全废弃混凝土类再生细骨料干混砌筑砂浆的配合比研究

洪建华，宋炳峰，郑旭卫，罗季英

（1.浙江意诚检测有限公司，浙江 金华 321015；2.平阳县水利局，浙江 平阳 325400）

1 问题的提出

随着我国城市化建设的快速发展，城改拆迁和建筑活动每年会带来大量建筑垃圾，当前建筑垃圾只有少部分进行再加工充分利用，绝大多数运用露天堆积或掩埋的方法进行处置。建筑垃圾处理和堆放不仅耗费较多资金，而且对生态环境造成严重污染和破坏。庞晓凡[1]通过X射线衍射分析葡萄糖酸钠对水泥水化产物的影响，发现葡萄糖酸钠加快铝酸三钙溶解与钙矾石产生，减缓了硅酸三钙水化和氢氧化钙生成，总体上表现出良好的缓凝作用。陈春珍[2]认为增黏剂可以改善拌合物的黏聚性，并对砂浆强度有一定的影响。以上研究主要针对再生细骨料部分替代天然细骨料的再生砂浆性能研究，对于全再生细骨料砂浆的研究较少，因此，有必要研究全再生细骨料砂浆的配合比。本文通过室内配合比试验研究全再生干混砌筑砂浆的保水率、2 h稠度损失率、抗压强度，分析龄期、水泥-粉煤灰、添加剂的掺量等因素对再生干混砌筑砂浆性能的影响，研制出保水性、2 h稠度损失率符合国家标准GB/T 25181—2019《预拌砂浆》[3]的M5、M7.5、M10再生干混砌筑砂浆。

2 试验方法

2.1 试验材料

干混砌筑砂浆所用原材料有：再生细骨料、水泥、粉煤灰、添加剂等。其中，再生细骨料为纯废弃混凝土类细骨料，基本物理力学性质指标见表1。水泥选用42.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰用II级粉煤灰，添加剂主要有葡萄糖酸钠、10万分子量聚羟基甲基纤维素，拌合用水采用自来水，用水量根据稠度70~80 mm确定。

表1 纯废弃混凝土类再生细骨料物理性能指标表

2.2 试样制备及试验方案

本次试验选用砂浆搅拌机进行机械混合搅拌，机械混合搅拌1次需要时间为180 s，共进行2次搅拌。制备试样时，首先应依据试验方案称一定量的再生细骨料、水泥、粉煤灰和添加剂，根据稠度确定用水量，把已经称量的各类材料装入搅拌桶内，利用搅拌机进行机械搅拌，搅拌180 s 后停止搅拌。将搅拌桶边缘和搅拌机叶片的砂浆刮于搅拌桶中央，再进行第二次搅拌。搅拌停止以后，把留在搅拌机叶片上的砂浆刮进搅拌桶中，对搅拌桶内砂浆人工拌合后，进行保水性试验和稠度试验，最后开始制样。制备试样时，按照JGJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》[4]，采用人工插捣成型的方法将砂浆一次性装满砂浆试模，成型时要保证试样不出现孔洞、麻面、蜂窝等缺陷。完成试样制备后，立刻贴上标签，以防止不同配合比的试样混合。将试样放进标准养护室养护，达到龄期7 d和28 d后进行抗压强度试验。试验方案见表2。

表2 试验方案表

为了得到各添加剂掺量对干混砌筑砂浆的保水率、稠度、2 h稠度损失率、抗压强度的影响，试配砂浆强度M5，选取水泥掺量为183 kg/m3，粉煤灰37 kg/m3；试配砂浆强度M7.5，选取水泥掺量为201 kg/m3，粉煤灰40 kg/m3；试配砂浆强度M10，选取水泥掺量为221 kg/m3，粉煤灰44 kg/m3。按照表2的试验方案进行单掺试验并进行立方体抗压强度试验，结果见图1~7。

