建筑垃圾再生砂制備砂漿最佳摻量比的試驗(yàn)研究

黃獻(xiàn)文　徐洪俊　黃佳鈺　安瑞　雙元　權(quán)奧運(yùn)

摘要：針對(duì)建筑垃圾再生砂取代普通砂制備砂漿最佳摻量的問(wèn)題，通過(guò)控制再生砂細(xì)度模數(shù)及其級(jí)配的方法，得出了建筑垃圾的細(xì)度模數(shù)在2.17～2.84范圍內(nèi)，天然砂的細(xì)度模數(shù)在2.21～2.61范圍內(nèi)，再生砂對(duì)普通砂最佳取代率范圍為60%～70%的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：建筑垃圾；再生砂；砂漿；摻量；抗壓強(qiáng)度；保水率

隨著我國(guó)建筑業(yè)的高速發(fā)展，大量拆除建筑物產(chǎn)生了巨量的混凝土建筑垃圾。據(jù)相關(guān)文檔記載，2010年國(guó)內(nèi)建筑垃圾堆放總量已達(dá)70億t。建筑垃圾的處理問(wèn)題日益突出。建筑垃圾中廢棄混凝土的比例最高，往往達(dá)到50%以上，而且隨著現(xiàn)今建筑結(jié)構(gòu)的改變，其含量還在不斷的提高。對(duì)廢棄的混凝土進(jìn)行破碎、篩分、再利用可以節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境。再生砂有粉塵多、空隙大、耗水多、產(chǎn)品質(zhì)量不均勻等缺陷，但其較普通砂也有一定優(yōu)勢(shì)，例如：顆粒形狀較好，多棱角、級(jí)配可以人為控制等。

本試驗(yàn)砂漿配合比計(jì)算按照《砌筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ/T-98-2010）計(jì)算，控制沉入度在70左右。通過(guò)改變?cè)偕暗募?xì)度模數(shù)和對(duì)普通砂取代量的方法來(lái)進(jìn)行對(duì)比研究。按照《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T-70-2009），檢驗(yàn)所配制砂漿的保水率等性能是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。最后通過(guò)對(duì)強(qiáng)度的對(duì)比和離散性分析，判定出強(qiáng)度性能較好的建筑垃圾細(xì)度模數(shù)及其對(duì)應(yīng)的取代率，并對(duì)其原因進(jìn)行合理的推測(cè)和探究。

1.試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)材料

1.1.1水泥：本試驗(yàn)所用水泥為32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。

1.1.2纖維素醚：選用特高粘度20000粘度的羥丙基甲基纖維素醚。

1.1.3膨潤(rùn)土：選自上海某公司生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土。

1.1.4建筑垃圾：鎮(zhèn)江市建筑科學(xué)研究院生產(chǎn)的建筑垃圾，其級(jí)配見(jiàn)圖1，細(xì)度模數(shù)在2.17-2.84的范圍內(nèi)，粉料含量低于43%。

1.1.5砂：天然砂，含泥量6.5%，堆積密度1480kg/m3，級(jí)配曲線見(jiàn)圖1。

1.1.6水：自來(lái)水。

1.2試驗(yàn)儀器

1.2.1 1ACE-201型水泥膠砂試驗(yàn)機(jī)

1.2.2沉入度測(cè)定儀

1.2.3保水率測(cè)定儀

2.試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)方法

控制砂漿的沉入度在70左右，將3種不同組分的建筑垃圾按照不同的取代率取代為砂。基準(zhǔn)配合比設(shè)計(jì)為：水泥280kg、砂1480kg、水320kg（按照實(shí)際需要添加）設(shè)計(jì)強(qiáng)度7.5Mp。具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)配合比見(jiàn)表1。

2.2試塊的制備與測(cè)試

先將準(zhǔn)確稱(chēng)量的各種物料均勻混合，然后參照GB/T17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》，加入拌合2/3水?dāng)嚢瑁鹊退傩D(zhuǎn)60s，后高速旋轉(zhuǎn)30s，測(cè)量其沉入度，如果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，則制成40mm×40mm×160mm試塊；如果不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求則重復(fù)加水?dāng)嚢瑁绻僮鲿r(shí)間超過(guò)5min，則重新稱(chēng)料試驗(yàn)。參照J(rèn)GJ70-2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》成型養(yǎng)護(hù)28d，分別測(cè)定試塊的抗壓強(qiáng)度及保水率。

3.試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1建筑垃圾再生砂細(xì)度模數(shù)對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響

通過(guò)對(duì)試塊進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，將試驗(yàn)結(jié)果繪制成圖2。

對(duì)圖2折線分析，發(fā)現(xiàn)：

3.1.1對(duì)于折線c，取代量在0%-40%的區(qū)間內(nèi)，砂漿的強(qiáng)度隨著再生砂取代量的提高而提高；在區(qū)間40%-80%內(nèi)，取代量的變化對(duì)砂漿的強(qiáng)度影響不大；摻有再生砂的砂漿強(qiáng)度明顯遠(yuǎn)高于普通砂漿。故利用較細(xì)的再生砂取代普通砂對(duì)提高砂漿的強(qiáng)度效果很好，且隨著再生砂摻量的提高，砂漿強(qiáng)度基本呈現(xiàn)出穩(wěn)定的趨勢(shì)。

