陶瓷再生粗骨料混凝土力學性能研究*

王東旭 蔣貴鑫 何思瑤 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

在陶瓷工業中，生產和運輸陶瓷過程產生了大量廢棄物，衛生陶瓷廢物屬于不可生物降解的工業廢棄物。為了減少對陶瓷垃圾填埋場的需求和成本，降低陶瓷廢物對環境的不利影響，陶瓷廢物的回收利用是一個亟待解決的問題。另外，建筑行業需要新的骨料來源，因為傳統的骨料來源主要為天然砂石，過量的開采已經造成植被破壞、山體滑坡等一系列環境問題。因此，為了保護環境、節省能源，在砂漿和混凝土中可以利用陶瓷廢料作為粗骨料使用。本文主要針對廢舊陶瓷再生粗骨料混凝土的力學性能進行了研究。

2 試驗原材料和方法

2.1 原材料準備

本試驗中所采用的水泥為P.O42.5級普通硅酸鹽水泥；細骨料為天然中砂，連續級配，細度模數2.67；粗骨料包括天然碎石骨料和廢陶瓷再生粗骨料；粒徑范圍5 mm～20 mm；水為實驗室的自來水。

陶瓷廢料來源不同，用其制備的再生粗骨料基本性能也不同。本研究使用的再生粗骨料是由我市某建材市場銷售的陶瓷制品在運輸過程中出現破損而丟棄的陶瓷廢料制備而成。將收集好的破碎陶瓷用顎式破碎機破碎，再經過篩分獲得級配良好的陶瓷粗骨料。陶瓷再生粗骨料與天然碎石相比，它們的一些基本特性存在差異：如顆粒級配、密度、吸水率、壓碎指標等方面，因此需要對其基本性能進行試驗研究。陶瓷再生粗骨料和天然碎石基本特性如表1所示。

表1 天然碎石和陶瓷再生粗骨料基本特性

2.2 試驗方法

再生陶瓷粗骨料是將損壞、破舊的瓷磚經清洗、破碎、除雜、篩分、分級后制備獲得，廢棄陶瓷再生骨料各項性能指標均參照JGJ 52—2006普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準的要求進行測定；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；抗折強度試驗采用100 mm×100 mm×400 mm的棱柱體試件，對澆筑好的試件在溫度20 ℃±2 ℃、相對濕度95%以上的標準條件下養護3 d,28 d后測試其抗壓強度和抗折強度，強度值為三個試樣測試的算術平均值。

2.3 混凝土配合比

目前沒有明確的規范對再生混凝土配合比設計進行規定，故本研究參照JGJ 55—2011普通混凝土配合比設計規程規定的內容進行配合比設計。混凝土強度等級取C30，再生陶瓷粗骨料按等質量替代天然碎石，替代率分別為0%,30%,50%,70%，對應的試驗試件分別用CA0,CA30,CA50,CA70符號來表示。混凝土的具體配合比如表2所示。

表2 再生陶瓷粗骨料混凝土配合比

3 試驗結果與對比分析

3.1 抗壓強度結果分析

表3給出了抗壓強度的測試結果。隨著陶瓷再生粗骨料替代率的增加，混凝土3 d和28 d的抗壓強度都是先降低后增加，變化幅度不大。當替代率為30%時抗壓強度達到最低，3 d和28 d抗壓強度分別較普通混凝土降低了3.3%和3.9%；當替代率為70%時抗壓強度達到最大，分別提高了6.5%和5.1%。因此，用陶瓷再生粗骨料代替天然碎石對再生混凝土的抗壓強度有利。

表3 不同齡期抗壓強度

3.2 抗折強度結果分析

表4給出了抗折強度的測試結果。隨著陶瓷再生粗骨料替代率的增加，混凝土3 d和28 d的抗折強度相對普通混凝土的抗折強度逐漸減小。究其原因為抗折強度測試的破壞形式為脆性破壞，而陶瓷廢料的材質本身較脆，壓碎指標大于天然碎石，且在破碎過程中形成的扁平狀的不規則顆粒較多，表面粗糙不平，因此影響了混凝土的抗折強度發展。

表4 不同齡期抗折強度

4 結語

本文研究了陶瓷廢料作為粗骨料替代天然碎石對再生混凝土力學強度的影響。用廢棄陶瓷粗骨料替代天然碎石來制備混凝土是可行的。

1)再生陶瓷粗骨料性能與天然碎石相比存在一定差異，但性能均能滿足規范要求；其表觀密度和堆積密度較天然碎石低，但吸水率和壓碎指標較高。

2)隨著陶瓷再生粗骨料替代率的增加，混凝土3 d,28 d抗壓強度先降低后增大。當陶瓷再生粗骨料替代率為70%時，其3 d,28 d抗壓強度均達到最大，分別較普通混凝土的抗壓強度提高了6.5%和5.1%。

3)隨著陶瓷再生粗骨料替代率的增加，混凝土3 d,28 d的抗折強度逐漸減小。