路用BSF復(fù)合粉體材料的性能影響分析

郝軍莉 毛薛東

(中交第三公路工程局有限公司，北京 100124)

·建筑材料及應(yīng)用·

路用BSF復(fù)合粉體材料的性能影響分析

郝軍莉 毛薛東

(中交第三公路工程局有限公司，北京 100124)

為研究路用BSF復(fù)合粉體材料的最佳摻量，探討了摻加不同種類的改性劑對(duì)其性能的影響，并通過(guò)力學(xué)性能、收縮性能試驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)性比較分析，確定采用磚粉∶礦渣微粉∶粉煤灰為2∶2∶1的比例作為復(fù)合粉體材料的基準(zhǔn)配比，再摻入少量g1改性劑。

BSF復(fù)合粉體材料，力學(xué)性能，收縮性能，砂漿試塊

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，我國(guó)建筑垃圾的產(chǎn)生量已占到城市垃圾很大的一部分。而現(xiàn)在拆除的建筑物多為磚混結(jié)構(gòu)建筑。在拆除這些建筑物所產(chǎn)生的建筑垃圾中廢棄粘土磚量很大，將這些廢棄粘土磚作為道路基層材料是道路建設(shè)資源化利用的一大熱點(diǎn)方向[1,2]。BSF復(fù)合粉體材料的力學(xué)性能和收縮性能是路用基層材料關(guān)心的兩大性能[3，4]，本文圍繞著B(niǎo)SF復(fù)合粉體材料的力學(xué)性能和收縮性能來(lái)探究各材料的最佳組合。由相關(guān)研究可知，廢棄磚粉在磨細(xì)后是具有一定活性的，可作為膠凝材料的摻合料使用。雖然其相比常用的粉煤灰，礦渣微粉等混合材料，活性較低，但廢磚粉的制備成本較低，而且廢棄磚粉的再利用又可以解決建筑垃圾的再生問(wèn)題。為了減少道路水穩(wěn)基層、公路小型預(yù)制構(gòu)件和混凝土路面的制作成本，而且不降低其使用性能。本研究擬在廢磚粉中再添加一些活性高的其他工業(yè)廢渣，試配出一種適用于公路工程的復(fù)合粉體材料。綜合考慮活性，成本和取材方便等因素，擬利用粉煤灰和礦渣粉配合廢磚粉，試配復(fù)合粉體材料。

1 力學(xué)試驗(yàn)方案與試驗(yàn)結(jié)果

將廢磚粉、礦渣微粉和粉煤灰按不同配比替代水泥，按照標(biāo)準(zhǔn)方法制成砂漿試塊，測(cè)量砂漿試塊的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和早期體積穩(wěn)定性，綜合力學(xué)性能、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)確定復(fù)合粉體材料的配比方案。具體配料方案如表1所示。選用廢磚粉作為配制復(fù)合粉體材料的磚粉原料。

表1 復(fù)合粉體材料試配方案

在上述14種方案中，S1和S2是對(duì)照組實(shí)驗(yàn)。測(cè)試每組配比試樣的7 d和28 d的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。具體試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 用廢磚粉試配路用復(fù)合粉體材料的力學(xué)性能 MPa

由表2可以看出，隨磚粉摻量的增加，砂漿的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度都隨之降低。但在20%的摻量?jī)?nèi)，抗壓強(qiáng)度都不低于基準(zhǔn)的水泥砂漿試塊。由S3和S5可以看出，粉煤灰的摻入可以提高抗折強(qiáng)度，對(duì)抗壓強(qiáng)度有一定的損失，但與S6對(duì)比可以看出，在S5的基礎(chǔ)上，單獨(dú)增加粉煤灰的摻量對(duì)砂漿的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均有一定程度上的損失。從S3和S7可以看出，礦渣微粉的摻入可以提高磚粉砂漿的抗壓強(qiáng)度，但抗折強(qiáng)度相對(duì)基準(zhǔn)組損失較多，從S7和S8可以看出，礦渣摻量的增加，對(duì)體系的強(qiáng)度并沒(méi)有影響。所以，廢磚粉，礦渣粉和粉煤灰可以在強(qiáng)度體系中分別起到各自的作用，從S11和S12可以看出，三者的共同摻入不僅沒(méi)有使抗折強(qiáng)度有很大的損失，而且抗壓強(qiáng)度提高了大約10%。而且礦渣的摻入量提高到20%，不僅降低了整體砂漿的水泥使用量，而且使抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度都得到了提高。從替代量和強(qiáng)度的表現(xiàn)來(lái)看，S12是最佳配比組合。

2 磚粉細(xì)度對(duì)復(fù)合粉體材料性能的影響

表3 用磨細(xì)廢磚粉試配

上述試配材料中磚粉的比表面積為113 m2/kg，相對(duì)粉煤灰和礦渣微粉，磚粉的粒度較粗，為了進(jìn)一步提高復(fù)合粉體材料的性能，將磚粉進(jìn)一步磨細(xì)至比表面積為415 m2/kg，選取表2中力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果較好的S3，S5，S9，S11和S12配比方案，再次進(jìn)行砂漿試塊的力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

從表3看出，S3，S11和S12試驗(yàn)結(jié)果更好。細(xì)磨磚粉與粗磨磚粉砂漿試塊的力學(xué)性能對(duì)比結(jié)果如圖1，圖2所示。

