廢舊粘土磚再生細(xì)集料在砂漿中的試驗研究

李文光+王祎璇+王科

摘 要：用廢舊粘土磚再生細(xì)集料替代天然砂配制再生砂漿。研究了廢舊粘土磚再生細(xì)集料不同摻量影響因素下砂漿的性能，為再生砂替代天然砂用于天然砂漿提供理論依據(jù)。試驗結(jié)果表明：隨著再生細(xì)集料摻量的增加，再生砂漿的用水量呈線性增大砂漿的工作性能降低，砂漿的強(qiáng)度先增強(qiáng)然后減弱。

關(guān)鍵詞：再生粘土磚；再生砂；再生砂漿；性能

隨著基本建設(shè)的日益發(fā)展，建筑用砂量不斷增大，不少地區(qū)經(jīng)過幾十年的大量開采，天然砂的資源已經(jīng)接近枯竭，而對天然砂資源的無序和大量的開采不僅污染環(huán)境，破壞自然景觀和生態(tài)環(huán)境，而且還帶來了許多安全問題。為此國家和許多地方政府陸續(xù)出臺了限制天然砂石開采的法律和政策，進(jìn)一步減少天然砂的來源。另一方面城市公用與民用建筑，市政設(shè)施的更新，創(chuàng)造，新建的過程中產(chǎn)生了一系列的建筑垃圾。這些建筑垃圾主要包括建筑渣土，廢磚廢瓦、廢混凝土，散落的砂漿和混凝土等。目前，廢舊混凝土以及再生粗骨料的研究利用取得了一定的成果，廢舊粘土磚及再生細(xì)集料沒有得到很好的研究利用，建筑垃圾的利用率低。本文將廢舊粘土磚破碎后經(jīng)過篩分得到的細(xì)骨料（稱為再生砂）部分或全部取代天然砂，用來生產(chǎn)砂漿（稱為再生砂漿），研究了廢舊粘土磚再生細(xì)集料不同摻量影響因素下砂漿的性能，為再生砂替代天然砂用于天然砂漿提供理論依據(jù)，對節(jié)約天然砂，減輕建筑垃圾的環(huán)境的污染，提高建筑垃圾的再利用，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有積極的意義。

1 試驗部分

1.1 原材料

再生砂：主要成分為廢舊粘土磚經(jīng)人工破碎后，通過4.75mm方孔篩篩分后得到的細(xì)骨料，它的基本材性見表1。

水泥：中材漢江水泥股份有限公司生產(chǎn)的復(fù)合硅酸鹽水泥，強(qiáng)度值為32.5MPa。

粉煤灰：寶雞發(fā)電廠出廠的Ⅱ級粉煤灰。

水：自來水。

表1 再生砂的基本材料性質(zhì)

再生砂材料 細(xì)度模數(shù) 緊堆密度kg/m3 松堆密度kg/m3 表觀密度kg/m3 吸水率% 細(xì)粉料量% 壓碎指標(biāo)%

廢舊粘土磚 2.224 1010.2 944.5 2500 1h 24h 1.56 19.2

13.5 16.4

1.2 試驗方案

在保證水膠比一定的情況下，用不同摻量0%、20%、40%、60%、100%的再生砂配制再生砂漿，研究再生砂漿摻量對砂漿性能的影響。

再生砂漿的配比

用M5作為配制的目標(biāo)，按照《建筑砂漿配合比設(shè)計規(guī)程》（JDJ98-2000）及文獻(xiàn)進(jìn)行配合比設(shè)計，設(shè)計配比見表2。

