粘土砖再生粗骨料物理性质改进研究

李 黎，张 杰

(1.南阳师范学院 土木建筑工程学院，河南 南阳 473061；2.济源职业技术学院，河南 济源 459000)



粘土砖再生粗骨料物理性质改进研究

李 黎1，张 杰2

(1.南阳师范学院 土木建筑工程学院，河南 南阳 473061；2.济源职业技术学院，河南 济源 459000)

对粘土砖破碎之后的再生粗骨料进行级配调整，测定级配调整前后骨料的物理性质.结果表明如果粘土砖再生粗骨料的级配不良，人工进行级配调整可优化其级配，提高再生骨料的堆积密度并降低压碎指标.进而对级配调整后的碎砖再生骨料进行水泥浆液浸泡、搅拌处理.物理性质测试结果表明，处理后的再生粗骨料吸水率降低，表观密度增大，强度得到明显改善.

粘土砖；再生粗骨料；级配调整；物理性质；性能改进

建筑垃圾又称为建筑废弃物，指对各种建(构)筑物、道路工程、市政工程等进行建设、拆除、维护过程中所产生的废弃混凝土、砖石、渣土及其他废弃物.统计显示，建筑垃圾可以达到我国城市垃圾总量的30%以上，建筑垃圾乱堆乱放不仅占用大量土地，而且污染水、土壤、空气，影响市容乃至城市的健康发展；而于此同时我国每年砂石骨料使用量高达数十亿吨[1-2].近年来，随着城市棚户区改造、城中村改造项目等的快速推进，大量的老旧砖混结构房屋被拆除，产生了大量以废弃粘土砖为主要成分的建筑垃圾.

但是以往对于混凝土再生骨料的物理性质以及以其为主要成分的混凝土的研究较多，以废弃粘土砖再生骨料的物理性质为研究对象的成果相对较少.本试验主要研究了废弃粘土砖再生骨料级配调整前后其物理性质的变化，进而利用预处理的方法对碎砖粗料进行改性以提高其物理性质.希望本文的研究能够对废弃粘土砖再生骨料混凝土的应用和研究提供帮助.

1 再生粗骨料颗粒级配的调整

本试验所使用的原材料来自南阳师范学院内废弃的砖混结构房屋，建造年代为1999年左右，原为周围居民住宅楼.在已拆除的旧粘土砖中随机抽取18块，按规范要求测定其抗压强度，供试验时参考，经测定粘土砖的强度为MU10，强度未有明显降低，选取破碎砖块，进一步进行人工破碎后用水冲洗.按粒径进行筛分，分为再生粗骨料4.75～31.5 mm，再生细骨料0.15～2.5 mm，而粒径0.15 mm的微粉一般应去掉.

本文主要是对再生粗骨料的物理性质进行改进研究，由于目前对于再生骨料还没有规范进行明确的规定，因此本文试验均参考《建筑用卵石、碎石》(GB/T 14685-2001)(以下简称《规范》)之规定的进行[3].本文首先对碎砖再生粗骨料级配进行了调整，而后测定其调整前后一系列物理性质的变化.同时，对天然碎石的对应物理性质也进行了测定，以进行对比分析.

1.1 级配调整方法

采用筛分法，测得碎石骨料与碎砖再生骨料的累计筛余百分率(见表1).由于碎砖再生骨料强度较低,因此破碎时，产生了大量小粒径的骨料，所以级配较差，为了更好的满足试验及工程使用需要，本试验对碎砖再生骨料级配进行了调整.调整方法中肖建[4]庄等提出的方法，结合参考文献[5-7]中的研究结论，再生骨料在利用时，应较多利用大颗粒的骨料，而减少小颗粒比例.因此，主要将粒径9.5～16 mm之间的骨料进行了增加，调整后的再生骨料级配也列入了表1(再生骨料1为调整前，再生骨料2为调整后，后文不再赘述)，级配曲线(见图1).从级配曲线中可以明显看到，调整后的级配曲线与天然碎石骨料更为接近，级配趋于合理.

表1 天然骨料与再生骨料累计筛余百分率

粗骨料种类累计筛余百分率/%191613.29.54.752.36碎石骨料7.629.856.378.695.397.4再生骨料101.95.614.360.196.9再生骨料201.919.858.296.498.5

图1 碎石骨料与再生骨料级配曲线图

1.2 级配调整对强度的影响

粗骨料的强度用压碎指标来表示.依《规范》规定:建筑工程所用粗骨料，Ⅰ类碎石其压碎指标值应小于10%、Ⅱ类碎石其压碎指标值应小于20%、Ⅲ类碎石其压碎指标值应小于30%[3].本项目研究人员对碎石粗骨料和级配调整前后的碎砖再生骨料分别进行了压碎值指标的测定.

