物铁尾矿砂等建筑垃圾及工业废料取代天然骨料；另一方面，可以解决天然骨料资源匮乏的问题，减少天然砂石资源的开发利用对周围环境产生的破坏，维持建筑业的绿色发展，保持社会的可持续发展。

近几年，我国每年产生的建筑垃圾总量约为15.5亿t~24亿t。其中废旧混凝土约占10%，废土约占30%，废砖瓦约占60%[2]。另据《中国环境统计年鉴——2009》统计，2008年产生的工业固体废弃物量为22 424万t，其综合治理率仅为25.1%，而铁尾矿砂的综合治理率为7%[3]，从而造成大量的铁尾矿砂长期堆放，不仅占用大量土地，也对周边环境产生了污染及安全隐患。

本试验主要研究利用建筑物废弃的碎砖、铁尾矿砂部分取代天然碎石及河砂配制再生混凝土，在固定水灰比、砂率及减水剂用量的情况下，研究碎砖及铁尾矿砂掺量对再生混凝土的和易性及抗压强度的影响规律。

1试验材料

(1)水泥：选用唐山产盾石牌P·O 42.5普通硅酸盐水泥。

(2)细骨料：①河砂：细度模数为1.4；②人工机制砂：细度模数为3.5；③铁尾矿砂：细度模数为1.9。

(3)粗骨料：①碎石：级配为5~25 mm，含水率0.3%；②碎砖：选自唐山市体育场拆除的3层砖混结构的废弃烧结普通砖，经机械破碎、筛分后颗粒级配为5~25 mm，含水率5.4%，压碎指标11.2%。

(4)减水剂：减水剂采用聚羧酸系高效减水剂，减水率为25%。

2试验及结果分析

2.1　河砂、人工机制砂及铁尾矿砂的级配及其优化

由于唐山地区适合混凝土使用的天然砂资源匮乏，故采用天然河砂、人工砂及铁尾矿砂做级配优化，结果见表1。

表1　细骨料级配优化

由表1结果可以看出，河砂及铁尾矿砂均较细，人工砂较粗，均不适宜单独用于拌制混凝土，而河砂与人工砂及人工砂与铁尾矿砂按表1优化的比例混合后，其级配均符合二区级配的要求，可以用于拌制混凝土。

2.2　碎石和碎砖的级配

选择机制碎石及旧建筑物的废弃碎烧结砖，进行机械破碎、筛分，结果见表2。

表2　粗骨料级配

由表2可见，机制碎石及碎砖的级配均符合国家标准的要求。

2.3　试验配合比设计

按JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》计算C40混凝土配合比，配制强度48.1 MPa，水灰比0.49，砂率33%，坍落度30~180 mm，减水剂为聚羧酸系高效减水剂，固定掺量1.5%。分别用碎砖取代30%、40%、50%、100%的机制碎石[4]，用铁尾矿砂取代25%、50%的河砂或人工砂拌制混凝土，研究碎砖及铁尾矿砂的掺入比例对混凝土和易性及强度的影响。试验配合比设计方案见表3。

表3　试验配合比设计方案　%

由于碎砖骨料的吸水率较大，在试验前先测试了碎砖的1 h吸水率，按1 h吸水率计算碎砖混凝土的附加用水量。但试验中发现其用水量达不到配合比对混凝土坍落度的要求，故增大了混凝土的附加用水量，使混凝土的坍落度达到配合比要求。本试验中附加用水量在12%~20%之间。

2.4　试验结果

按GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》制备边长为150 mm的混凝土试块，共9组，每组12块。测定混凝土的出料坍落度和0.5 h及1 h的流动性、粘聚性、保水性指标，分析碎砖、尾矿砂对混凝土和易性及坍落度损失的影响。在标准条件下养护至不同龄期(7 d，28 d)，进行立方体抗压强度试验，结果见表4。

表4　混凝土和易性及强度

2.5　和易性及强度分析

由于碎砖的吸水率较大，且吸水时间较长，故本试验测定了混凝土拌合物0 min、30 min和60 min时的坍落度值。通过表4可以看到，混凝土拌合物的坍落度均符合30~180 mm的要求，有部分混凝土拌合物在出搅拌机时的粘聚性及保水性一般，在静停30 min后再测则良好。由1~5组混凝土拌合物的坍落度值可以看出，随着碎砖掺量的增加，坍落度值有所下降，且随着碎砖掺量的增加，坍落度经时损失值增大(见图1)。