由圖1可以看出，將磚粉進(jìn)一步磨細(xì)會(huì)使試塊的早期抗壓強(qiáng)度較磨細(xì)之前增加10%左右，28 d強(qiáng)度略有提高，S12配比有所降低，但抗壓強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)組。3種配比的28 d強(qiáng)度基本相同。圖2的試驗(yàn)結(jié)果顯示，磚粉磨細(xì)后對(duì)抗折強(qiáng)度的提高比較明顯，3種最好的配比中，S12的28 d抗折強(qiáng)度最高，S3的7 d抗折強(qiáng)度最高。但S12的摻合料替代量最高，綜合而言其抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的表現(xiàn)也最好。

3 復(fù)合粉體材料對(duì)砂漿試塊早期收縮性能的影響

現(xiàn)行的水泥混凝土路面，耐久性不高，易發(fā)生各種病害的主要原因是抗折強(qiáng)度低和后期收縮較大，使路面產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫，所以復(fù)合粉體材料的摻加不僅要改善水泥混凝土的抗折強(qiáng)度，還不能惡化水泥混凝土的收縮。選強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果最好的S3，S11和S12三組配比進(jìn)行收縮性試驗(yàn)，以期通過(guò)收縮性能從這三組力學(xué)性能指標(biāo)相當(dāng)?shù)呐浔戎羞x出一組最佳配比來(lái)。依據(jù)GB/T 29417—2012水泥砂漿和混凝土干燥收縮、開(kāi)裂性能試驗(yàn)方法，測(cè)試S3，S11，S12三組配合比砂漿試樣的收縮值，結(jié)果如圖3所示。

從圖3中可以看出，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，砂漿的收縮率都隨之增加，而且早期的收縮率增長(zhǎng)較快，隨著水泥水化的趨于完全，砂漿的收縮率趨于平穩(wěn)。S3和S12的收縮率和基準(zhǔn)組基本相同，S3的收縮率小于S1，說(shuō)明磨細(xì)磚粉并不會(huì)導(dǎo)致收縮率的增加。由S12和S3試樣的結(jié)果可知，摻合料的增加會(huì)導(dǎo)致收縮率的增加，但S11和S12的結(jié)果顯示，摻入適量的摻合料可以減小收縮率。所以就收縮率結(jié)果而言，S3是最佳配比，但綜合考慮經(jīng)濟(jì)性，由于S12相比S3的收縮率并沒(méi)有增長(zhǎng)很多，且S12配比的水泥替代率更高，更適合工程中應(yīng)用。故最終確定優(yōu)選配比方案為S12。

4 復(fù)合粉體材料的改性

為了進(jìn)一步改進(jìn)復(fù)合粉體材料的性能，選用兩種改性劑g1，g2以同樣的微量比例摻入S12配比的復(fù)合粉體材料中，制成標(biāo)準(zhǔn)砂漿試塊，進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。

表4 在復(fù)合粉體材料中添加改性劑后砂漿試樣的力學(xué)性能 MPa

從表4的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，g1改性劑對(duì)復(fù)合粉體材料的力學(xué)性能改善結(jié)果較好，7 d和28 d的抗壓和抗折強(qiáng)度均較未添加改性劑前有所提高。

綜上試驗(yàn)結(jié)果，選定S12+g1為最終的復(fù)合粉體材料配料方案。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文研究，得出以下結(jié)論：1)S12的摻合料替代量最高，綜合而言其抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的表現(xiàn)也最好。2)g1改性劑對(duì)復(fù)合粉體材料的力學(xué)性能改善結(jié)果較好，7 d和28 d的抗壓和抗折強(qiáng)度均較未添加改性劑前有所提高。3)基于力學(xué)性能、收縮性能試驗(yàn)結(jié)果和經(jīng)濟(jì)性考慮，確定采用S12+g1配料方案配制復(fù)合粉體材料，即以磚粉∶礦渣微粉∶粉煤灰=2∶2∶1的比例作為復(fù)合粉體材料的基準(zhǔn)配比，再摻入少量g1改性劑。鑒于該種復(fù)合粉體材料是由建筑垃圾廢磚粉(Brick)、礦渣微粉(Slag)和粉煤灰(Fly ash)為主要成分經(jīng)改性復(fù)配而成，將該種材料命名為BSF復(fù)合粉體材料。

[1] 周文娟，陳家瓏，路宏波.我國(guó)建筑垃圾資源化現(xiàn)狀及對(duì)策[J].建筑技術(shù)，2009(8)：741-744.

[2] 王 雪，孫可偉.廢磚資源化綜合利用研究[J].中國(guó)資源綜合利用，2008(4)：34-35.

[3] 李 輝，陳裕佳，張 浩，等.用BSF復(fù)合礦物摻合料配制C35路面混凝土的收縮性能研究[J].硅酸鹽通報(bào)，2016，35(9)：3001-3006.

[4] 李 輝，謝 松，陳裕佳，等.BSF復(fù)合礦物摻合料對(duì)路面混凝土力學(xué)性能的影響[J].硅酸鹽通報(bào)，2016，35(9)：3014-3019.

Analysis on the performance of BSF composite powder materials for road use

Hao Junli Mao Xuedong

(CCCCThirdHighwayEngineeringCo.,Ltd,Beijing100124,China)

In order to study the optimum content of BSF composite powder, and the influence of different kinds of modifiers on the properties of the composite powder. In this paper, through comparative analysis of mechanical properties, shrinkage performance test and economy cost, to determine the preparation of composite powder materials, with brick powder, slag powder, fly ash=2∶2∶1 as a benchmark ratio of the composite powder materials, and then mix in a small amount of g1 modifier.

BSF composite powder materials, mechanical property, shrinkage performance, mortar block

1009-6825(2017)01-0127-02

2016-10-26

郝軍莉(1974- )，女，工程師； 毛薛東(1970- )，男，工程師

U214.1

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