陶瓷再生粗骨料混凝土力学性能研究*

王东旭 蒋贵鑫 何思瑶 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

在陶瓷工业中，生产和运输陶瓷过程产生了大量废弃物，卫生陶瓷废物属于不可生物降解的工业废弃物。为了减少对陶瓷垃圾填埋场的需求和成本，降低陶瓷废物对环境的不利影响，陶瓷废物的回收利用是一个亟待解决的问题。另外，建筑行业需要新的骨料来源，因为传统的骨料来源主要为天然砂石，过量的开采已经造成植被破坏、山体滑坡等一系列环境问题。因此，为了保护环境、节省能源，在砂浆和混凝土中可以利用陶瓷废料作为粗骨料使用。本文主要针对废旧陶瓷再生粗骨料混凝土的力学性能进行了研究。

2 试验原材料和方法

2.1 原材料准备

本试验中所采用的水泥为P.O42.5级普通硅酸盐水泥；细骨料为天然中砂，连续级配，细度模数2.67；粗骨料包括天然碎石骨料和废陶瓷再生粗骨料；粒径范围5 mm～20 mm；水为实验室的自来水。

陶瓷废料来源不同，用其制备的再生粗骨料基本性能也不同。本研究使用的再生粗骨料是由我市某建材市场销售的陶瓷制品在运输过程中出现破损而丢弃的陶瓷废料制备而成。将收集好的破碎陶瓷用颚式破碎机破碎，再经过筛分获得级配良好的陶瓷粗骨料。陶瓷再生粗骨料与天然碎石相比，它们的一些基本特性存在差异：如颗粒级配、密度、吸水率、压碎指标等方面，因此需要对其基本性能进行试验研究。陶瓷再生粗骨料和天然碎石基本特性如表1所示。

表1 天然碎石和陶瓷再生粗骨料基本特性

2.2 试验方法

再生陶瓷粗骨料是将损坏、破旧的瓷砖经清洗、破碎、除杂、筛分、分级后制备获得，废弃陶瓷再生骨料各项性能指标均参照JGJ 52—2006普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准的要求进行测定；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；抗折强度试验采用100 mm×100 mm×400 mm的棱柱体试件，对浇筑好的试件在温度20 ℃±2 ℃、相对湿度95%以上的标准条件下养护3 d,28 d后测试其抗压强度和抗折强度，强度值为三个试样测试的算术平均值。

2.3 混凝土配合比

目前没有明确的规范对再生混凝土配合比设计进行规定，故本研究参照JGJ 55—2011普通混凝土配合比设计规程规定的内容进行配合比设计。混凝土强度等级取C30，再生陶瓷粗骨料按等质量替代天然碎石，替代率分别为0%,30%,50%,70%，对应的试验试件分别用CA0,CA30,CA50,CA70符号来表示。混凝土的具体配合比如表2所示。

表2 再生陶瓷粗骨料混凝土配合比

3 试验结果与对比分析

3.1 抗压强度结果分析

表3给出了抗压强度的测试结果。随着陶瓷再生粗骨料替代率的增加，混凝土3 d和28 d的抗压强度都是先降低后增加，变化幅度不大。当替代率为30%时抗压强度达到最低，3 d和28 d抗压强度分别较普通混凝土降低了3.3%和3.9%；当替代率为70%时抗压强度达到最大，分别提高了6.5%和5.1%。因此，用陶瓷再生粗骨料代替天然碎石对再生混凝土的抗压强度有利。

表3 不同龄期抗压强度

3.2 抗折强度结果分析

表4给出了抗折强度的测试结果。随着陶瓷再生粗骨料替代率的增加，混凝土3 d和28 d的抗折强度相对普通混凝土的抗折强度逐渐减小。究其原因为抗折强度测试的破坏形式为脆性破坏，而陶瓷废料的材质本身较脆，压碎指标大于天然碎石，且在破碎过程中形成的扁平状的不规则颗粒较多，表面粗糙不平，因此影响了混凝土的抗折强度发展。

表4 不同龄期抗折强度

4 结语

本文研究了陶瓷废料作为粗骨料替代天然碎石对再生混凝土力学强度的影响。用废弃陶瓷粗骨料替代天然碎石来制备混凝土是可行的。

1)再生陶瓷粗骨料性能与天然碎石相比存在一定差异，但性能均能满足规范要求；其表观密度和堆积密度较天然碎石低，但吸水率和压碎指标较高。

2)随着陶瓷再生粗骨料替代率的增加，混凝土3 d,28 d抗压强度先降低后增大。当陶瓷再生粗骨料替代率为70%时，其3 d,28 d抗压强度均达到最大，分别较普通混凝土的抗压强度提高了6.5%和5.1%。

3)随着陶瓷再生粗骨料替代率的增加，混凝土3 d,28 d的抗折强度逐渐减小。