表2 再生砂漿的配比

再生砂摻量

% 水泥

kg/cm3 粉煤灰

kg/cm3 天然砂

kg/cm3 再生砂

kg/cm3 用水量

kg/cm3 附加用水量

kg/cm3

0 248.8 120 944.5 0 267.39 0

20 248.8 120 755.6 188.9 267.39 25.5

40 248.8 120 566.7 377.8 267.39 51

60 248.8 120 377.8 566.7 267.39 76.5

1.3 方法

再生砂漿的立方體抗壓強(qiáng)度、分層度、稠度試驗參照J(rèn)GJ/T70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》及文獻(xiàn)進(jìn)行，其中再生砂漿的立方體抗壓強(qiáng)度采用70.7mm×70.7mm×70.7mm的無底試模制成立方體試塊，按標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件養(yǎng)護(hù)至28天，以3個試件測值的算術(shù)平均值的1.3倍作為該組試件的砂漿立方體抗壓強(qiáng)度平均值；再生砂漿的抗折和折后抗壓試驗參考GB17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗方法》及文獻(xiàn)進(jìn)行。以40mm×40mm×160mm的棱柱體試塊進(jìn)行抗折、抗壓強(qiáng)度試驗，試驗結(jié)果見表3。

表3 再生砂漿（28d）的強(qiáng)度

再生砂摻量 立方體抗壓強(qiáng)度

（MPa） 抗折強(qiáng)度

（MPa） 抗后壓強(qiáng)度（MPa） 稠度值mm 分層度值

mm

10min 30min

0 14.5 3.68 20.47 116 73 43

20 12.5 3.18 16.98 92 47 45

40 12.7 3.72 16.56 80 39 41

60 7.2 2.47 11.18 18 18 0

2 試驗結(jié)果分析

2.1 再生砂對再生砂漿用水量的影響

由表2和圖1可以看出：在固定的水膠比下，隨著再生砂的摻量的增加，再生砂漿的用水量增大，并且呈線性增加。這是由于再生砂吸水率大，由表1可知，再生砂1h的吸水率是13.5%、24h的吸水率為16.4%，在進(jìn)行再生砂漿的配制時，為了保證再生砂漿的流動性，充分考慮再生砂的吸水性，在進(jìn)行再生砂漿配制設(shè)計時，增添了附加用水，使再生砂漿的用水量增大。

圖1 再生砂對再生砂漿用水量的影響

2.2 再生砂漿的和易性

砂漿的和易性包括流動性和保水性兩個方面。（1）流動性方面。由表2和圖2可知，隨著再生砂摻量的增加，再生砂漿的稠度值降低，流動性減弱 。這是由于經(jīng)人工破碎，篩分處理的廢舊粘土磚再生砂和天然砂相比，再生砂的質(zhì)量輕、顆粒相對較大，表面粗糙、棱角較多并且內(nèi)部有較多的孔隙，吸水性強(qiáng)，使得再生砂漿的稠度值降低，另一方面由于再生砂漿放置時間對其流動性也產(chǎn)生一定的影響，隨著再生砂摻量放置時間的增長，再生砂漿的稠度值下降較多。（2）再生砂漿的保水性能。通過分層度進(jìn)行再生砂漿保水性測定，由表2和圖3可以看出：隨著再生砂摻量的增加，盡管再生砂漿的用水量增加較多，而再生砂漿的保水性卻逐漸提高。這是由于再生砂漿在拌合過程中一部分水被再生砂吸收，同時由于再生砂粗糙的表面和粉煤灰細(xì)粉料的加入，增加了再生砂的比表面積，進(jìn)一步提高了再生砂對水的吸附能力，分層度值逐漸下降，再生砂漿的保水性提高。

