再生碎砖骨料混凝土单位用水量的试验研究

卜贵贤，杜旭斌，杨 川

(杨凌职业技术学院， 陕西 杨凌 712100)

再生碎砖骨料混凝土单位用水量的试验研究

卜贵贤，杜旭斌，杨 川

(杨凌职业技术学院， 陕西 杨凌 712100)

利用城市及村镇拆迁改造中产生的大量废砖垃圾作为骨料配制混凝土是环境保护的大势所需。碎砖骨料吸水性强，再生碎砖骨料混凝土单位用水量需按单位附加水量与单位净用水量两部分考虑计算。通过试验，测试了4.75 mm～40 mm之间四个标准粒级在不同浸水时间的含水率，试配混凝土并分析了砂率及单位净用水量对混凝土工作性的影响规律。结果显示碎砖骨料48 h饱和吸水率为18.6%，浸水45 min的含水率为16.71%～17.28%，粒径小吸水则快；水灰比与骨料用量一定时，砂率小，单位净用水量大，流动性则大。据此，建立了再生碎砖骨料混凝土附加水量计算式；构建了最大粒径31.5 mm连续级配的再生碎砖骨料混凝土在不同的水灰比和骨料用量情况下，获得不同工作性能时的砂率与单位净用水量的参考值表。可供配合比设计确定单位用水量参考。

再生碎砖骨料；再生混凝土；单位附加水量；单位净用水量

随着对环境标准要求的不断提高，人们对再生混凝土的利用越来越重视[1-4]，对再生混凝土性能及配合比亦有很多相关研究[5-15]，对再生碎砖骨料混凝土也有初步研究[7，14-15]。文献[12，16]表明，再生骨料吸水性很强，文献[12，17]提出采用“附加水量”的做法以消除废混凝土骨料吸水对混凝土工作性的影响。文献[16]提出基于骨料饱和面干状态砖骨料不同代换量和不同含水状态下达到饱和时的静态“附加水量”计算式。文献[17]针对废混凝土骨料再生混凝土建立了骨料吸水量随时间变化的动态模型。文献[12]表明再生骨料含水率不能过高，否则会削弱混凝土强度。所以，出于混凝土生产工艺的需要，利用动态模型灵活确定拌合浇捣不同时长内的“附加水量”是必要的，这样可以在拌合时即时加入满足有限时长内(一般在10 min～60 min之间)骨料吸水需要的“附加水量”。对满足混凝土和易性需要的单位净用水量的确定，文献[17]对于废旧混凝土骨料的再生混凝土，按普通石子混凝土单位用水量的方法来确定，石子普通混凝土通常都有单位用水量参考值可供初步配合设计使用。为此，研究再生碎砖骨料混凝土“附加水量”的动态模型，构建砂率与单位净用水量选用参考值表，对再生碎砖骨料混凝土的生产是必要的。

1 试验材料及试验方法

1.1 材料

碎砖粗骨料采用陕西关中地区旧民宅及底层楼房拆除废旧黏土烧结砖料，经测试，这些废砖料物理力学性能基本接近，抗压强度符合《烧结普通砖》[18](GB 5101—2003)标准规定的MU10的要求，表观密度1 670 kg/m3。对废旧砖料经人工破碎并用标准筛分级获得4.75 mm～10 mm、10 mm～20 mm、20 mm～31.5 mm、31.5 mm～40 mm四个粒级，其堆积密度在840 kg/m3～865 kg/m3，针片状颗粒含量3%。

水泥采用当地市场常用的冀东石盾牌复合硅酸盐32.5R水泥，密度3.1 g/cm3，经检验各项技术指标符合《通用硅酸盐水泥》[19](GB 175—2007)。

细骨料(河砂)：采用渭河天然中砂，细度模数为2.6，视密度2.6 g/cm3，自然状态下干砂的堆积密度为1 482 kg/m3，含泥量0.4%。各项技术指标符合《建筑用砂》[20](GB/T14684—2011)与《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》[21](JGJ52—2006)技术要求。

1.2 试验方法

对碎砖骨料依据《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》[21](JGJ52—2006)测定各粒级随时间延续的含水率，回归分析含水率与时间关系模型。通过试配碎砖骨料再生混凝土，确定满足一定生产要求的混凝土和易性的砂率及单位净用水量。

2 试验结果与讨论

2.1 碎砖骨料优级配

通过对碎砖粗骨料最优级配试验[15]，获得不同最大粒径连续级配骨料的最优级配。

表1 碎砖骨料最优级配表

2.2 碎砖骨料含水率

按4.75 mm～10 mm、10 mm～20 mm、20 mm～31.5 mm、31.5 mm～40 mm四个粒级分别测试不同时间的吸水率值，结果见表2。并绘制各粒级含水率时间关系曲线，见图1。

图1 含水率与浸水时间关系曲线

从表2可以看出，碎砖骨料吸水很强，饱和吸水率在18.6%左右，初期吸水曲线陡立，快速量大，5 min之内浸水含水率达15.91%到17%，达到总吸水率的85.54%到91.4%。中后期速慢量小，达到饱和吸水率用时约48 h。因小粒级骨料总表面积比大粒级的骨料总表面积大，吸水通道多，小粒级骨料前期吸水速率比大粒径骨料吸水速率大，而饱和吸水率基本一致。

经分析，若以时间作为自变量X，将时间与含水率之比值作为因变量Y，其各粒级的X-Y关系曲线均为斜直线，数据符合双曲线拟合特征[22]，拟合得不同粒级的含水率随时间变化规律模型，分别见式(1)～式(3)。

