掺硅粉再生砂浆基本性能研究

梁　芮　关　挺

(1.新疆大学，乌鲁木齐　830047；2.中建新疆建工(集团)有限公司，乌鲁木齐　830047)



掺硅粉再生砂浆基本性能研究

梁芮1关挺2

(1.新疆大学，乌鲁木齐830047；2.中建新疆建工(集团)有限公司，乌鲁木齐830047)

【摘要】将收集的废弃混凝土破碎细集料筛除粒径大于0.75mm的细集料，基于正交试验，研究不同再生细集料取代率、硅粉取代率和减水剂掺量对砂浆工作性能、抗压强度和抗剪强度的影响，得出各因素的主次顺序和各因素的影响权重，通过层次分析法得出掺硅粉再生砂浆的最优配合比。以此以期为再生砂替代砂浆中天然砂提供理论依据。

【关键词】再生砂浆；硅粉；再生细集料

引言

当前我国城市化进程正在不断加快，基础建设正在蓬勃发展，每年全国各地施工建设和拆迁改造产生的建筑垃圾超过15亿吨。大量的建筑垃圾造成了严重的资源浪费、环境污染和占用耕地的问题。将建筑垃圾再生利用是解决建筑垃圾的问题重要途径。建筑垃圾中主要部分是废弃混凝土，将废弃混凝土作为再生集料，是解决废弃混凝土问题的重要途径。

目前对再生粗集料用于混凝土的相关研究已经有了较大的发展，但再生细集料的研究相对较少，再生细集料用于砂浆的研究更少。基于以上原因，对废弃混凝土进行破碎，收集破碎所得细集料，利用正交试验，讨论再生细骨料取代率、硅粉取代率和减水剂掺量对再生砂浆工作性能、抗压强度和抗剪强度的影响。

1原材料

(1)水泥：新疆乌鲁木齐市红雁池电厂有限公司生产的红雁牌P·F32.5R水泥。(2)天然细骨料：采用天然中砂，其中细度模数为2.44，含泥量为15.06%，含水率为0.36%，表观密度为2705kg/m3，堆积密度为1582.65kg/m3，空隙率41.50%。(3)再生细骨料：乌鲁木齐地区破碎细砖砂，其中细度模数2.02，含水率为0.71%，表观密度为2345kg/m3，堆积密度为1150.9kg/m3，空隙率为50.9%。(4)活性矿物掺合料：硅粉来自伊宁市。(5)水：乌鲁木齐地区自来水。(6)减水剂：萘系高效减水剂。

表1　天然细骨料物理性能

表2　再生细骨料物理性能

表3　砂的筛分结果

2试验方案

分别采用再生细集料取代率进行正交试验配合比设计，砂浆试块尺寸为40mm×40mm×160mm，试块共有16组，每组抗折3块，抗压6块，砂浆的稠度要控制在60～90mm之间，并测试砂浆的分层度。装模24h后拆模，并于标准条件下养护至龄期，测其3d、7d、28d抗折强度和抗压强度。

3正交试验试验研究

3.1正交试验设计

本试验共3个因素，再生细骨料取代率(因素A)个水平，分别为；硅粉取代率(因素B)个水平，分别为；减水剂掺量(因素C)个水平，编制因素水平表，具体见表4。

表4　因素水平表

试验选用正交表，安排16组试验，试验配合比见表5。

4试验结果及分析

4.1试验结果

4.2极差法分析

表5　材料用量表

表6　抗压强度表

表7　抗折强度表

表8　极差分析表

表9　极差分析表

图1　因素水平与沉入度的关系

图2　因素水平与分层度的关系

图3 　因素水平与28天抗折强度的关系

图4　因素水平与28天抗压强度的关系

由极差分析表分析可知：掺硅粉再生砂浆工作性能沉入度影响因素的主次顺序为：再生细骨料取代率>减水剂含量>硅粉掺量；对分层度影响的主次顺序为：硅粉掺量>减水剂含量>再生细骨料取代率；7天抗压强度的因素的主次顺序为：再生细骨料取代率>硅粉掺量>减水剂含量；影响28天抗压强度的因素的主次顺序为：再生细骨料取代率>减水剂含量 >硅粉掺量；7天抗折强度的因素的主次顺序为：再生细骨料取代率>硅粉掺量>减水剂含量；影响28天抗折强度的因素的主次顺序为：再生细骨料取代率>减水剂含量 >硅粉掺量；这是因为微硅粉砂浆使诱导期缩短，具有早强的特性。因此对7天的影响强度比28天的大。

各因素各水平与沉入度的关系见图，沉入度随减水剂含量和硅粉掺量的增大而出现先增大后减小有增大的规律；而随再生细骨料的增大而出现先减小后增大规律。分析还可以看出，过多的掺入硅粉对拌合物和易性不利，当硅粉的掺量为15%时，拌合物和易性最小。

各因素各水平与抗压强度的关系：抗压、抗折强度随减水剂含量的增大而先减小后增大，随再生细骨料取代率的增大而减小，抗压强度随硅粉掺量的增加而先增大后减小，抗折强度随硅粉掺量的增加而先减小后增加又减小。