圖2 再生砂摻量對再生砂漿流動性的影響

2.3 再生砂對再生砂漿強(qiáng)度的影響

隨著再生砂摻量的增加，再生砂漿的強(qiáng)度先提高后下降，摻量40%時最高。從表3和圖3可以看出：在做成的砌體砂漿試塊中，摻量40%的再生砂漿試塊強(qiáng)度最大，其次為20%的再生砂漿試塊，100%摻量再生砂漿比天然砂漿略高，且用水量的增加對砂漿的強(qiáng)度并沒有影響。原因為：（1）廢舊粘土磚再生砂的細(xì)度模數(shù)是2.224和天然砂的細(xì)度模數(shù)2.6接近，按照天然砂粗細(xì)程度的判別標(biāo)準(zhǔn)，屬于中砂。并且再生砂和到天然砂的摻和，優(yōu)化了砂的顆粒級配，從而提高了再生砂漿的強(qiáng)度。（2）在再生砂漿中加入了一定量的粉煤灰填充了砂之間的孔隙，改善了再生砂漿的和易性，提高了再生砂漿的密實性，提高再生砂漿的強(qiáng)度。在摻量為40%時，再生砂和天然砂的顆粒級配達(dá)到了最優(yōu)化，粗顆粒的骨架作用得以充分發(fā)揮的同時，細(xì)顆粒的填充也達(dá)到了最大密實，強(qiáng)度最大。隨后如果摻量進(jìn)一步增大，粗細(xì)顆粒的比例發(fā)生變化，由骨架密實結(jié)構(gòu)向懸浮密實結(jié)構(gòu)變化，骨架作用被削弱，從而強(qiáng)度降低。（3）再生砂的吸水率較大，在進(jìn)行再生砂漿和配比設(shè)計和試驗時，只是加了再生砂因吸水率因素影響下的用水量，并沒有改變設(shè)計的水膠比，同時再生砂的壓碎指標(biāo)較小，其承受壓力作用的能力要高。在保證流動性基本一致的情況下，再生砂漿的用水量隨著再生砂漿摻量的增加和用水量增大對再生砂漿的強(qiáng)度并沒有影響。

圖3 再生砂摻量對再生砂漿保水性的影響

圖4 再生砂摻量對再生砂漿強(qiáng)度的影響

2.4 再生砂對再生砂漿收縮性的影響

在試驗過程中我們發(fā)現(xiàn)隨著再生砂替代率的增加，再生砂漿試塊有一定的收縮性，摻量在40%以下不太明顯，在超過40%取代率的時候，我們發(fā)現(xiàn)在28d收縮值比天然砂的收縮率大一些。由此可見，再生砂的摻加對再生砂漿的體積穩(wěn)定性有不利的影響。再生砂的摻量在40%以下時，摻量的增加有利于優(yōu)化級配，從而提高砂漿密實度，所以收縮值的提高并不明顯，但超過40%后，級配隨摻量的增加越來越差，因而收縮值顯著提高。

3 結(jié)論

3.1 在保證再生砂漿稠度基本一致的條件下，再生砂漿的用水量比天然砂漿高，但是保水性較好，再生砂將具有較好的和易性。

3.2 廢舊粘土磚再生砂可以替代天然砂，再生砂替代天然砂對砂漿強(qiáng)度有一定的影響，一定的摻量對砂漿強(qiáng)度具有良好的效果，可以獲得良好的骨料級配，提高強(qiáng)度。

3.3 再生砂的不同替代率對再生砂漿的性能影響不是太大，不同取代率的再生砂漿的用水量不同，且取代率越大其用水量越大，但強(qiáng)度會有一定的變化。

參考文獻(xiàn)

[1] 王武祥.建筑垃圾的循環(huán)利用[J].中國建材，2005（8）23-27.

[2] 周文娟，陳家瓏，路宏波.綠色再生砂漿試驗研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2009（4）：16-18.

[3] 蔡秀蘭.再生細(xì)集料混合砂漿配和比及物理性能試驗研究[D].鄭州大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010.

[4] 程海麗.廢舊磚在建筑砂漿中的應(yīng)用研究[J].北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005（3）89-93.

