建筑垃圾再生砂浆的力学性能研究

建筑垃圾再生砂浆的力学性能研究

杨子胜， 王爱勤， 祝彦知

(中原工学院， 郑州 450007)

摘要：研究了再生集料是否膜化处理及替代率不同对砂浆强度的影响。试验结果表明：当膜化处理的再生集料替代率为100%时，其强度与纯天然集料相差不大；而未膜化处理的再生集料替代率为100%时，情况则完全相反。在再生集料的替代率相同的情况下，膜化处理再生砂浆比未处理再生砂浆试块的强度要大。当再生集料替代率为100%时，膜化处理再生砂浆在强度上有明显提高；而再生集料替代率为50%时，强度提高并不明显。

关键词：再生集料；替代率；水泥砂浆；力学性能

中图分类号：TU528.1

文献标志码：A

DOI:10.3969/j.issn.1671-6906.2015.03.017

Abstract:This paper mainly studies on the effects caused by the recycled aggregate film processing and different substitution rate on the strength of cement mortar. The experimental results show that: when the substitution rate of the recycled aggregate film processing is 100%, the strength are similar with the natural aggregate ,but the substitution rate of the recycled aggregate which has not membrane processed is 100%, The situation completely opposite; in the condition which the substitution rates of the recycled aggregate are same , the strength of the recycled mortar film processing is larger than the strength of the recycled mortar blocks which have not membrane processed; when the substitution rate of the recycled aggregate is 100%, the recycled mortar film processing have obviously improved in strength ,and when the substitution rate of the recycled aggregate is 50%, there is not obvious in the increase of the strength .

大规模的城市建设活动产生了大量的建筑垃圾，如废弃混凝土、碎砖石块、钢筋、木材等，其中混凝土和碎砖块占比最高，占建筑垃圾的80%以上(质量比)[1]；而且随着社会的高速发展，其所占比例还将继续提高。如果能将废弃混凝土资源化处理，可起到节约资源、保护环境的效果。

将取自板、梁、柱等部位的建筑垃圾(主要废弃混凝土)经一级、二级破碎、筛分并组配后可制成再生集料(或再生骨料)。再生集料包括再生粗集料(粒径大于5 mm)和再生细集料(粒径小于5 mm)[2]，其成分复杂，孔隙率高，性能不稳定，强度普遍较低，主要用于配制中低强度的混凝土及砂浆，限制了再生集料的推广和应用。

为提高再生集料的密实度，修复集料内部缺陷，改善其颗粒表面与水泥石的界面作用，提高界面性能及粘接强度，可对再生集料进行界面膜化处理[3]。本文主要研究再生集料膜化处理及替代率对水泥砂浆强度的影响。

1试验材料组成及设备

1.1原材料组成

(1)再生集料：由原强度等级为C30的废弃混凝土破碎筛分制成的粒径小于5 mm的细颗粒；

(2)水泥：强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，其化学成分见表1；

(3)粉煤灰：Ⅲ级粉煤灰(开封电厂提供)，其化学成分见表1；

(4)天然集料：天然河砂，细度模数2.9连续级配；

(5)水：中原工学院碧霖纯净水；

(6)其他原料：高效减水剂、二水石膏、胶粉、纤维素醚等。

表1　水泥及粉煤灰化学成分　%

1.2膜化剂组分及配比

膜化剂组分包括水泥、粉煤灰、水、高效减水剂、二水石膏、胶粉、纤维素醚，配比情况见表2。

表2　膜化剂组分及配比　g

本试验中，新制备再生砂浆设计配合比为：水泥∶水∶集料=1∶0.4∶3，其中砂浆所用细集料为再生集料和天然砂的总和。根据再生集料是否膜化处理以及替代率不同，将试样分为5种类型，见表3。

表3　不同编号试样配比　g

1.3试验设备

DKZ-5000 型电动抗折试验机、JJ-5 行星式水泥胶砂搅拌机、ZS-15 型水泥胶砂振实台、YH-40B 型标准恒温恒湿养护箱、101-A 电热鼓风干燥箱、MP12001 电子天平、40 mm×40 mm×160 mm 钢质试模。

2试验方案

强度试验方法参照有关规范进行。试块尺寸为40 mm×40 mm×160 mm。取部分再生集料放入试验规定浓度的溶液中浸泡1天，随后取出晾干。机械拌制，经振实台振实，24 h后拆模。掺入粉煤灰后，将试块在标准条件下(温度20±3 ℃，相对湿度90%以上)养护，并测定养护到7d、28d龄期时其抗折强度和抗压强度。

每组试样制作3个小试块进行抗折强度试验，取其平均值作为抗折强度结果。若单个试块数据超过试验均值的±10%时剔除此试块数据，以另两个试块数据均值作为试验结果；若有两个试块数值超过均值的±10%时，重新进行试验。