混凝土强度也随着碎砖掺量的增加而降低(见图2)，且当碎砖掺量超过50%时，下降速度加快。在1~5组中，只有第1组的28 d强度达到配制强度；2组和3组只达到C35的配制强度；第4组只达到C30的配制强度。故在碎砖再生混凝土中，碎砖的掺量以30%~40%较适宜，且配制时应适当提高配制强度。

图1　混凝土坍落度经时损失与碎砖掺量的关系

图2　混凝土强度与碎砖掺量的关系

6~7组是分别采用铁尾矿砂取代25%和50%的河砂配制的混凝土。由表4可以看出，与第1组数据对比，混凝土的和易性及坍落度经时损失均差别不大，强度均达到C40配制强度的要求，说明铁尾矿砂在级配良好的情况下可以取代部分天然砂，而且对混凝土的和易性及强度影响不大。

7~9组是以固定50%的铁尾矿砂取代河砂，考察不同碎砖取代率对混凝土和易性及强度的影响，结果见图3和图4。由图3可知，随着碎砖掺量的增加，混凝土坍落度值下降，且随着碎砖掺量的增加，坍落度经时损失值增大。由图4可知，混凝土强度也随着碎砖掺量的增加而降低，当碎砖掺量超过50%时，下降速度加快。这与1~5组的情况非常相似，也进一步证实铁尾矿砂部分取代天然砂后对混凝土的和易性及强度影响不大。

3结论

3.1本试验对碎砖及铁尾矿砂部分取代碎石及河砂等天然骨料制成的再生混凝土的和易性及强度进行了研究。与不掺再生骨料的混凝土相比，随着碎砖掺量的增加，混凝土坍落度下降，坍落度经时损失值增大，强度降低。在保证细骨料级配良好的情况下，铁尾矿砂的掺量对混凝土的坍落度和强度影响均不明显，其可以叠加掺入制备再生混凝土。当碎砖掺量为30%~40%时，应适当提高混凝土的配制强度；碎砖掺量超过50%时，混凝土强度降幅过大。

图3　采用铁尾矿砂混凝土坍落度经时损失与碎砖掺量的关系

图4　采用铁尾矿砂混凝土强度与碎砖掺量的关系

3.2由于碎砖比天然粗骨料的吸水率大，且吸水时间长，在使用时应考虑增加附加用水量，并应提高刚搅拌好的混凝土拌合物的坍落度值，以补偿由于碎砖等再生骨料混凝土的坍落度经时损失过大而对混凝土和易性造成的影响，保证施工质量。

3.3铁尾矿砂对混凝土拌合物的和易性影响不明显。

参考文献：

[1] 赵玉清，邢振贤.超细粉煤灰配制碎砖骨料混凝土试验研究[J].混凝土，2011(10)：142-144.

[2] 陈萌，毕苏萍.废弃碎砖骨料再生混凝土配合比设计与早期强度试验[J].混凝土与水泥制品，2014(4)：88-89.

[3] 国家统计局，环境保护部.中国环境统计年鉴——2009[M].北京：中国统计出版社，2009.

[4] 宗兰，余倩，张士萍.碎砖类骨料再生混凝土的配合比设计研究[J].混凝土，2012(12)：113-119.

(编辑盛晋生)

Workability and Compressive Strength of Concrete with Ferrous Tailing Sand and Brickbats

YAO Lei，JIA Kai-wu

(Department of Civil Engineering，Tangshan College，Tangshan，Hebei，063000，China)

Abstract：This paper researches the workability and compressive strength of the recycled concrete (strength grade: C40) with ferrous tailing sand and brickbats (brickbats replacing gravel by 30%，40%，50% and 100% respectively，ferrous tailing sand replacing natural sand by 25%，50% respectively).It shows that with the brickbat content increasing，the slump and compressive strength reduces and the slump loss increases，while the content of ferrous tailing sand has no obvious influence on the slump and compressive strength.

Key words：brickbat aggregate；ferrous tailing sand；slump；compressive strength

收稿日期：2015-10-14

作者简介：姚雷(1965-)，女，河北唐山人，副教授，1986年7月毕业于河北工业大学土木系，从事土木工程专业的教学与研究工作。

中图分类号：X 799.1；TU 528.04

文献标识码：A

基金项目：①唐山市科技局项目(12130205B)；河北省教育厅科技项目(Z2013150)。

文章编号：1009-9441(2015)06-0001-03