再生细骨料掺量对纤维地质聚合物力学性能的影响★

董家豪 夏松林 郑世鹏 李珍淑

(延边大学工学院，吉林 延吉 133002)

0 引言

近年来随着吉林省工业化和城镇化的发展，每年产生的粉煤灰和炉渣等工业固体废料超过4 000万t，贮存的工业固体废料已超过1.8亿t[1]，产生的建筑垃圾约7 000万t，大部分建筑垃圾以填埋或露天堆放的形式处理，建筑垃圾的开发再利用率较低，而吉林省对天然砂石的年需求量约为9 500万t[2]，将废弃混凝土破碎成再生骨料可减少天然骨料的消耗。目前国内对再生粗骨料的应用研究较多，而对再生细骨料的应用研究较少[3,4]，特别是再生细骨料对纤维地质聚合物影响的研究极少。为更好利用本省建筑垃圾资源，本试验在碱性激发剂条件下，以矿渣和粉煤灰为原材料制备地质聚合物，利用混杂纤维增加地质聚合物韧性并抑制聚合物的干缩，探究再生细骨料掺量对纤维地质聚合物稠度和力学性能的影响。

1 试验方案与原材料

1.1 原材料

水:延吉市饮用自来水。

粉煤灰：选用延吉本地生产的Ⅰ级粉煤灰。

矿渣：选用河北灵寿润发矿销售的S95级粒化高炉矿渣微粉。

天然砂:选用本地河沙，Mx=2.7，级配良好。

再生细骨料：选用延边大学结构试验室废弃混凝土破碎而成，并筛选出0.16 mm～4.75 mm粒径的细骨料，Mx=4.7，级配差。

图1为级配曲线图，双实线为再生细骨料级配曲线，点线为天然砂级配曲线。

纤维：聚丙烯腈(PAN)和聚丙烯(PP)纤维均为廊坊德凯保温材料销售有限公司生产，长度分别为12 mm和19 mm。

激发剂：NaOH和KOH试剂的质量分数为96%，86%。

减水剂：延吉方正建筑有限公司的聚羧酸减水剂，减水率为20%。

生石灰：汪清县大兴沟镇庙岭白灰厂生产。

1.2 试验方案

试验采用0%,25%,50%,75%,100%5个再生细骨料掺率，并加入1 kg/m3的聚丙烯纤维和0.9 kg/m3的聚丙烯腈纤维，用矿渣、粉煤灰按1∶1比例制备地质聚合物，用加入减水剂、NaOH和KOH的水溶液作为碱性激发剂溶液，配合比见表1。

表1 配合比设计 kg/m3

1.3 试验方法

利用水泥胶砂搅拌机将地质聚合物、生石灰和纤维干拌后加入碱性激发剂溶液，借鉴GB/T 17671—1999水泥胶砂强度检测方法(ISO 法)制备地质聚合物试件(40 mm×40 mm×160 mm)并检测力学性能，采用JGJ/T 70—2009建筑砂浆基本性能试验方法标准检测稠度。

2 试验结果分析

2.1 抗折强度结果与分析

图2为不同再生细骨料取代率时，3 d,7 d和28 d纤维地质聚合物的抗折强度。随再生细骨料取代率的增长，抗折强度逐渐上升，当再生细骨料取代率为100%时，抗折强度在3 d,7 d和28 d分别达到最高值6.78 MPa,7.6 MPa和8.28 MPa，相对于未加再生细骨料的R0组在各龄期抗折强度分别提高了33.7%,35.5%,16.6%。当再生细骨料掺量为50%,75%和100%时，纤维地质聚合物7 d抗折强度都能够达到R0组和R25组28 d的抗折强度。分析原因，经破碎得到的再生细骨料相对天然细骨料表面更加粗糙，棱角更加明显，使再生细骨料与地质聚合物的界面结合更加优良，一定限度的弥补了再生细骨料因破碎造成的低强度对地质聚合物的影响；再生细骨料粗糙的表面也有利于促进骨料与纤维界面粘结力和机械咬合力的增强，减少因粘结力和机械咬合力较低而造成的纤维抽拉破坏，更好发挥纤维的韧性。

2.2 抗压强度结果与分析

图3是再生细骨料取代率不同时，3 d,7 d和28 d纤维地质聚合物的抗压强度。在各龄期，随着再生细骨料掺量增加，地质聚合物的强度呈上升趋势，当再生细骨料掺量为100%时，抗压强度在3 d,7 d,28 d分别达到最高值41.46 MPa,50.28 MPa和51.85 MPa，相比没掺再生砂的R0组分别提高了56%,52%,29%；当再生细骨料掺量为75%和100%时，纤维地质聚合物3 d强度能够达到或超过再生细骨料掺量为0%时R0组28 d的强度，当再生细骨料掺量为50%,75%和100%时，纤维地质聚合物7 d强度都能够超过R0组28 d的强度，且随再生细骨料掺量的增加增幅越大。这表明再生细骨料的加入能有效提升纤维地质聚合物各龄期抗压强度，特别是能够显著提升早期抗压强度。分析原因，再生细骨料吸水率比天然砂高，随再生细骨料掺量的增大，拌合物中的水分减少，相当水胶比逐渐下降，促进了地质聚合物强度的增长；再生细骨料表面粗糙，聚丙烯腈和聚丙烯纤维的粘附性很好，随再生细骨料掺量的增多，界面粘结强度逐步提高，进而提高了纤维对地质聚合物的增强效应，促进了纤维地质聚合物的强度。

2.3 稠度

图4为不同再生细骨料取代率时，纤维再生地质聚合物的稠度。在再生细骨料掺量为25%,50%,75%时相比未掺再生砂的纤维地质聚合物R0组会提高稠度，稠度值能达到82 mm,72 mm,78 mm，当再生砂掺量为100%时，稠度值低于R0组，骤降至25 mm。

3 结语

1)纤维地质聚合物的抗压强度和抗折强度随再生砂掺量的增加而提高。再生砂掺量为100%时，28 d抗压、抗折强度分别达到最大值51.85 MPa，8.28 MPa，相比没掺再生砂的R0组提升29%和16.6%。2)纤维地质聚合物早期强度随再生砂掺量的增加显著提高。再生砂掺量75%和100%时3 d强度达到或超过R0组28 d强度。3)再生细骨料掺量在25%，50%，75%时会提高稠度，纤维地质聚合物稠度能达到70 mm以上，掺量达到100%时稠度相比R0组骤降。