31.5 mm～40 mm粒级与20 mm～31.5 mm粒级吸水性变化模型为：

ω=t/(0.06t+0.05)

(1)

10 mm～20 mm粒级吸水性变化模型为：

ω=t/(0.05t+0.11)

(2)

10 mm～4.75 mm粒级吸水性变化模型为：

ω=t/(0.05t+0.09)

(3)

式中：ω为含水率，%；t为浸水时间，min。

对式(1)、式(2)、式(3)经分析计算，其剩余标准离差S*分别为0.37%、0.35%和0.42%，即95%的误差分别在0.37%、0.35%和0.42%以内，回归精度较高。

对于连续级配骨料的吸水量，可以按粒级优级配比例进行加权计算。

如果拌合混凝土时碎砖骨料不是预浸水，而是拌合时即时加入“附加水量”，这时，考虑水泥浆对骨料吸水通道有一定地阻塞作用，使实际吸水速率有所降低，故可适当减少附加水量1%左右，避免附加水量不能被及时吸收而游离于水泥浆中，增大水灰比，影响混凝土的质量。

2.3 碎砖骨料混凝土砂率参考值

预先经正交试验分析得知，影响碎砖骨料再生混凝土和易性的主次因素依次为砂率、碎砖骨料用量、处理方式、水灰比与粒径。其砂率对和易性的影响表现为：某一水灰比下，同一流动性等级内随着碎砖骨料用量的增大，砂率由大减小；某一水灰比下，当碎砖骨料用量一定时，砂率由小到大，流动性由小到大增加，增加到一定程度后，随砂率的增大流动性又由大到小降低，总体呈现单峰状变化(在碎砖骨料用量965 kg，水灰比0.55时，测定了不同砂率的流动性，数据见表3和图2所示，符合此规律)；碎砖骨料用量一定，为获得同一流动性等级的混凝土，当水灰比增大时，砂率亦需增加。

表3 砂率与塌落度关系表

图2

在上述推论基础上，就最大粒径31.5 mm连续级配的碎砖骨料进行了不同水灰比与不同用量下不同砂率的拌合物和易性测试，获得不同流动性等级状态(分低塑性、塑性、流动性及大流动性四个等级)下的砂率值，见表4～表7。

表4 水灰比0.45砂率参考表

表5 水灰比0.55砂率参考表

表6 水灰比0.65砂率参考表

2.4 碎砖骨料混凝土单位净用水量

在碎砖骨料用量、砂率及水灰比等因素一定的条件下，根据拌合工艺时间要求，依据公式计算出碎砖骨料各粒级含水率，确定出附加水量，再利用假定湿表观密度(含附加水量在内按2 140 kg/m3考虑)法，经试配获得满足和易性要求的单位净用水量。见表8～表11。

表7 水灰比0.75砂率参考表

表8 水灰比0.45和易性单位净用水量选用表

表9 水灰比0.55和易性单位净用水量选用表

表10 水灰比0.65和易性单位净用水量选用表

表11 水灰比0.75和易性单位净用水量选用表

3 结 论

(1) 碎砖骨料吸水性具有初期吸水量大速度快的特点，附加水量主要考虑拌合浇筑工艺时间内的吸水量较为合理，无需要求达到饱和吸水量状态。利用公式计算确定附加水量，能更好地适应拌合浇筑时间长短不一的生产工艺需要。

(2) 试验构建的最大粒径31.5 mm碎砖骨料再生混凝土在不同水灰比(0.45、0.55、0.65、0.75)和碎砖骨料不同用量(750 kg、820 kg、890 kg、965 kg)的情况下，获得不同流动性等级时的砂率与单位净用水量参考值，对再生碎砖骨料混凝土的利用和生产具有一定的指导意义。

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Experimental Study on Water Consumption of Recycled Brickbat and Aggregate Concrete Producing

BU Guixian, DU Xubin, YANG Chuan

(YanglingVocationalandTechnicalCollege,Yangling,Shaanxi712100,China)

An environment-friendly and commonly adopted method to dispose the construction waste in urban and rural buildings demolition and reconstruction in China is produce aggregate concrete with the recycled brickbat. Brick aggregate has strong water absorption, therefore the unit water consumption calculation of producing brick aggregate concrete includes two parts: unit additional water consumption and unit net water consumption. In this paper the moisture content of four standard fractions between 4.75 mm～40 mm in different immersing time was tested, then a small amount of concrete was produced and the net water consumption was analyzed. The result shows that saturation water absorption of brick aggregate at 48 h is 18.6%; moisture content is 16.71%～17.28% after 45 minutes soaking. the smaller the size fraction is the quicker in water absorbing. When the amount of water-cement ratio and brick aggregate are fixed, the less the sand ratio is, the bigger the fluidity and unit net water consumption will be. Consequently the additional water consumption formula is proposed, and a reference table is provided. The table indicates sand ratio and unit water consumption to produce different workability of max 31.5 mm diameter continuously graded recycled aggregate concrete in varying water-cement ratio and brick aggregate content.

recycled brick aggregate; recycled concrete; additional unit water consumption; net unit water consumption

10.3969/j.issn.1672-1144.2017.03.034

2017-02-24

2017-03-29

陕西省教育厅自然科学基金项目(2020122)

卜贵贤(1961—)，男，陕西扶风人，副教授，主要从事工程施工与材料、工程造价及评价的教学与研究工作。 E-mail:ylzybgx@163.com

TU528.041

A

1672—1144(2017)03—0165—04