再生細(xì)骨料摻量對纖維地質(zhì)聚合物力學(xué)性能的影響★

董家豪 夏松林 鄭世鵬 李珍淑

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002)

0 引言

近年來隨著吉林省工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的發(fā)展，每年產(chǎn)生的粉煤灰和爐渣等工業(yè)固體廢料超過4 000萬t，貯存的工業(yè)固體廢料已超過1.8億t[1]，產(chǎn)生的建筑垃圾約7 000萬t，大部分建筑垃圾以填埋或露天堆放的形式處理，建筑垃圾的開發(fā)再利用率較低，而吉林省對天然砂石的年需求量約為9 500萬t[2]，將廢棄混凝土破碎成再生骨料可減少天然骨料的消耗。目前國內(nèi)對再生粗骨料的應(yīng)用研究較多，而對再生細(xì)骨料的應(yīng)用研究較少[3,4]，特別是再生細(xì)骨料對纖維地質(zhì)聚合物影響的研究極少。為更好利用本省建筑垃圾資源，本試驗(yàn)在堿性激發(fā)劑條件下，以礦渣和粉煤灰為原材料制備地質(zhì)聚合物，利用混雜纖維增加地質(zhì)聚合物韌性并抑制聚合物的干縮，探究再生細(xì)骨料摻量對纖維地質(zhì)聚合物稠度和力學(xué)性能的影響。

1 試驗(yàn)方案與原材料

1.1 原材料

水:延吉市飲用自來水。

粉煤灰：選用延吉本地生產(chǎn)的Ⅰ級粉煤灰。

礦渣：選用河北靈壽潤發(fā)礦銷售的S95級粒化高爐礦渣微粉。

天然砂:選用本地河沙，Mx=2.7，級配良好。

再生細(xì)骨料：選用延邊大學(xué)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室廢棄混凝土破碎而成，并篩選出0.16 mm～4.75 mm粒徑的細(xì)骨料，Mx=4.7，級配差。

圖1為級配曲線圖，雙實(shí)線為再生細(xì)骨料級配曲線，點(diǎn)線為天然砂級配曲線。

纖維：聚丙烯腈(PAN)和聚丙烯(PP)纖維均為廊坊德凱保溫材料銷售有限公司生產(chǎn)，長度分別為12 mm和19 mm。

激發(fā)劑：NaOH和KOH試劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96%，86%。

減水劑：延吉方正建筑有限公司的聚羧酸減水劑，減水率為20%。

生石灰：汪清縣大興溝鎮(zhèn)廟嶺白灰廠生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)采用0%,25%,50%,75%,100%5個(gè)再生細(xì)骨料摻率，并加入1 kg/m3的聚丙烯纖維和0.9 kg/m3的聚丙烯腈纖維，用礦渣、粉煤灰按1∶1比例制備地質(zhì)聚合物，用加入減水劑、NaOH和KOH的水溶液作為堿性激發(fā)劑溶液，配合比見表1。

表1 配合比設(shè)計(jì) kg/m3

1.3 試驗(yàn)方法

利用水泥膠砂攪拌機(jī)將地質(zhì)聚合物、生石灰和纖維干拌后加入堿性激發(fā)劑溶液，借鑒GB/T 17671—1999水泥膠砂強(qiáng)度檢測方法(ISO 法)制備地質(zhì)聚合物試件(40 mm×40 mm×160 mm)并檢測力學(xué)性能，采用JGJ/T 70—2009建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)檢測稠度。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 抗折強(qiáng)度結(jié)果與分析