基金項目：陜西省大學(xué)生科技創(chuàng)新訓(xùn)練項目（1732）。

作者簡介：李文光，陜西理工學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院；指導(dǎo)教師：薛麗皎。

圖2 再生砂摻量對再生砂漿流動性的影響

2.3 再生砂對再生砂漿強(qiáng)度的影響

隨著再生砂摻量的增加，再生砂漿的強(qiáng)度先提高后下降，摻量40%時最高。從表3和圖3可以看出：在做成的砌體砂漿試塊中，摻量40%的再生砂漿試塊強(qiáng)度最大，其次為20%的再生砂漿試塊，100%摻量再生砂漿比天然砂漿略高，且用水量的增加對砂漿的強(qiáng)度并沒有影響。原因為：（1）廢舊粘土磚再生砂的細(xì)度模數(shù)是2.224和天然砂的細(xì)度模數(shù)2.6接近，按照天然砂粗細(xì)程度的判別標(biāo)準(zhǔn)，屬于中砂。并且再生砂和到天然砂的摻和，優(yōu)化了砂的顆粒級配，從而提高了再生砂漿的強(qiáng)度。（2）在再生砂漿中加入了一定量的粉煤灰填充了砂之間的孔隙，改善了再生砂漿的和易性，提高了再生砂漿的密實性，提高再生砂漿的強(qiáng)度。在摻量為40%時，再生砂和天然砂的顆粒級配達(dá)到了最優(yōu)化，粗顆粒的骨架作用得以充分發(fā)揮的同時，細(xì)顆粒的填充也達(dá)到了最大密實，強(qiáng)度最大。隨后如果摻量進(jìn)一步增大，粗細(xì)顆粒的比例發(fā)生變化，由骨架密實結(jié)構(gòu)向懸浮密實結(jié)構(gòu)變化，骨架作用被削弱，從而強(qiáng)度降低。（3）再生砂的吸水率較大，在進(jìn)行再生砂漿和配比設(shè)計和試驗時，只是加了再生砂因吸水率因素影響下的用水量，并沒有改變設(shè)計的水膠比，同時再生砂的壓碎指標(biāo)較小，其承受壓力作用的能力要高。在保證流動性基本一致的情況下，再生砂漿的用水量隨著再生砂漿摻量的增加和用水量增大對再生砂漿的強(qiáng)度并沒有影響。

圖3 再生砂摻量對再生砂漿保水性的影響

圖4 再生砂摻量對再生砂漿強(qiáng)度的影響

2.4 再生砂對再生砂漿收縮性的影響

在試驗過程中我們發(fā)現(xiàn)隨著再生砂替代率的增加，再生砂漿試塊有一定的收縮性，摻量在40%以下不太明顯，在超過40%取代率的時候，我們發(fā)現(xiàn)在28d收縮值比天然砂的收縮率大一些。由此可見，再生砂的摻加對再生砂漿的體積穩(wěn)定性有不利的影響。再生砂的摻量在40%以下時，摻量的增加有利于優(yōu)化級配，從而提高砂漿密實度，所以收縮值的提高并不明顯，但超過40%后，級配隨摻量的增加越來越差，因而收縮值顯著提高。

3 結(jié)論

3.1 在保證再生砂漿稠度基本一致的條件下，再生砂漿的用水量比天然砂漿高，但是保水性較好，再生砂將具有較好的和易性。

3.2 廢舊粘土磚再生砂可以替代天然砂，再生砂替代天然砂對砂漿強(qiáng)度有一定的影響，一定的摻量對砂漿強(qiáng)度具有良好的效果，可以獲得良好的骨料級配，提高強(qiáng)度。

3.3 再生砂的不同替代率對再生砂漿的性能影響不是太大，不同取代率的再生砂漿的用水量不同，且取代率越大其用水量越大，但強(qiáng)度會有一定的變化。

參考文獻(xiàn)

[1] 王武祥.建筑垃圾的循環(huán)利用[J].中國建材，2005（8）23-27.

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[3] 蔡秀蘭.再生細(xì)集料混合砂漿配和比及物理性能試驗研究[D].鄭州大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010.

[4] 程海麗.廢舊磚在建筑砂漿中的應(yīng)用研究[J].北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005（3）89-93.

