適用于機械化施工的再生砂漿研究

李學祺，安邦國，郭鑫淼，陽杰龍，劉 巖

（桂林理工大學，廣西 桂林 541000）

“碳中和”背景下，建筑材料的綠色節能和可持續成為節能減排的重要領域。但目前，隨著城鎮化率持續提高，我國每年產生大量的建筑垃圾，其中廢棄砂石、黏土磚等建筑材料占98%以上[1]。同時近些年，我國基礎建設的迅速發展導致天然河砂儲蓄量顯著減少、砂石價格普遍上漲[2]。建筑垃圾處理問題和天然砂儲蓄不足問題已成為目前建筑行業的主要痛點之一。

在建筑垃圾中，廢棄黏土磚可破碎后作為骨料和活性材料繼續使用，具有二次利用價值。國內外學者已對用黏土磚取代天然河砂制備的再生砂漿進行研究。研究表明，在材料性質方面，再生黏土磚細骨料具有火山灰特性[3]，這使得砂漿更早達到使用強度[4]，可節省水泥材料，同時黏土磚制備的再生砂漿表面多孔、吸水性強，具有一定的抗裂性能[5]；在使用性能方面，再生細骨料取代率超過30%會對再生砂漿的使用性能造成顯著影響[6]；在抗凍性能方面，再生磚粉的作用明顯優于粉煤灰[7]；在力學性能方面，黏土磚細骨料可用作水泥添加劑以提高砂漿的抗壓強度[8]；在其他性能方面，部分學者[9-10]利用再生黏土磚細骨料制備建筑砂漿，并針對流動性、保水性、強度、抗折強度和抗壓強度進行試驗研究，并對制備不同強度等級的再生砂漿提出取代率要求。鑒于再生砂漿自身特性、可再生特點及綠色環保特點，再生砂漿技術具有廣闊的應用前景[11]。但目前再生砂漿的應用與推廣仍存在較多問題[12]，國內對再生砂漿的研究較少[13]，且施工機械化水平較低。

砂漿機可大幅提高墻面抹灰的施工效率，但砂漿機對再生砂漿的和易性有較高要求[14]。本文試驗研究再生砂漿的配合比以滿足砂漿機的實際使用要求，這將會有效促進再生砂漿的應用與推廣，促進黏土磚的循環利用，推動建筑行業的綠色發展，帶來良好的社會效益和經濟效益。

1 原材料和試驗方案

1.1 試驗材料

試驗以C42.5普通硅酸鹽水泥為基體材料，以黏土磚細骨料作為天然砂的取代物，外加20%I級粉煤灰，采用羧丙基甲基纖維素醚作為保水劑。使用自來水拌合。3組試驗的水灰比分別為0.580、0.812和1.136。

1.2 天然砂與取代物物理性能

測試的天然砂和粉碎后再生細骨料的表觀密度、含水率等主要指標，見表1。

表1 天然砂與再生細骨料的物理性能

天然砂和再生細骨料粒徑分布均勻，級配良好，試驗結果見表2。

表2 累計篩余率

1.3 試驗方案與試驗結果

根據GB/T 25181—2019《預拌砂漿》和眾學者[7-14]的研究調整配合比配置M10砂漿。砂漿的水灰比控制在0.5～1.4，稠度設定在90～110 mm，細骨料粒徑5 mm以下，設置天然砂的取代率分別為0%、30%、50%和100%。適度添加附加用水。

根據JGJ/T70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》，通過測試再生砂漿的稠度、含水率、保水率和抗壓強度，分析不同配合比對再生砂漿保水性、稠度和強度的影響

試驗配合比和試驗測試結果見表3。

表3 配合比與試驗結果

2 試驗結果分析

2.1 再生砂漿破壞形態

試塊破壞形態基本相同，破壞形態如圖1所示。

從圖1看出，外觀上試塊孔隙較多，受壓時無明顯形變。試塊頂部裂隙發育、破壞明顯；正面與側面可視裂縫較少，裂隙從上部開始發育并貫穿試塊，試塊沿著薄弱面發生破壞。

圖1 C3試塊抗壓試驗

2.2 再生砂漿稠度和保水性分析

由圖2可知：

圖2 稠度與保水性

（1）稠度。當再生細骨料取代率小于30%時，再生砂漿的稠度明顯增加。取代率繼續增加時，附加用水需求隨之增多，砂漿的稠度值略有上升。取代率為50%時，稠度出現局部最小值，這是因為再生砂漿吸水量大，使有效拌合用水減少[15]。

（2）保水性。保水劑與粉煤灰的摻入和再生細骨料孔隙率較大，導致再生砂漿吸水性較強，減少了砂漿體系中的自由水，故保水性變化趨勢與稠度的變化趨勢相反。

2.3 再生砂漿抗壓強度分析

由圖3可知：

圖3 抗壓強度

（1）同水灰比的再生砂漿的抗壓強度隨取代率的提高呈現先降后升再降的趨勢，僅當取代率為50%時，砂漿的抗壓強度削弱最小。這是因為再生細骨料表面多孔，吸附了大量自由水；其次再生細骨料的顆粒級配更優，促使水泥和黏土磚顆粒之間的粘結性更好，砂漿更加密實；同時在溫度梯度作用下，再生細骨料內部水可對未充分水化的水泥二次水化，促使強度提升[16]。

（2）再生砂漿的抗壓強度隨水灰比的減小而提高。水灰比為0.58的再生砂漿的抗壓強度滿足使用要求。降低水灰比則水泥用量增加；提高水灰比則細骨料之間的粘結性不足，不滿足抗壓強度要求。

（3）經28 d養護的C組砂漿試塊的抗壓強度均達到10 MPa，但稍低于天然細骨料砂漿抗壓強度。再生骨料摻入為30%砂漿強度降低3.9%，摻入50%強度降低2.8%，摻入100%強度降低8.3%。再生砂漿抗壓強度隨再生細骨料摻入量增多而降低，一方面是因為隨著取代率提高，砂漿試塊的密實度降低；另一方面是因為水泥漿與再生細骨料過渡界面薄弱[17]。

3 結論

基于目前學者的研究成果，本文針對磚混再生砂漿的性能進行研究，得出如下結論：

（1）磚混再生砂漿的再生細骨料取代率不宜超過50%。

（2）再生細骨料取代率低于50%時，砂漿抗壓強度降低不顯著。

（3）當取代率為50%時，砂漿的稠度可提高2%～9%，保水性與天然砂漿幾乎一致。

（4）水灰比為0.58時，取代率為50%的M10磚混再生砂漿可滿足砂漿機的施工要求。