廢舊陶瓷再生混凝土力學性能試驗研究★

王東旭 何思瑤 蔣貴鑫 王 濱 劉 瑤

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

1 概述

隨著陶瓷工業的迅猛發展，陶瓷廢料越來增多。陶瓷廢棄物處理以堆積和填埋為主，造成了土地資源的巨大浪費和環境嚴重污染，應該高度重視對陶瓷廢料的再循環和利用。混凝土作為結構材料從20世紀～21世紀在全世界得到了廣泛使用，混凝土骨料的主要來源為天然砂石，過量的開采造成植被破壞、山體滑坡等一系列環境問題，尋找新材料作為混凝土原料可以有效解決可持續發展問題，取得環保效益。陶瓷廢料經過處理后替代天然骨料是非常有意義的，不但可以節省廢棄陶瓷的垃圾填埋成本，節約能源，保護環境；還可以替代原材料和自然資源來降低混凝土成本。有作者認為，建筑業成為更可持續發展行業的最佳途徑是利用其他行業的廢物作為建筑材料。因此，本文主要針對廢舊陶瓷再生細骨料混凝土的力學性能進行了研究。

2 材料和試驗

2.1 原材料準備

陶瓷廢料根據原料來源大體上可以分為兩類。一類是來自于石質陶瓷中產生的燃燒廢料，如地磚、墻磚、衛生潔具；一類是由陶瓷工廠產生的燃燒廢料，這些工廠使用紅色或者白色漿料來制造產品，例如屋頂瓦片和磚頭等。本文中的廢舊陶瓷來源于我市某建材市場上銷售、運輸過程中出現的地磚、墻磚以及衛生潔具的破碎品。經過收集、清洗、晾干后破碎，再經過篩分獲得陶瓷細骨料。陶瓷再生細骨料和天然砂物理特性如表1所示。

表1 陶瓷再生細骨料和天然砂物理特性對比

混凝土由膠凝材料、水和粗骨料、細骨料按照一定比例混合，經過適當條件養護后硬化形成的人工建筑材料。本文試驗中所采用的原材料為：水泥：P.O42.5級普通硅酸鹽水泥；水：普通自來水；細骨料：天然中砂；粗骨料：連續級配碎石，粒徑5 mm～20 mm。

2.2 試驗方法

混凝土的力學性能試驗參照GB/T 50081—2002普通混凝土力學性能試驗方法標準中的測試方法進行。抗壓強度試驗采用100 mm×100 mm×100 mm的立方體試件模制；抗折強度試驗采用100 mm×100 mm×400 mm的棱柱體試件模制，對澆筑好的試件在標準條件下養護7 d,28 d后測試其抗壓強度和抗折強度。

2.3 混凝土配合比設計

為了研究再生陶瓷細骨料對混凝土力學性能的影響，試驗配制了兩種不同混合比的混凝土。抗壓強度試驗混凝土強度等級取C30；抗折強度試驗混凝土強度等級取C40。再生陶瓷細骨料等質量替代天然砂，替代量分別為0%,30%,50%,70%，對應的試驗試件分別用C0,C30,C50,C70符號來表示。按JGJ 55—2000普通混凝土配合比設計規程規定的內容進行配合比設計。混凝土的具體配合比見表2。

表2 再生陶瓷細骨料混凝土配合比

3 試驗結果與分析

3.1 廢棄陶瓷再生細骨料與天然砂的物理特性比較

表1顯示了測試結果，不難看出再生陶瓷細骨料的表觀密度和堆積密度略有降低，與天然砂差別不大，而再生陶瓷細骨料的吸水率增加明顯，主要是廢舊的地磚、墻磚本身是片狀結構，破碎后棱角多，孔隙大所致。但各項性能指標均滿足JGJ 52—2006普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準的要求。

3.2 再生細骨料不同替代率對混凝土強度的影響

3.2.1抗壓強度結果分析

試驗結果如表3所示。隨著陶瓷再生細骨料替代天然砂的取代率增加，混凝土的7 d,28 d抗壓強度先降低后增加，但變化幅度不大，這種影響可以忽略。當陶瓷再生細骨料替代率為50%時，其7 d,28 d抗壓強度均達到最大，分別較普通混凝土提高了3.12%和2.72%。因此，用陶瓷再生細骨料代替天然砂的再生混凝土抗壓強度能達到工程上的使用要求，尤其是對早期強度有利。

3.2.2抗折強度結果分析

試驗結果如表4所示。隨著陶瓷再生細骨料替代天然砂的取代率增加，混凝土7 d,28 d的抗折強度呈遞減趨勢。分析其原因主要是瓷磚、衛生潔具等廢料的材質本身較脆，且在破碎過程中形成的針狀、片狀顆粒較多，表面粗糙不平滑，致使混凝土的抗折強度降低。

表3 不同齡期抗壓強度

表4 不同齡期抗折強度

4 結語

1)再生陶瓷細骨料的表觀密度和堆積密度較天然砂略有降低，但吸水率增加明顯。

2)隨著陶瓷再生細骨料替代率的增加，混凝土的7 d,28 d抗壓強度先降低后增大。當陶瓷再生細骨料替代率為50%時，其7 d,28 d抗壓強度均達到最大，分別較C0的抗壓強度提高了3.12%和2.72%。因此，將陶瓷廢料應用在混凝土原材料中，具有廣泛推廣價值。

3)隨著陶瓷再生細骨料替代率的增加，混凝土7 d,28 d的抗折強度呈遞減趨勢。