圖2為不同再生細(xì)骨料取代率時(shí)，3 d,7 d和28 d纖維地質(zhì)聚合物的抗折強(qiáng)度。隨再生細(xì)骨料取代率的增長，抗折強(qiáng)度逐漸上升，當(dāng)再生細(xì)骨料取代率為100%時(shí)，抗折強(qiáng)度在3 d,7 d和28 d分別達(dá)到最高值6.78 MPa,7.6 MPa和8.28 MPa，相對于未加再生細(xì)骨料的R0組在各齡期抗折強(qiáng)度分別提高了33.7%,35.5%,16.6%。當(dāng)再生細(xì)骨料摻量為50%,75%和100%時(shí)，纖維地質(zhì)聚合物7 d抗折強(qiáng)度都能夠達(dá)到R0組和R25組28 d的抗折強(qiáng)度。分析原因，經(jīng)破碎得到的再生細(xì)骨料相對天然細(xì)骨料表面更加粗糙，棱角更加明顯，使再生細(xì)骨料與地質(zhì)聚合物的界面結(jié)合更加優(yōu)良，一定限度的彌補(bǔ)了再生細(xì)骨料因破碎造成的低強(qiáng)度對地質(zhì)聚合物的影響；再生細(xì)骨料粗糙的表面也有利于促進(jìn)骨料與纖維界面粘結(jié)力和機(jī)械咬合力的增強(qiáng)，減少因粘結(jié)力和機(jī)械咬合力較低而造成的纖維抽拉破壞，更好發(fā)揮纖維的韌性。

2.2 抗壓強(qiáng)度結(jié)果與分析

圖3是再生細(xì)骨料取代率不同時(shí)，3 d,7 d和28 d纖維地質(zhì)聚合物的抗壓強(qiáng)度。在各齡期，隨著再生細(xì)骨料摻量增加，地質(zhì)聚合物的強(qiáng)度呈上升趨勢，當(dāng)再生細(xì)骨料摻量為100%時(shí)，抗壓強(qiáng)度在3 d,7 d,28 d分別達(dá)到最高值41.46 MPa,50.28 MPa和51.85 MPa，相比沒摻再生砂的R0組分別提高了56%,52%,29%；當(dāng)再生細(xì)骨料摻量為75%和100%時(shí)，纖維地質(zhì)聚合物3 d強(qiáng)度能夠達(dá)到或超過再生細(xì)骨料摻量為0%時(shí)R0組28 d的強(qiáng)度，當(dāng)再生細(xì)骨料摻量為50%,75%和100%時(shí)，纖維地質(zhì)聚合物7 d強(qiáng)度都能夠超過R0組28 d的強(qiáng)度，且隨再生細(xì)骨料摻量的增加增幅越大。這表明再生細(xì)骨料的加入能有效提升纖維地質(zhì)聚合物各齡期抗壓強(qiáng)度，特別是能夠顯著提升早期抗壓強(qiáng)度。分析原因，再生細(xì)骨料吸水率比天然砂高，隨再生細(xì)骨料摻量的增大，拌合物中的水分減少，相當(dāng)水膠比逐漸下降，促進(jìn)了地質(zhì)聚合物強(qiáng)度的增長；再生細(xì)骨料表面粗糙，聚丙烯腈和聚丙烯纖維的粘附性很好，隨再生細(xì)骨料摻量的增多，界面粘結(jié)強(qiáng)度逐步提高，進(jìn)而提高了纖維對地質(zhì)聚合物的增強(qiáng)效應(yīng)，促進(jìn)了纖維地質(zhì)聚合物的強(qiáng)度。

2.3 稠度

圖4為不同再生細(xì)骨料取代率時(shí)，纖維再生地質(zhì)聚合物的稠度。在再生細(xì)骨料摻量為25%,50%,75%時(shí)相比未摻再生砂的纖維地質(zhì)聚合物R0組會提高稠度，稠度值能達(dá)到82 mm,72 mm,78 mm，當(dāng)再生砂摻量為100%時(shí)，稠度值低于R0組，驟降至25 mm。

3 結(jié)語

1)纖維地質(zhì)聚合物的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度隨再生砂摻量的增加而提高。再生砂摻量為100%時(shí)，28 d抗壓、抗折強(qiáng)度分別達(dá)到最大值51.85 MPa，8.28 MPa，相比沒摻再生砂的R0組提升29%和16.6%。2)纖維地質(zhì)聚合物早期強(qiáng)度隨再生砂摻量的增加顯著提高。再生砂摻量75%和100%時(shí)3 d強(qiáng)度達(dá)到或超過R0組28 d強(qiáng)度。3)再生細(xì)骨料摻量在25%，50%，75%時(shí)會提高稠度，纖維地質(zhì)聚合物稠度能達(dá)到70 mm以上，摻量達(dá)到100%時(shí)稠度相比R0組驟降。