试验表明，碎石骨料压碎指标为16.3%，符合《规范》对Ⅱ类碎石要求.但废弃粘土砖的强度较低，再生粗骨料1压碎指标高达39.5%，而骨料配合比进行调整之后，再生骨料2压碎指标降至34.8%，降低了11.9%，但是仍然达不到《规范》对Ⅲ类碎石压碎指标的要求.碎石骨料与再生骨料压碎指标柱状图(见图2)，显然，如果按照《规范》，碎砖再生骨料的压碎指标不达标，对于碎砖再生骨料应进行进一步的性能改进.

1.3 级配调整对堆积状态的影响

按《规范》规定，对碎砖再生粗骨料和天然碎石粗骨料进行了表观密度与堆积密度(包括松散堆积密度和紧致堆积密度)的测定.天然碎石骨料与再生碎砖骨料的表观密度、堆积密度的测定结果(见表2).

试验结果表明：由于粘土砖相对于混凝土表观密度偏小，且再生骨料内部存在大量的裂隙，再生骨料表观密度及堆积密度均小于天然碎石骨料.级配进行调整之后，再生骨料2相对于再生骨料1松散堆积密度和紧致堆积密度分别提高了2.0%和3.5%，有一定提高，但提高幅度不大.有关研究表明，由于再生骨料比天然碎石骨料表观密度小，再生混凝土的表观密度比普通混凝土降低5%左右.该特性使其自重降低，对减轻结构自重、增大构件跨度是有利的.

图2 碎石骨料与再生骨料压碎指标图

表2 天然粗骨料与再生粗骨料的密度

骨料种类表观密度/(kg/m3)松散堆积密度/(kg/m3)紧致堆积密度/(kg/m3)碎石骨料259614811639再生骨料1237110481152再生骨料2237110691192

1.4 级配调整对吸水率与含水率的影响

按《规范》规定，对碎砖再生粗骨料和天然碎石粗骨料吸水率与含水率进行了测定.试验测定的天然碎石粗骨料和碎砖再生粗骨料的吸水率及含水率指标(见表3).

试验表明，再生骨料的吸水率为17%左右，而天然碎石的吸水率只有1.86%，碎砖所制再生粗骨料的吸水率远高于天然碎石.碎砖再生骨料吸水率之所以远高于碎石，有多方面原因：

(1)粘土砖吸水率比较高；

(2)再生粗骨料表面往往覆盖着砂浆层，砂浆层使得再生粗骨料表面粗糙度更高、棱角也更多，而粘土砖在拆除、破碎过程中存在着明显的累积损伤，使其表面覆盖的砂浆层存在大量细微的裂隙；

(3)再生骨料中含有大量的细小颗粒，比表面积远大于天然骨料，也会提高吸水率.而级配调整后，再生骨料2相对于再生骨料1，吸水率有所降低，这主要是因为级配调整时大粒径的骨料有所增加，而小粒径的骨料有所减少，从而使比表面积减少所造成的.

考虑到粘土砖再生骨料吸水率较大，因此在再生骨料混凝土拌制之前应该对再生骨料进行饱和面干处理(即再生混凝土拌制之前，将再生骨料先浸泡而后晾干)，以减小其对与混凝土流动性降低的不利影响.

表3 天然粗骨料与再生粗骨料的吸水率含水率

2 再生粗骨料预处理

在对碎砖再生骨料混凝土进行级配调整的基础上，选择级配调整后的再生骨料2进行骨料的进一步处理.为改善碎砖再生粗骨料的性能，参考混凝土再生粗骨料预处理方法，对碎砖再生骨料进行预处理，主要方法：将碎砖再生骨料倒入已拌制好的浆体中，而后进行一段时间的搅拌，由于本文的目的主要是进行骨料的物理性质研究，因此等浆体将要初凝之前，应捞出碎砖再生骨料，沥干，在同条件下人工养护至28 d，期间适量洒水，而后自然风干.

2.1 预处理所用浆体材料

试验中预处理所用浆液为1 ∶1纯水泥浆，水泥采用南阳市伏牛山水泥厂所生产的伏牛山牌普通硅酸盐水泥，标号为P·O42.5级，各项性能指标(见表4).拌制用水为南阳市市政自来水.

