廢棄陶瓷再生混凝土耐火性研究

毋雪梅 李素平

鄭州大學材料科學與工程學院（450001）

試驗研究

廢棄陶瓷再生混凝土耐火性研究

毋雪梅 李素平

鄭州大學材料科學與工程學院（450001）

研究了以高鋁水泥為膠結材料，以天然骨料、廢棄衛生潔具骨料、廢棄地板磚骨料配制的混凝土的耐火性能。試驗表明，經受不同溫度的高溫后，各種骨料混凝土的性能如強度、抗熱震性均有所下降，但廢棄陶瓷再生混凝土比普通混凝土表現出更好的耐火性能。

廢棄陶瓷再生骨料；廢棄陶瓷再生混凝土；耐火混凝土；耐火性

0 引言

混凝土仍將是21世紀不可替代的主要建筑結構材料，但混凝土的骨料資源出現了嚴重危機。而在各種陶瓷制品的生產、運輸、銷售、儲存和使用期間，由于磕碰、老化、淘汰等因素造成大量的廢棄陶瓷。有調查表明，這部分廢棄陶瓷的30%都成為了工業廢棄物，并且陶瓷產業的廢棄量將會更高。廢棄陶瓷目前還沒有很好地有效回收利用[1]。筆者曾對廢棄陶瓷再生骨料在砂漿、混凝土中的應用[2-3]做了一定研究，從廢棄陶瓷再生混凝土的力學性能的角度得出廢棄陶瓷再生骨料完全可以代替天然骨料配制混凝土。筆者在此研究基礎上進一步研究廢棄陶瓷再生混凝土的耐高溫性，以期用廢棄陶瓷骨料作耐火骨料開發出耐火混凝土。

1 試驗用原材料

1.1 水泥

中原鋁廠生產的CA-50鋁酸鹽水泥，其性能見表1。

表1 CA-50鋁酸鹽水泥物理力學性能

1.2 骨料

本試驗共準備了三種骨料，分別是天然碎石、廢棄衛生潔具、廢棄地板磚。其中廢棄衛生潔具、廢棄地板磚來自于鄭州市西建材市場上由于運輸、銷售環節出現的廢品、破碎品。三種骨料的顆粒分布經篩分控制一樣,見表2。三種骨料的物理性能見表3。

表2 骨料粒度分布

表3 三種骨料物理性能

1.3 粉料

本實驗采用鋁礬土細粉為填充料，鋁礬土細粉全部通過0.08mm篩。

2 試驗方法

2.1 不同骨料混凝土試樣的制備

按表4所示混凝土配合比例分別稱量骨料、水泥、粉料，先機械干混均勻，再與水機械混合均勻，得混凝土混合料。將混合料分兩次澆筑到振動臺上的40mm×40mm×160mm三聯試模中，共振動2 min成型。將試樣帶模放入水泥標準養護箱中養護一天后脫模，脫模后將試樣轉放入混凝土標準養護室養護至28天后進行性能檢測。

表4 三種骨料混凝土配合比（g）

2.2 不同骨料混凝土的常溫及耐高溫性能檢測

參照國家標準GB/T3001-2007《耐火材料常溫抗折強度試驗方法》和GB/T5072-2008《耐火材料常溫耐壓強度試驗方法》分別對三種骨料配制的混凝土試樣進行力學性能測試。測試常溫（約20℃）及承受不同高溫后的抗折和抗壓強度。

抗熱震性的測試是參照標準YB4018-91《耐火制品抗熱震性試驗方法》進行的。采取1000℃循環風冷的方法進行熱震循環5次，然后測試熱震前后試樣的抗折、抗壓強度變化。

耐高溫性能檢測都是升溫到要求溫度且保溫1 h后再將試樣冷卻至室溫后進行試驗的。

3 試驗結果與分析

3.1 不同溫度下強度

三種骨料混凝土經不同高溫后的燒后強度及常溫下強度見圖1、圖2。

圖1 三種骨料混凝土不同溫度下抗折強度

圖2 三種骨料混凝土不同溫度下抗壓強度

由圖1、圖2可看出，雖然由于水灰比和骨料質量的不同，天然碎石骨料配制的混凝土比廢棄陶瓷再生骨料配制的混凝土初始強度高。當加熱溫度不高（約400℃以下）時，三種混凝土強度都表現出急劇降低。這是因為高鋁水泥混凝土高溫加熱發生相變，體積收縮，結晶粒子空隙增大所致。當溫度達到一定高度（約550℃以上）時，天然碎石混凝土的強度仍表現出繼續下降，廢棄陶瓷再生混凝土強度下降比較緩慢。這是因為天然碎石主要成分CaCO3發生分解，逸出CO2，從而變得疏松所致，廢棄陶瓷再生骨料表現出了其耐火骨料的優勢。從圖2中可以看出，天然碎石混凝土經過1000℃高溫后，抗壓強度已經下降為只有初始強度的20%，但是廢棄衛生潔具再生混凝土卻下降為初始強度的52%，廢棄地板磚再生混凝土下降為初始強度的49%。再生混凝土表現出較好的耐高溫性。

3.2 不同骨料混凝土抗熱震性

采用熱震后試樣的強度變化來衡量。三種骨料配制的混凝土經過熱震試驗后強度變化見圖3、圖4。

圖3 三種骨料混凝土熱震前后抗折強度

圖4 三種骨料混凝土熱震前后抗壓強度

從圖3可以看出，天然骨料混凝土熱震后抗折強度保持率只有15%，廢棄地板磚再生混凝土強度保持率是43%,廢棄衛生潔具再生混凝土強度保持率是47%。從圖4可以看出，天然骨料混凝土熱震后抗壓強度保持率只有17%，廢棄地板磚再生混凝土抗壓強度保持率是46%，廢棄衛生潔具再生混凝土抗壓強度保持率是47%。廢棄陶瓷再生混凝土相比天然骨料混凝土表現出較好抗熱震性。

4 結論

1）以廢棄衛生潔具、廢棄地板磚再生骨料配制的混凝土的耐火性能明顯優于天然骨料配制的混凝土。

2）在慢速升溫的條件下，不同骨料的高鋁水泥耐火混凝土性能均有所下降。三種混凝土強度在400℃以下時下降較快,在400～1000℃時下降幅度降低。

3）在經過1000℃的高溫后，天然骨料混凝土的強度已經下降為初始強度的20%左右，廢棄陶瓷再生混凝土的強度為初始強度的50%左右。經過熱震后，天然骨料混凝土的強度下降為初始強度的15%左右，廢棄陶瓷再生混凝土的強度還能保持熱震前的45%左右。

[1]陸盛武,等.以廢棄陶瓷為骨料生產再生混凝土可行性探討[J].山西建筑,2008(12)：1～2.

[2]毋雪梅,等.廢棄陶瓷再生砂配制砂漿、混凝土的研究[J].混凝土,2008(12)：50～52.

[3]毋雪梅,等.廢棄陶瓷再生混凝土及界面研究[J].鄭州大學學報（工學版）,2010(3)：35～38.

[4]孫躍東,等.我國再生混凝土的研究現狀和需要解決的問題[J].混凝土,2006(4)：25～28.

[5]Mechanical behaviour of non-structural concrete made withrecycled ceramic aggregates，by J. de Brito et al. Cementand Concrete Composites 27(2005)429～433.

[6]Performance of metakaolin concrete at elevated temperatures,by Chi-Sun Poon et al. Cement and Concrete Composites25(2003)83～89.