再生磚粉摻量對混凝土性能的影響

李博成

（中國路橋工程有限責(zé)任公司，北京 100010）

引言

隨著我國城鎮(zhèn)化進程的加快，大量廢舊建筑物被拆除，產(chǎn)生了大量的固體廢棄物。據(jù)統(tǒng)計，我國建筑固體廢棄物在2017年的總量已經(jīng)達到了3.26億噸，其中廢黏土磚約占建筑固體廢棄物總量的50%[1]。目前，針對建筑廢磚的再生利用主要集中在填筑路基以及作為再生骨料和輔助膠凝材料。但已有研究表明，由于再生磚骨料的孔隙率大、吸水率高、強度低，其作為再生骨料應(yīng)用于混凝土中會導(dǎo)致再生混凝土強度低、耐久性差，從而導(dǎo)致磚骨料的再生利用率低，限制了其大規(guī)模應(yīng)用[2]。

黏土磚是利用富含硅、鋁相的黏土經(jīng)過高溫煅燒制得的，將其磨細制備的磚粉可作為輔助膠凝材料。研究結(jié)果顯示，再生磚粉中的SiO2、Fe2O3和Al2O3的總含量超過70%[3-4]。薛翠真等[4]測試了再生磚粉中的活性物質(zhì)含量，認為再生磚粉具有一定的火山灰活性。ZHAO等[5]發(fā)現(xiàn)可以通過延長研磨時間提高再生磚粉的火山灰活性，并將再生磚粉火山灰活性的提高歸因于其比表面積的增加。在此基礎(chǔ)上，將磨細的再生磚粉加入到混凝土中，研究在不同磚粉摻量條件下再生混凝土的工作性能和力學(xué)性能變化規(guī)律。

1 原材料與測試方法

1.1 原材料

（1）水泥：P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，其表觀密度及比表面積分別為3.2 g/cm3、371 m2/kg，技術(shù)指標見表1。（2）粗集料：粒徑為4.75～19 mm的連續(xù)級配碎石；細集料：普通河砂，細度模數(shù)為2.5。（3）水：普通飲用水。（4）減水劑：聚羧酸減水劑，減水率為25%。（5）磚粉：表觀密度和比表面積分別為2.8 g/cm3、436 m2/kg，化學(xué)組成見表2。

表1 水泥技術(shù)指標

表2 再生磚粉化學(xué)組成

1.2 配合比設(shè)計

試驗用C40混凝土的基準配合比為m水泥∶m水∶m砂∶ m石=1∶0.38∶1.5∶2.4，水灰比為0.38，砂率為0.36，聚羧酸減水劑的用量為2.5 kg/m3。在基準配合比的基礎(chǔ)上，改變再生磚粉取代水泥比例（5%、10%、15%、20%、30%、40%），混凝土試件配合比見表3。

表3 C40混凝土配合比設(shè)計

1.3 測試方法

新拌混凝土的坍落度測試參考《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T 50080—2016），硬化混凝土的抗壓強度和抗彎拉強度測試參考《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T 50082—2009）中的相關(guān)規(guī)定。混凝土抗壓強度試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，抗彎拉強度試件尺寸為150 mm×150 mm×550 mm。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 坍落度

不同磚粉取代率下混凝土的坍落度見圖1。

圖1 混凝土坍落度隨磚粉取代率的變化

由圖1表明：（1）隨著磚粉取代水泥用量的逐漸增加，混凝土的坍落度會逐漸降低，其中，當磚粉的取代率為20%時，混凝土拌合物的相對坍落度為0.85。（2）此后，隨著磚粉取代率水泥用量繼續(xù)增加，混凝土拌合物的坍落度開始急劇下降，當磚粉的取代率為40%時，混凝土拌合物的相對坍落度為0.62。因為具有較高吸水率的磚粉吸收了混凝土拌合物中的自由水，從而降低了新拌混凝土的和易性。研究指出，可以通過補水或者加入高效減水劑的方式來補償磚粉加入對新拌混凝土工作性能的影響[6]。

2.2 抗壓強度

對不同磚粉取代率下混凝土試件的7 d和28 d抗壓強度進行測試，試驗結(jié)果見圖2。

圖2 不同磚粉取代率下混凝土抗壓強度變化

圖2表明：（1）當磚粉取代率為5%和10%時，摻磚粉混凝土的7 d抗壓強度分別為43.6 MPa和44.1 MPa，略高于對照混凝土的抗壓強度。隨著磚粉取代率繼續(xù)增加，摻磚粉混凝土的7 d抗壓強度開始下降，但與對照組混凝土相差不大。（2）當養(yǎng)護齡期為28 d時，六組摻磚粉混凝土的抗壓強度明顯低于對照組混凝土，且隨著磚粉取代率的增加，抗壓強度也逐漸降低。磚粉取代率為40%時的混凝土抗壓強度與對照組混凝土相比降低了18.4%。

2.3 抗彎拉強度

不同磚粉取代率下混凝土試件的7 d和28 d抗彎拉強度，見圖3。

圖3 不同磚粉取代率下混凝土抗彎拉強度變化

圖3表明：（1）7 d強度時，磚粉取代率為5%～15%的混凝土抗彎拉強度略高于對照組混凝土的抗彎拉強度；磚粉取代率為20%～40%的混凝土抗彎拉強度略低于對照組混凝土。（2）28 d 強度時，隨著磚粉替代率的逐漸增加，混凝土的28 d抗彎拉強度表現(xiàn)為逐漸降低，當磚粉取代率為40%時，混凝土的28 d抗彎拉強度與對照組混凝土相比降低了18.7%。

3 磚粉摻量對混凝土力學(xué)性能的影響機理分析

通過對摻加再生磚粉混凝土抗壓強度和抗彎拉強度的研究，發(fā)現(xiàn)磚粉完全能夠替代部分水泥來配制混凝土而不會明顯降低混凝土的力學(xué)強度，能夠滿足工程中對混凝土強度的要求。因為磚粉中富含大量活性的SiO2、Al2O3、Fe2O3等成分，可以與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生火山灰反應(yīng)生成C-S-H、C-A-H和C-A-S-H等凝膠[7]；而且較細的磚粉還可以發(fā)揮填料效應(yīng)來填充混凝土的孔隙[8]。在這兩方面的綜合作用下，混凝土的力學(xué)強度得到提升。但如果磚粉摻量過多，磚粉的稀釋效應(yīng)也會導(dǎo)致混凝土單位體積內(nèi)水泥水化產(chǎn)物總量減少，從而影響混凝土強度的發(fā)展[9]。

4 結(jié)語

（1）隨著磚粉取代率的增加，混凝土的坍落度逐漸降低。當磚粉取代率＜20%時，混凝土的坍落度緩慢降低，隨著磚粉摻量繼續(xù)增加，混凝土的坍落度開始顯著降低。（2）與對照組混凝土相比，摻加磚粉的混凝土7 d抗壓強度隨著磚粉取代率的增加先增加后降低；28 d齡期時，混凝土的抗壓強度隨著磚粉取代率的增加逐漸降低。（3）與對照組混凝土相比，摻加磚粉混凝土的7 d抗彎拉強度與對照組差別不大；28 d齡期時，混凝土的抗彎拉強度隨著磚粉取代率的增加逐漸降低。（4）適量的磚粉可以通過發(fā)揮火山灰效應(yīng)和填料效應(yīng)來提高混凝土的力學(xué)強度，但過量的磚粉也會因為稀釋效應(yīng)使混凝土的力學(xué)強度下降。