适用于机械化施工的再生砂浆研究

李学祺，安邦国，郭鑫淼，阳杰龙，刘 岩

（桂林理工大学，广西 桂林 541000）

“碳中和”背景下，建筑材料的绿色节能和可持续成为节能减排的重要领域。但目前，随着城镇化率持续提高，我国每年产生大量的建筑垃圾，其中废弃砂石、黏土砖等建筑材料占98%以上[1]。同时近些年，我国基础建设的迅速发展导致天然河砂储蓄量显著减少、砂石价格普遍上涨[2]。建筑垃圾处理问题和天然砂储蓄不足问题已成为目前建筑行业的主要痛点之一。

在建筑垃圾中，废弃黏土砖可破碎后作为骨料和活性材料继续使用，具有二次利用价值。国内外学者已对用黏土砖取代天然河砂制备的再生砂浆进行研究。研究表明，在材料性质方面，再生黏土砖细骨料具有火山灰特性[3]，这使得砂浆更早达到使用强度[4]，可节省水泥材料，同时黏土砖制备的再生砂浆表面多孔、吸水性强，具有一定的抗裂性能[5]；在使用性能方面，再生细骨料取代率超过30%会对再生砂浆的使用性能造成显著影响[6]；在抗冻性能方面，再生砖粉的作用明显优于粉煤灰[7]；在力学性能方面，黏土砖细骨料可用作水泥添加剂以提高砂浆的抗压强度[8]；在其他性能方面，部分学者[9-10]利用再生黏土砖细骨料制备建筑砂浆，并针对流动性、保水性、强度、抗折强度和抗压强度进行试验研究，并对制备不同强度等级的再生砂浆提出取代率要求。鉴于再生砂浆自身特性、可再生特点及绿色环保特点，再生砂浆技术具有广阔的应用前景[11]。但目前再生砂浆的应用与推广仍存在较多问题[12]，国内对再生砂浆的研究较少[13]，且施工机械化水平较低。

砂浆机可大幅提高墙面抹灰的施工效率，但砂浆机对再生砂浆的和易性有较高要求[14]。本文试验研究再生砂浆的配合比以满足砂浆机的实际使用要求，这将会有效促进再生砂浆的应用与推广，促进黏土砖的循环利用，推动建筑行业的绿色发展，带来良好的社会效益和经济效益。

1 原材料和试验方案

1.1 试验材料

试验以C42.5普通硅酸盐水泥为基体材料，以黏土砖细骨料作为天然砂的取代物，外加20%I级粉煤灰，采用羧丙基甲基纤维素醚作为保水剂。使用自来水拌合。3组试验的水灰比分别为0.580、0.812和1.136。

1.2 天然砂与取代物物理性能

测试的天然砂和粉碎后再生细骨料的表观密度、含水率等主要指标，见表1。

表1 天然砂与再生细骨料的物理性能

天然砂和再生细骨料粒径分布均匀，级配良好，试验结果见表2。

表2 累计筛余率

1.3 试验方案与试验结果

根据GB/T 25181—2019《预拌砂浆》和众学者[7-14]的研究调整配合比配置M10砂浆。砂浆的水灰比控制在0.5～1.4，稠度设定在90～110 mm，细骨料粒径5 mm以下，设置天然砂的取代率分别为0%、30%、50%和100%。适度添加附加用水。

根据JGJ/T70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》，通过测试再生砂浆的稠度、含水率、保水率和抗压强度，分析不同配合比对再生砂浆保水性、稠度和强度的影响

试验配合比和试验测试结果见表3。

表3 配合比与试验结果

2 试验结果分析

2.1 再生砂浆破坏形态

试块破坏形态基本相同，破坏形态如图1所示。

从图1看出，外观上试块孔隙较多，受压时无明显形变。试块顶部裂隙发育、破坏明显；正面与侧面可视裂缝较少，裂隙从上部开始发育并贯穿试块，试块沿着薄弱面发生破坏。

图1 C3试块抗压试验

2.2 再生砂浆稠度和保水性分析

由图2可知：

图2 稠度与保水性

（1）稠度。当再生细骨料取代率小于30%时，再生砂浆的稠度明显增加。取代率继续增加时，附加用水需求随之增多，砂浆的稠度值略有上升。取代率为50%时，稠度出现局部最小值，这是因为再生砂浆吸水量大，使有效拌合用水减少[15]。

（2）保水性。保水剂与粉煤灰的掺入和再生细骨料孔隙率较大，导致再生砂浆吸水性较强，减少了砂浆体系中的自由水，故保水性变化趋势与稠度的变化趋势相反。

2.3 再生砂浆抗压强度分析

由图3可知：

图3 抗压强度

（1）同水灰比的再生砂浆的抗压强度随取代率的提高呈现先降后升再降的趋势，仅当取代率为50%时，砂浆的抗压强度削弱最小。这是因为再生细骨料表面多孔，吸附了大量自由水；其次再生细骨料的颗粒级配更优，促使水泥和黏土砖颗粒之间的粘结性更好，砂浆更加密实；同时在温度梯度作用下，再生细骨料内部水可对未充分水化的水泥二次水化，促使强度提升[16]。

（2）再生砂浆的抗压强度随水灰比的减小而提高。水灰比为0.58的再生砂浆的抗压强度满足使用要求。降低水灰比则水泥用量增加；提高水灰比则细骨料之间的粘结性不足，不满足抗压强度要求。

（3）经28 d养护的C组砂浆试块的抗压强度均达到10 MPa，但稍低于天然细骨料砂浆抗压强度。再生骨料掺入为30%砂浆强度降低3.9%，掺入50%强度降低2.8%，掺入100%强度降低8.3%。再生砂浆抗压强度随再生细骨料掺入量增多而降低，一方面是因为随着取代率提高，砂浆试块的密实度降低；另一方面是因为水泥浆与再生细骨料过渡界面薄弱[17]。

3 结论

基于目前学者的研究成果，本文针对砖混再生砂浆的性能进行研究，得出如下结论：

（1）砖混再生砂浆的再生细骨料取代率不宜超过50%。

（2）再生细骨料取代率低于50%时，砂浆抗压强度降低不显著。

（3）当取代率为50%时，砂浆的稠度可提高2%～9%，保水性与天然砂浆几乎一致。

（4）水灰比为0.58时，取代率为50%的M10砖混再生砂浆可满足砂浆机的施工要求。