3 试验结果及分析

3.1 水泥-粉煤灰掺量的影响

图1是在葡萄糖酸钠掺量和10万分子量聚羟基甲基纤维素掺量为0.00%时，纯废弃混凝土类再生细骨料配制的干混砌筑砂浆在不同龄期下，立方体抗压强度与水泥-粉煤灰掺量的变化关系曲线。从图1可以看出：全再生细骨料干混砌筑砂浆抗压强度随水泥-粉煤灰掺量的增多而提高。龄期为7 d时，干混砌筑砂浆抗压强度随水泥-粉煤灰掺量的增加而提高；当水泥-粉煤灰掺量从220 kg/m3提高到241 kg/m3时，抗压强度最大提高1.2 MPa；当水泥-粉煤灰掺量从241 kg/m3增加到265 kg/m3时，抗压强度最大提高0.7 MPa。龄期28 d时，随着水泥-粉煤灰含量增加，干混砌筑砂浆的强度有提高；当水泥-粉煤灰掺量从220 kg/m3增加到241 kg/m3时，抗压强度最多增大1.4 MPa；当水泥-粉煤灰掺量从241 kg/m3增加到265 kg/m3时，抗压强度最高提高1.6 MPa。

图1 水泥-粉煤灰与抗压强度关系曲线图

砌筑砂浆强度和水泥-粉煤灰掺量呈正相关关系，主要是水泥发生水化反应，粉煤灰发生形态效应、火山灰效应与微集料效应。水泥水化反应指水泥水化过程形成C-S-H凝胶，凝胶包裹细骨料，并填充于细骨料孔隙之间，生成相互联结的絮状结构、团状结构和网状结构，拥有凝结硬化作用。随着水泥掺量的增加，水化产物增多，并不断填充细骨料间孔隙，细骨料间联结增强，形成完整的网状空间结构，具有很高的强度。粉煤灰形态效应指粉煤灰粉料物理形状发生的效应，粉煤灰粒形完整，质地致密，表面光滑，具有减水、致密、匀质作用。粉煤灰火山灰效应指粉煤灰化学成分含有活性Al2O3与SiO2，活性物质能与水泥水化生成物Ca(OH)2发生化学反应，生成水化铝酸钙、水化硅酸钙等胶凝物质，生成的胶凝材料能够充填细骨料间的孔隙、起到增强作用，提高砂浆的抗压强度。粉煤灰微集料效应指粉煤灰细颗粒分布于水泥浆内，填充到微小孔隙中，形成骨架，阴止微裂缝的发展，优化孔隙结构和增大密实度，增强砂浆强度。

3.2 单掺葡萄糖酸钠掺量的影响

水泥-粉煤灰掺量分别为220、241、265 kg/m3时，纯废弃混凝土类再生细骨料配制的干混砌筑砂浆在不同龄期下立方体抗压强度与葡萄糖酸钠掺量的变化关系曲线见图2。从图2可以看出：葡萄糖酸钠掺量与抗压强度曲线具有相似的变化趋势，曲线都是先下降，下降至最低点，再缓慢上升，最后趋于缓和。龄期为7 d，不掺入外加剂葡萄糖酸钠时，立方体抗压强度达到最大值，随着葡萄糖酸钠掺量从0.05%增加到0.25%，抗压强度缓慢增强。龄期为28 d，葡萄糖酸钠掺量为0.05%时，立方体抗压强度最小，随着葡萄糖酸钠掺量从0.05%增加到0.25%，抗压强度逐渐变大，当掺量为0.25%时，抗压强度到达最大值。

图2 葡萄糖酸钠与抗压强度关系曲线图

3.3 单掺10万分子量聚羟基甲基纤维素掺量的影响

水泥-粉煤灰掺量分别为220、241、265 kg/m3时，纯废弃混凝土类再生细骨料配制的干混砌筑砂浆在不同龄期下立方体抗压强度与10万分子量聚羟基甲基纤维素掺量的变化关系曲线见图3。从图3可以看出：干混砌筑砂浆立方体抗压强度随着10万分子量聚羟基甲基纤维素掺量的增加而减小。龄期为7 d，不掺入外加剂10万分子量聚羟基甲基纤维素时，抗压强度达到最大值，随着羟基甲基纤维素掺量从0.05%增加到0.25%，抗压强度减小约40%。龄期为28 d，不掺入羟基甲基纤维素时，抗压强度最大，羟基甲基纤维素为0.25%时，抗压强度最小。