每组试样制作6个小试块进行抗压强度试验，取其平均值作为抗压强度试验结果。若单个试块数据超过试验均值的±15%时剔除此试块数据，以剩余五组数据均值作为试验结果；若测得数据中有两个超过平均值±15%时，重做试验。

3试验结果及分析

新制备再生砂浆的强度试验结果如表4所示。

表4　强度实验结果　MPa

注：表格中“()”内数字为抗折强度，“()”外数字为抗压强度。

图1、图2为不同配比、不同龄期的试样抗拉强度的示意图。

图1　不同配比、不同龄期抗折强度均值

图2　不同配比、不同龄期抗压强度均值

3.1试验结果

(1)随着再生集料(无论是否膜化处理)掺量的增加，试块强度均呈现出先上升后下降的趋势。

(2)在再生集料的替代率相同的情况下，经膜化处理再生砂浆比未处理再生砂浆试块的强度大，说明膜化处理可以增加再生砂浆强度。当再生集料替代率为100%时，膜化处理再生砂浆在强度上有明显提高；再生集料替代率为50%时，强度提高并不明显。

(3)当再生集料(无论是否膜化处理)完全取代时，其强度均小于纯天然集料试块的强度。当膜化处理的再生集料替代率100%时，其强度与纯天然集料相差不大；未膜化处理的再生集料替代率为100%时，情况则完全相反。

(4)从总体来看，抗折强度和抗压强度值均呈现出较大的离散性。

3.2试验结果分析

(1)试验所用再生集料由废弃混凝土制成，本身有许多缺陷，如材料内部可能存在裂缝。在机械破碎过程中将加剧裂缝的展开，使用时容易形成应力集中；再者，由于再生集料孔隙率较高而造成集料的吸水率和吸水速率都比较大，必然会使得试块的收缩率比较大，这在一定程度上会改变裂缝的数量和性质，进而影响再生砂浆的强度。因此，再生砂浆强度肯定较天然集料制作的砂浆强度要低，且随着再生集料掺量的增加，其强度会逐渐降低。

(2)当砂浆中再生集料和天然集料的比例各占50%时，其强度值最大，此现象和上述第1条结论不符。原因可能有两个：一是此时集料的级配较优，再生集料作为改良剂可以改变天然砂的颗粒组成，补充天然砂中的缺失筛余，改善天然砂的性能，促使颗粒及水泥间粘结较好；二是水泥在水化过程中释放出的Ca(OH)2作为碱性激发剂，将垃圾活性逐渐激发出来，并与垃圾中的活性组分相互作用，继续水化，使得强度提高。

(3)从B、E两组试验结果的对比来看，再生集料的替代率为50%时，已处理的再生集料在强度上提高不明显，此时砂浆强度取决于再生集料接触点水泥浆的数量和强度。接触点水泥浆越多，或者水泥强度越高，则粘结越好，强度也就越大。说明此情形下影响强度的主要因素为级配情况，是否膜化处理并不能明显影响其强度。

(4)试验数据的离散性普遍较大，且越是低龄期的试块这种情况越明显，可能是由再生集料的性能不稳定造成的；加上再生集料由低层民房拆除的废弃混凝土加工而成，其原料本身质量不高，纯度不够(含少量瓷砖、红砖等)，内部孔隙较多，集料含浆量也不均匀，从而影响到数据的准确性。

4结语

(1)再生集料制作的试块强度基本能达到要求，但目前条件下还不能用来制备高强混凝土。

(2)制备再生集料时要注意建筑垃圾原料来源、强度、施工质量、杂质含量等因素。

(3)颗粒级配对于试块强度有明显的影响，再生集料膜化能够在一定程度上使强度增强，但是并不占主导地位。

(4)再生集料的界面膜化能够提高试块的力学性能，但对于膜的最优配合比本实验并未涉及，还需要进一步的试验研究。

参考文献：

[1]杨晓光，郝永池，薛勇.再生骨料基本性能的研究[J].混凝土，2012(2)：66-68.

[2]崔正龙，童华彬，吴翔宇. 再生粗骨料的形态及性质对混凝土力学性能影响研究[J]. 硅酸盐通报，2014(9)：2429-2433.

[3]王爱勤，李如操. 建筑垃圾界面膜化对水泥砂浆强度的影响[J].混凝土技术，2011(6):19-24.

(责任编辑：陆俊杰)

Study on the Mechanical Properties of Construction Waste Recycled Mortar

YANG Zi-sheng, WANG Ai-qin, ZHU Yan-zhi

(Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou 450007,China)

Key words:recycled aggregate; substitution rate; cement mortar; mechanical property