粘土磚再生骨料開發保水性透水混凝土的強度分析

張　璐,胡　松

（貴州大學土木工程學院,貴陽　550025）

粘土磚再生骨料開發保水性透水混凝土的強度分析

張璐,胡松

（貴州大學土木工程學院,貴陽550025）

摘要：廢棄粘土磚具有良好的吸水、保水能力，用粘土磚開發的透水混凝土具有一定吸水、保水性能。由于粘土磚的抗壓強度低，吸水后抗凍融性能亦差，因此，對不同磚骨料摻量下的透水混凝土作對比試驗，研究表明，透水混凝土的抗壓強度和抗凍融性能隨粗骨料摻量增加而減小，在制備透水混凝土時應充分考慮磚骨料對抗壓強度和抗凍性的不利影響。

關鍵詞：廢棄粘土磚；透水混凝土；抗壓強度；抗凍性

0　引言

粘土磚是歷史最久的耐火材料，廢棄粘土磚在建筑垃圾中占有相當的比重。由于歷史原因，在我國城鎮化建設過程中產生大量廢棄粘土磚，造成環境污染壓力[1-2]。將廢棄粘土磚變廢為寶，符合可持續發展戰略。目前，廢棄粘土磚主要用作粗骨料生產耐熱混凝土、輕集料混凝土、鋪路塊料等，但是，用廢棄粘土磚開發保水性透水混凝土的研究甚少。

將廢棄粘土磚破碎、篩分后，作為再生骨料置換天然碎石。在攪拌過程中摻入少量發泡劑、硫酸鈉，水泥膠結層便產生大量微孔，為水分進出提供通道。本文主要對磚骨料的不同摻量進行對比試驗，研究了該因數對透水混凝土的抗壓強度、抗凍性的影響。

1　試驗原材料

實驗原材料為水泥，粗骨料，自來水，發泡劑，硫酸鈉。水泥采用拉法基PO42.5R硅酸鹽水泥；粗骨料采用單一級配。本試驗用碎石和磚骨料混合作粗骨料，其性能特征見表1、表2；發泡劑采用蛋白質類發泡劑，發泡劑與水按1：40的質量比先進行稀釋，用發泡機進行機械發泡，得到白色泡沫，發泡倍數為20，具有較高的黏度和經時穩定性。

表1　碎石性能特征

表2　磚骨料性能特征

2　基本配合比

目前國內外對透水混凝土的設計方法有：查表法、經驗公式法、體積法等。本試驗采用經驗公式法[3]，設計強度取10MPa，管理水平取25%，搗實成型，水灰比W/C=0.35，硫酸鈉摻量取水泥質量的2%，發泡劑經過機械發泡后的摻量約為水泥體積的20%。經過多次試拌后確定透水混凝土的最佳配合比（見表3）。

表3　透水混凝土配合比

3　磚骨料摻量

在水泥摻量不變的情況下，用同級配的磚骨料等質量置換碎石，粗骨料總體積膨脹，致使水泥漿體不能包裹住所有骨料顆粒，混凝土強度降低，甚至骨料裸露不能粘結在一起。所以，用同級配的磚骨料等體積置換石子為宜，其摻量（磚骨料體積占混凝土總體積的比例）見表4。

表4　磚骨料摻量

用試驗方式估算因磚骨料吸水而額外補充的水量：（1）選用配合比編號Ⅲ、Ⅸ。（2）將干燥的磚骨料放入攪拌機，摻入第一次水后攪拌2min，使磚骨料充分吸水。（3）然后依次摻入碎石、水泥，攪拌1min，使混合料拌合均勻。（4）最后摻第二次水、發泡劑及硫酸鈉攪拌2min出料。第一次摻水量=紅磚×Q，Q值取3%、5%、7%、9%、11%、13%、15%，

圖1　不同粒徑下抗壓強度隨Q值關系

第二次摻水量為100.4kg/m3。（5）將所得試塊在自然養護狀態下養護28天測其28天抗壓強度，見圖1。由圖1可知，5～10mm粒徑的混凝土強度在Q=9%時強度最高，10～15mm粒徑的混凝土強度在Q=7%時強度最高。因此，粒徑范圍5～10mm和10～15mm的Q值分別取9%、7%為宜。

圖2　不同粒徑下抗壓強度與磚骨料摻量的關系

4　攪拌、成型及養護

攪拌：首先往攪拌鍋中投入全部磚骨料，并倒入全部的第一次摻水量，攪拌2min；然后倒入全部碎石、水泥、發泡劑及硫酸鈉，攪拌1min；最后倒入全部的第二次摻水量，攪拌2min后出料。

搗實成型：每層搗實厚度不大于5cm，對于10cm×10cm× 10cm的試塊每層插搗次數不低于15次。待模子成型之后，用插搗棒在試塊表面進行滾動，以使得表面平整，不出現石子脫落現象。

采用自然養護，即在空氣中（濕度95%以上，溫度（20±2）℃）養護。

5　結果分析

5.1抗壓強度

如圖2所示，5～10mm級配的透水混凝土，當摻量為0%時，抗壓強度為9.10MPa，當摻量100%時，抗壓強度為6.29MPa，強度減少了22%。10～15mm級配的透水混凝土，當摻量為0%時，抗壓強度為8.90MPa，當摻量增至100%時，抗壓強度為5.77MPa，強度減少了35%。隨著磚骨料摻量的增加，透水混凝土28d抗壓強度總體呈下降趨勢。

透水混凝土是干硬性較大的混凝土，其強度主要取決于骨料之間的咬合摩擦力以及骨料與水泥漿體之間的粘結強度。本實驗均使用相同標號的水泥、相同的成型方式，所以認為強度隨著摻量的增加而減少的主要原因是粘土磚作骨料時無法像碎石一樣在骨料互相摩擦的時候承擔那么大的摩擦力，從而發生斷裂和崩裂，繼而引起宏觀上透水混凝土抗壓強度的降低。

圖3　不同粒徑下強度損失率與磚骨料摻量的關系

5.2抗凍性能

透水混凝土凍融破壞形式為內部損傷。由于透水混凝土具有很大的有效孔隙，能儲存水分。當內部水冰凍時體積膨脹，推動其余水分向邊界排除，混凝土本身將受到推動水分前進的反力作用，當此反力大于水泥膠結層的抗拉強度時，膠結層破壞，此時透水混凝土內部產生裂縫，縮短透水混凝土的使用壽命。因此，本研究對透水混凝土的抗凍性能進行了室內試驗研究。

如圖3所示，5～10級配透水混凝土隨著摻量增加，強度損失值逐漸增加，即抗凍性逐漸下降，但強度損失基本在10%～20%之間。10～15級配透水混凝土隨著摻量增加，強度磚損失值較大，最大強度損失出現在孔隙率40%和80%兩個點，強度損失超過30%，抗凍性能明顯不如5～10級配。

由分析可知，添加磚骨料降低了透水混凝土的抗凍性能。

參考文獻：

[1]張孟雄,張學良,王衛秋,吳國強,薛奇峰.建筑垃圾磚的開發及應用[J].磚瓦世界,2006（08）：19-21.

[2]苗毓恩,王羅春.舊建筑物拆除中廢舊磚瓦的資源化途徑[J].上海電力學院學報,2009（06）：579-582.

[3]陶新明.無砂大孔混凝土配合比設計、成型及養護[J].混凝土,2010（10）：136-138.

作者簡介：張璐（1990—），女，湖南祁陽人，碩士研究生在讀，研究方向：結構工程 。