废旧陶瓷再生混凝土力学性能试验研究★

王东旭 何思瑶 蒋贵鑫 王 滨 刘 瑶

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

1 概述

随着陶瓷工业的迅猛发展，陶瓷废料越来增多。陶瓷废弃物处理以堆积和填埋为主，造成了土地资源的巨大浪费和环境严重污染，应该高度重视对陶瓷废料的再循环和利用。混凝土作为结构材料从20世纪～21世纪在全世界得到了广泛使用，混凝土骨料的主要来源为天然砂石，过量的开采造成植被破坏、山体滑坡等一系列环境问题，寻找新材料作为混凝土原料可以有效解决可持续发展问题，取得环保效益。陶瓷废料经过处理后替代天然骨料是非常有意义的，不但可以节省废弃陶瓷的垃圾填埋成本，节约能源，保护环境；还可以替代原材料和自然资源来降低混凝土成本。有作者认为，建筑业成为更可持续发展行业的最佳途径是利用其他行业的废物作为建筑材料。因此，本文主要针对废旧陶瓷再生细骨料混凝土的力学性能进行了研究。

2 材料和试验

2.1 原材料准备

陶瓷废料根据原料来源大体上可以分为两类。一类是来自于石质陶瓷中产生的燃烧废料，如地砖、墙砖、卫生洁具；一类是由陶瓷工厂产生的燃烧废料，这些工厂使用红色或者白色浆料来制造产品，例如屋顶瓦片和砖头等。本文中的废旧陶瓷来源于我市某建材市场上销售、运输过程中出现的地砖、墙砖以及卫生洁具的破碎品。经过收集、清洗、晾干后破碎，再经过筛分获得陶瓷细骨料。陶瓷再生细骨料和天然砂物理特性如表1所示。

表1 陶瓷再生细骨料和天然砂物理特性对比

混凝土由胶凝材料、水和粗骨料、细骨料按照一定比例混合，经过适当条件养护后硬化形成的人工建筑材料。本文试验中所采用的原材料为：水泥：P.O42.5级普通硅酸盐水泥；水：普通自来水；细骨料：天然中砂；粗骨料：连续级配碎石，粒径5 mm～20 mm。

2.2 试验方法

混凝土的力学性能试验参照GB/T 50081—2002普通混凝土力学性能试验方法标准中的测试方法进行。抗压强度试验采用100 mm×100 mm×100 mm的立方体试件模制；抗折强度试验采用100 mm×100 mm×400 mm的棱柱体试件模制，对浇筑好的试件在标准条件下养护7 d,28 d后测试其抗压强度和抗折强度。

2.3 混凝土配合比设计

为了研究再生陶瓷细骨料对混凝土力学性能的影响，试验配制了两种不同混合比的混凝土。抗压强度试验混凝土强度等级取C30；抗折强度试验混凝土强度等级取C40。再生陶瓷细骨料等质量替代天然砂，替代量分别为0%,30%,50%,70%，对应的试验试件分别用C0,C30,C50,C70符号来表示。按JGJ 55—2000普通混凝土配合比设计规程规定的内容进行配合比设计。混凝土的具体配合比见表2。

表2 再生陶瓷细骨料混凝土配合比

3 试验结果与分析

3.1 废弃陶瓷再生细骨料与天然砂的物理特性比较

表1显示了测试结果，不难看出再生陶瓷细骨料的表观密度和堆积密度略有降低，与天然砂差别不大，而再生陶瓷细骨料的吸水率增加明显，主要是废旧的地砖、墙砖本身是片状结构，破碎后棱角多，孔隙大所致。但各项性能指标均满足JGJ 52—2006普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准的要求。

3.2 再生细骨料不同替代率对混凝土强度的影响

3.2.1抗压强度结果分析

试验结果如表3所示。随着陶瓷再生细骨料替代天然砂的取代率增加，混凝土的7 d,28 d抗压强度先降低后增加，但变化幅度不大，这种影响可以忽略。当陶瓷再生细骨料替代率为50%时，其7 d,28 d抗压强度均达到最大，分别较普通混凝土提高了3.12%和2.72%。因此，用陶瓷再生细骨料代替天然砂的再生混凝土抗压强度能达到工程上的使用要求，尤其是对早期强度有利。

3.2.2抗折强度结果分析

试验结果如表4所示。随着陶瓷再生细骨料替代天然砂的取代率增加，混凝土7 d,28 d的抗折强度呈递减趋势。分析其原因主要是瓷砖、卫生洁具等废料的材质本身较脆，且在破碎过程中形成的针状、片状颗粒较多，表面粗糙不平滑，致使混凝土的抗折强度降低。

表3 不同龄期抗压强度

表4 不同龄期抗折强度

4 结语

1)再生陶瓷细骨料的表观密度和堆积密度较天然砂略有降低，但吸水率增加明显。

2)随着陶瓷再生细骨料替代率的增加，混凝土的7 d,28 d抗压强度先降低后增大。当陶瓷再生细骨料替代率为50%时，其7 d,28 d抗压强度均达到最大，分别较C0的抗压强度提高了3.12%和2.72%。因此，将陶瓷废料应用在混凝土原材料中，具有广泛推广价值。

3)随着陶瓷再生细骨料替代率的增加，混凝土7 d,28 d的抗折强度呈递减趋势。