表4 水泥的物理力学性能指标

2.2 预处理后骨料的物理性质

按《规范》规定，对预处理后碎砖再生骨料的主要物理性能指标进行了测定(见表5)，表中再生骨料3表示预处理后的碎砖再生粗骨料.

试验表明，预处理后的碎砖骨料强度提高较大，再生骨料3和再生骨料2相比，压碎指标降低，表观密度增加，吸水率降低.压碎指标降低16.38%，基本达到Ⅲ类碎石的压碎指标要求；吸水率减小20.12%；表观密度增加3.88%.由此可见，预处理后水泥浆对再生骨料的孔隙起到明显的填充作用，水泥浆体对界面过渡区起到了很好的改善作用降低了碎砖再生骨料的孔隙率，使其表观密度增加，吸收率降低；提高了强度，使压碎指标降低.

表5 预处理前再生粗骨料与预处理后再生粗骨料物理性质

3 结 论

碎砖再生骨料如果不进行级配的调整，则其级配曲线较差，堆积密度较小，强度较差；而通过适当增加大粒径骨料比例，级配调整之后碎砖再生骨料级配曲线明显改善，堆积密度增大，强度提高.由于该方法不需要增加材料投入，但是可以有效改善碎砖再生粗骨料的性能，是一种可行的方法，但由于增加了施工的工序，实际应用时，还应对成本进行进一步的分析.

碎砖再生骨料经水泥浆液浸泡搅拌处理后，其吸水率降低，表观密度增大，强度得到明显改善，基本可以达到《规范》Ⅲ类碎石的压碎指标要求.且该强化方法简单易行，只需在拌制混凝土时投料顺序和搅拌时间稍加控制即可实现.但该方法仅适用于中低强度的混凝土，如果需要配置高强度的混凝土，则需要进行进一步的研究.

另外，由于碎砖再生粗骨料的性能有别于天然粗骨料，亦又别有混凝土再生粗骨料，本文直接套用《规范》有不妥之处，而《再生骨料应用技术规程》[8]对于粘土砖再生骨料有关规定亦不十分明确，因此应该对废砖类再生粗骨料拌制的混凝土进行充分的研究，进而提出一个合理且更适合于废弃粘土砖再生粗骨料的分类标准.

[1] 孙耀东，肖建庄.再生混凝土骨料[J].混凝土，2004(6):33-36.

[2] 马刚平，岳昌盛，王 荣,等.建筑垃圾再生骨料生产工艺及应用研究[J].环境工程，2013，6(3)：116-117.

[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检役总局,中国国家标准化管理委员会.GB/T 14685-2001建筑用卵石、碎石[S].北京：中国建筑工业出版社,2012.

[4] 肖建庄，林壮斌，朱 军.再生骨料级配对混凝土抗压强度的影响[J].四川大学学报(工程科学版)，2014，7(4)：154-160.

[5] 孙跃东，王 涛.再生骨料强化对再生混凝土基本力学性能的影响[J].四川建筑科学研究，2010，8(4)：212-215.

[6] 王四清，蒋 荣，彭建文.建筑垃圾自保温混凝土多孔砖的研制[J].硅酸盐通报，2015，1(1)：255-259.

[7] 徐 蔚，金世伟.再生混凝土基本性能的影响研究[J].浙江水利水电专科学校学报，2009，21(1)：68-71.

[8] 中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ/T 240-2011再生骨料应用技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社,2011.

Research on Physical Properties Improvement of Clay Brick Recycled Coarse Aggregate

LI Li1, ZHANG Jie2

(1.Academy of Civil Engineering and Architecture, Nanyang Normal University, Nanyang 473061, China; 2.Jiyuan Vocational and Technical College, Jiyuan 459000, China)

Gradation of recycled coarse aggregate after breaking of clay brick are adjusted, and the physical properties of aggregate before and after adjustment of gradation are determined. Results showed that the gradation curve of clay brick recycled coarse aggregate was not fine enough, the gradation modification was a way to optimize the gradation curve of clay brick recycled coarse aggregate, and the respective bulk density was increased and the crushing index was reduced. And then, the recycled aggregate was soaked by the cement slurry and stirred. The determination of physical properties showed that the water absorption rate of recycled coarse aggregate is decreased, apparent density increases, and the intensity is improved obviously.

clay brick; recycled coarse aggregate; gradation adjustment; physical properties; performance improvement

2015-07-11

河南省科技厅重点科技攻关项目(112102310516);南阳师院校级项目(QN2015022)

李 黎(1986-)，男，河南南阳人，研究生学历，讲师，主要从事建筑材料与结构工程相关研究.

TU522.2+1

A

1008-536X(2015)09-0058-04