多指标正交分析——功效系数法：假设正交分析考核n个指标(每个指标的功效系数设为di(0≤di≤1)总的功效系数d[8]为d=(d1d2d3…di)1/2。式中(功效系数di表示第i个考核指标的满意程度，d表示n个指标的总的优劣情况.di的确定方法如下：用di=1表示第i个的指标效果最好，相应的对同列各指标的取值作归一化处理，并计算总功效系数。则最大总功效系数对应的混凝土配合比最优。

实验结果：①由极差分析可知：再生细骨料砂浆28天抗压强度影响因素的主次顺序为：再生细骨料取代率>减水剂含量 >硅粉掺量；7天抗压强度的影响因素的主次顺序为：再生细骨料取代率>硅粉掺量>减水剂含量；②由功效系数可以看出：若不考虑再生细骨料要进行取代的问题，最优组合为第1组，即减水剂含量为0.8%、再生细骨料取代率为0%、硅粉掺量为5%；③考虑再生细骨料要进行取代的问题，第2组的功效系数最大，即即减水剂含量为0.8%、再生细骨料取代率为30%、硅粉掺量为10%；④虽然第2组的功效系数不是最大的，但是考虑到实际问题，可以采用此组的配合比。

表10　功效系数分析表

注：标有*的为功效系数最大的一组即最优配合比。

表11　功效系数分析表

注：标有*的为功效系数最大的一组即最优配合比。

实验结果：①由极差分析可知：再生细骨料砂浆28天抗折强度影响因素的主次顺序为：再生细骨料取代率>减水剂含量 >硅粉掺量；7天抗折强度的影响因素的主次顺序为：再生细骨料取代率>硅粉掺量>减水剂含量；②由功效系数可以看出：若不考虑再生细骨料要进行取代的问题，最优组合为第1组，即减水剂含量为0.8%、再生细骨料取代率为0%、硅粉掺量为5%；③考虑再生细骨料要进行取代的问题，第6组的功效系数最大，即即减水剂含量为0.9%、再生细骨料取代率为30%、硅粉掺量为5%；④虽然第6组功效系数不是最大的，但考虑到实际问题，可以采用此组的配合比。

5结论

(1)掺硅粉再生砂浆工作性能沉入度影响因素的主次顺序为：再生细骨料取代率>减水剂含量>硅粉掺量；对分层度影响的主次顺序为：硅粉掺量>减水剂含量>再生细骨料取代率。

(2)7天抗压强度的因素的主次顺序为：再生细骨料取代率>硅粉掺量>减水剂含量；影响28天抗压强度的因素的主次顺序为：再生细骨料取代率>减水剂含量 >硅粉掺量；7天抗折强度的因素的主次顺序为：再生细骨料取代率>硅粉掺量>减水剂含量；影响28天抗折强度的因素的主次顺序为：再生细骨料取代率>减水剂含量 >硅粉掺量。

(3)由工作性能及力学性能分析可得，不考虑再生细骨料要进行取代的问题，最佳配合比试验组合为A1B1C1，即减水剂含量为0.8%，再生骨料取代率为0%，硅粉掺量为5%。考虑再生细骨料要进行取代的问题，抗压的第2组的功效系数最大，即减水剂含量为0.8%、再生细骨料取代率为30%、硅粉掺量为10%；满足设计强度要求，对实际工程有一定的指导意义。抗折的第6组的功效系数最大，即减水剂含量为0.9%、再生细骨料取代率为30%、硅粉掺量为5%。

(4)再生细骨料的加入会对砂浆的强度产生不利的影响，但是适当地掺入仍能够满足砂浆的使用要求，对建筑垃圾的回收利用有一定的积极影响。硅粉具有较高的活性，且价格低廉，并对再生砂浆工作性能和抗压，抗折强度有一定的影响，若将硅粉作为掺合料用于砂浆中，成为新型的掺硅粉砂浆，可以节约大量水泥，节约造价，对废硅粉的有效利用及环境保护有重要的意义。

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作者简介：梁芮，讲师，研究方向为再生混凝土结构等

通讯作者：关挺，高级经理，研究方向为混凝土材料，混凝土结构及施工技术等

中图分类号：X21

文献标识码：A

文章编号：1673-288X(2016)04-0120-05

Study on Basic Properties of Recycled Mortar Mixed with Silica Powder

LIANG Rui1GUAN Ting2

(1.Xinjiang University，Urumqi 830047；2.Xinjiang Construction Engineering (Group) Co.，Ltd.，Urumqi 830047)

Abstract：The collected waste concrete crushing in addition to 0.75mm diameter was greater than the fine aggregate，based on orthogonal experiment，effects of different recycled fine aggregate replacement ratio，silica fume substitution rate and reducing agent dosage on the performance of mortar，compressive strength and shear strength of the influence that the influence weight of secondary order of each factor and each factor，by level analysis of the silica fume recycled mortar optimized proportion. So in order for recycled sand instead of natural sand mortar and provide a theoretical basis for fine aggregate screens.

Keywords：recycled mortar；silica fume；recycled fine aggregate

项目资助乌鲁木齐市建设科技项目-乌鲁木齐地区再生混凝土集料应用工程性能研究(2015019)

引用文献格式：梁芮等.掺硅粉再生砂浆基本性能研究[J].环境与可持续发展，2016，41(4)：120-124.