图3 羟基甲基纤维素与抗压强度关系曲线图

10万分子量聚羟基甲基纤维素作为增黏剂，能够改善砂浆拌合物的黏聚性，延长凝结时间，对砂浆有缓凝作用。掺入增黏剂后砂浆的抗压强度减小，这主要是因为，掺入增黏剂后，砂浆的凝结硬化时间延长，减缓水泥水化反应，造成水化程度低，水化产物少，改变砂浆的微观结构，抑制砂浆微观总孔隙量与总孔隙率的降低。随着增黏剂掺量的增大，砂浆力学特性将产生较大的改变，各指标值将会下降。

3.4 单掺添加剂对保水率和2 h稠度损失率影响

图4~5是分别在单掺不同量的葡萄糖酸钠和10万分子量聚羟基甲基纤维素时干混砌筑砂浆保水率柱状图。从图4~5中可以看出：在不掺入添加剂时，干混砌筑砂浆保水率基本不能满足规范GB/T 25181—2019《预拌砂浆》的大于等于88%的要求；单掺葡萄糖酸钠、10万分子量聚羟基甲基纤维素，其保水率满足规范要求。图6~7是分别在单掺不同量的葡萄糖酸钠和10万分子量聚羟基甲基纤维素时干混砌筑砂浆2 h稠度损失率柱状图。从图6~7中可以看出：在不掺入添加剂时，干混砌筑砂浆2 h稠度损失率不满足规范GB/T 25181—2019《预拌砂浆》的小于等于30%的要求；单掺葡萄糖酸钠、10万分子量聚羟基甲基纤维素，其2 h稠度损失率也不能满足规范要求。

图4 葡萄糖酸钠与保水率关系曲线图

图5 羟基甲基纤维素与保水率关系曲线图

图6 葡萄糖酸钠与2 h稠度损失率关系曲线图

图7 羟基甲基纤维素与2 h稠度损失率关系曲线图

3.5 同时掺入添加剂对保水率和2 h稠度损失率影响

以葡萄糖酸钠掺量0.20%，10万分子量聚羟基甲基纤维素掺量0.05%的组合为干混砌筑砂浆的添加剂组合，进行全废弃混凝土类再生细骨料干混砂浆的配合比研究，其试验方案与结果见表3。

表3 试验方案与结果表

从表3结果可知：同时掺入添加剂葡萄糖酸钠和10万分子量聚羟基甲基纤维素，干混砌筑砂浆均能满足GB/T 25181—2019《预拌砂浆》保水率、2 h稠度损失率的要求；随着龄期的增加，砂浆抗压强度均有提高，7 d强度约为28 d强度的60%；随着水泥-粉煤灰胶凝材料的增加，干混砌筑砂浆抗压强度均有提高，而且砂浆抗压强度均满足M5、M7.5、M10要求。

通过全再生干混砂浆配合比设计，研制出保水性、2 h稠度损失率符合国家标准GB/T 25181—2019《预拌砂浆》的M5、M7.5、M10再生干混砌筑砂浆产品。全废弃混凝土类再生细骨料配制干混砌筑砂浆的配合比见表4。

表4 全废弃混凝土类再生细骨料配制干混砌筑砂浆的配合比表

4 结 论

（1）通过单掺试验研究葡萄糖酸钠、10万分子量聚羟基甲基纤维素的掺量对全废弃混凝土类再生细骨料配制干混砌筑砂浆的保水性、稠度、2 h稠度损失率、立方体抗压强度的影响和变化规律；水泥-粉煤灰胶凝材料掺量越多，干混砌筑砂浆抗压强度越高，而添加剂葡萄糖酸钠的掺量存在临界值，在临界值内，强度随添加剂的掺量增加而减小，超过临界值后，强度随添加剂掺量的增加而增大；随着10万分子量聚羟基甲基纤维素的掺量增大，抗压强度减小。单掺葡萄糖酸钠、10万分子量聚羟基甲基纤维素，其保水率满足规范要求，2 h稠度损失率不满足规范要求。

（2）通过掺入葡萄糖酸钠掺量0.20%、10万分子量聚羟基甲基纤维素掺量0.05%的添加剂组合，其保水率、2 h稠度损失率满足规范要求。

（3）通过全再生干混砂浆配合比设计，研制出保水性、2 h稠度损失率符合国家标准GB/T 25181—2019《预拌砂浆》的M5、M7.5、M10再生干混砌筑砂浆产品。