3.1.2對(duì)于折線B，取代量在0%-40%、60%-80%的范圍內(nèi)，砂漿的強(qiáng)度隨著再生砂取代量的提高而提高；在40%-60%的范圍內(nèi)，取代量對(duì)砂漿的強(qiáng)度影響不大；且摻有再生砂的砂漿強(qiáng)度高于普通砂漿。故利用細(xì)度模數(shù)較接近的再生砂取代普通砂對(duì)砂漿的強(qiáng)度增加效果較好，并且隨著摻量的提高，砂漿的強(qiáng)度也基本呈現(xiàn)出提高的趨勢(shì)。

3.1.3對(duì)于折線A，取代量在0%-40%、60%-80%的范圍內(nèi)，砂漿的強(qiáng)度隨著再生砂取代量的提高而減小；在40%-60%的范圍內(nèi)，取代量對(duì)砂漿的強(qiáng)度影響不大；且摻有再生砂的砂漿強(qiáng)度低于普通砂漿。故利用較粗的再生砂取代高細(xì)度模數(shù)的普通砂會(huì)對(duì)砂漿的強(qiáng)度造成削減作用，并且隨著摻量的提高，削減作用會(huì)越來(lái)越明顯。

3.1.4對(duì)比再生砂在不同摻量下的強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)40%、50%、80%的強(qiáng)度變化值較大；60%的強(qiáng)度變化值較小；0%的變化最小。根據(jù)試驗(yàn)研究的目的分析，摻量在60%-80%的區(qū)間內(nèi)，再生砂的細(xì)度模數(shù)對(duì)砂漿的強(qiáng)度影響最小，由此判斷，在一定的級(jí)配范圍內(nèi)（圖2），再生砂的最佳摻量在60%-80%的區(qū)間內(nèi)。

3.1.5綜合折線A、B、C發(fā)現(xiàn)，細(xì)度模數(shù)小的再生砂取代普通砂可以明顯的提高砂漿的強(qiáng)度，結(jié)合砂漿強(qiáng)度的形成機(jī)理，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行合理分析。

通過(guò)研究《砌筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ/T-98-2010），由其中的配合比設(shè)計(jì)思路不難發(fā)現(xiàn)，骨料在砂漿起骨架的作用，水泥等膠凝材料起填充骨料之間空隙和提供骨料間粘結(jié)力的作用。結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)分析，骨料的密實(shí)與否，膠凝材料粘結(jié)面的強(qiáng)度高低都將直接影響到砂漿的強(qiáng)度。

破碎后的再生砂含有大量的粉塵，這些粉塵大都是惰性，不參與砂漿強(qiáng)度的形成。大量的惰性粉塵隨著膠凝材料一起填充骨料的間隙。當(dāng)骨料的總體細(xì)度模數(shù)較大，即骨料較粗時(shí)，說(shuō)明骨料總的比表面積較小，也就是水泥與骨料的交界面面積小，當(dāng)大量的粉塵混合在水泥等膠凝材料之中時(shí)，由于粉塵無(wú)法提供給交界面強(qiáng)度，所以交界面會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度弱化現(xiàn)象。又考慮到普通砂漿的強(qiáng)度大都取決于骨料與膠凝材料的交界面，所以交界面強(qiáng)度的降低必然導(dǎo)致砂漿整體強(qiáng)度的降低。因此，低細(xì)度模數(shù)的建筑垃圾通過(guò)增大比表面積，從而增加交界面總面積的方式來(lái)提高交界面的強(qiáng)度。交界面強(qiáng)度的提高必然增加了砂漿整體的強(qiáng)度。

3.2建筑垃圾摻量對(duì)砂漿保水性的影響

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，將各個(gè)強(qiáng)度下的砂漿保水率性能測(cè)試結(jié)果匯總到圖3。

綜合3條曲線可知，3種不同細(xì)度模數(shù)的再生砂在摻量為60%時(shí)保水率較好。砂漿保水率的好壞是一個(gè)綜合性的結(jié)果，其影響因素眾多，如骨料級(jí)配的好壞，顆粒形狀，膠凝材料的種類(lèi)及用量等。結(jié)合文章論述特點(diǎn)，就再生砂的性能進(jìn)行合理的推理。

破碎的再生砂未經(jīng)過(guò)風(fēng)選和水選去粉，所以砂漿中惰性粉料隨著再生砂摻量的提高而提高。再生砂低摻量時(shí)，由于砂漿中的膠凝材料用量過(guò)少，無(wú)法填充骨料間隙可能出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，即保水率不足；在高摻量時(shí)，由于其是惰性材料，并不能與水反應(yīng)，容易失水，所以會(huì)出現(xiàn)保水率不足的情況；只有在合適的膠凝材料與粉料的情況下，砂漿才能保持良好的保水性。

4.結(jié)語(yǔ)

建筑垃圾再生砂細(xì)度模數(shù)在2.17-2.84范圍，普通砂細(xì)度模數(shù)在2.21-2.61的范圍內(nèi)，細(xì)度模數(shù)較小的建筑垃圾再生砂取代普通砂是可行的，制成的混合砂漿強(qiáng)度高于普通砂漿。

在一定的級(jí)配曲線內(nèi)，再生砂取代普通砂的最佳取代率范圍為60%-80%。

在建筑垃圾再生砂含粉率低于36%時(shí)，為保持砂漿的最佳保水性，再生砂的最佳取代率范圍為60%～70%。