基金項目：陜西省大學(xué)生科技創(chuàng)新訓(xùn)練項目（1732）。

作者簡介：李文光，陜西理工學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院；指導(dǎo)教師：薛麗皎。

圖2 再生砂摻量對再生砂漿流動性的影響

2.3 再生砂對再生砂漿強(qiáng)度的影響

隨著再生砂摻量的增加，再生砂漿的強(qiáng)度先提高后下降，摻量40%時最高。從表3和圖3可以看出：在做成的砌體砂漿試塊中，摻量40%的再生砂漿試塊強(qiáng)度最大，其次為20%的再生砂漿試塊，100%摻量再生砂漿比天然砂漿略高，且用水量的增加對砂漿的強(qiáng)度并沒有影響。原因為：（1）廢舊粘土磚再生砂的細(xì)度模數(shù)是2.224和天然砂的細(xì)度模數(shù)2.6接近，按照天然砂粗細(xì)程度的判別標(biāo)準(zhǔn)，屬于中砂。并且再生砂和到天然砂的摻和，優(yōu)化了砂的顆粒級配，從而提高了再生砂漿的強(qiáng)度。（2）在再生砂漿中加入了一定量的粉煤灰填充了砂之間的孔隙，改善了再生砂漿的和易性，提高了再生砂漿的密實性，提高再生砂漿的強(qiáng)度。在摻量為40%時，再生砂和天然砂的顆粒級配達(dá)到了最優(yōu)化，粗顆粒的骨架作用得以充分發(fā)揮的同時，細(xì)顆粒的填充也達(dá)到了最大密實，強(qiáng)度最大。隨后如果摻量進(jìn)一步增大，粗細(xì)顆粒的比例發(fā)生變化，由骨架密實結(jié)構(gòu)向懸浮密實結(jié)構(gòu)變化，骨架作用被削弱，從而強(qiáng)度降低。（3）再生砂的吸水率較大，在進(jìn)行再生砂漿和配比設(shè)計和試驗時，只是加了再生砂因吸水率因素影響下的用水量，并沒有改變設(shè)計的水膠比，同時再生砂的壓碎指標(biāo)較小，其承受壓力作用的能力要高。在保證流動性基本一致的情況下，再生砂漿的用水量隨著再生砂漿摻量的增加和用水量增大對再生砂漿的強(qiáng)度并沒有影響。

圖3 再生砂摻量對再生砂漿保水性的影響

圖4 再生砂摻量對再生砂漿強(qiáng)度的影響

2.4 再生砂對再生砂漿收縮性的影響

在試驗過程中我們發(fā)現(xiàn)隨著再生砂替代率的增加，再生砂漿試塊有一定的收縮性，摻量在40%以下不太明顯，在超過40%取代率的時候，我們發(fā)現(xiàn)在28d收縮值比天然砂的收縮率大一些。由此可見，再生砂的摻加對再生砂漿的體積穩(wěn)定性有不利的影響。再生砂的摻量在40%以下時，摻量的增加有利于優(yōu)化級配，從而提高砂漿密實度，所以收縮值的提高并不明顯，但超過40%后，級配隨摻量的增加越來越差，因而收縮值顯著提高。

3 結(jié)論

3.1 在保證再生砂漿稠度基本一致的條件下，再生砂漿的用水量比天然砂漿高，但是保水性較好，再生砂將具有較好的和易性。

3.2 廢舊粘土磚再生砂可以替代天然砂，再生砂替代天然砂對砂漿強(qiáng)度有一定的影響，一定的摻量對砂漿強(qiáng)度具有良好的效果，可以獲得良好的骨料級配，提高強(qiáng)度。

3.3 再生砂的不同替代率對再生砂漿的性能影響不是太大，不同取代率的再生砂漿的用水量不同，且取代率越大其用水量越大，但強(qiáng)度會有一定的變化。

參考文獻(xiàn)

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[3] 蔡秀蘭.再生細(xì)集料混合砂漿配和比及物理性能試驗研究[D].鄭州大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010.

[4] 程海麗.廢舊磚在建筑砂漿中的應(yīng)用研究[J].北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005（3）89-93.

基金項目：陜西省大學(xué)生科技創(chuàng)新訓(xùn)練項目（1732）。

作者簡介：李文光，陜西理工學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院；指導(dǎo)教師：薛麗皎。