建筑垃圾再生微粉對生土材料性能的影響

劉學智

（青海省建筑建材科學研究院有限責任公司,青海 西寧 810008）

生土材料是一類制備簡單、取材方便的傳統建筑材料,由于其具有熱工性能好、濕度可調節的優勢,因此在建筑材料發展史上得到了廣泛的應用。經過長期的發展與完善,生土材料目前已經逐漸擺脫了落后、陳舊的負面印象,在現代化工程建設中展現出突出的應用優勢。但是,生土材料當受到雨水侵蝕、循環凍融等的影響時,其力學性能、耐久性能都將發生劣化,導致結構使用壽命產生折損[1-2]。所以,為了促進生土材料能夠適應更為綜合化、多樣化的工程需求,就應當確保其兼具更加優良的綜合性能。當前,在工程實踐中,已經出現了摻加水泥、石灰等來改善材料性能的先例,使得生土材料的應用得到進一步的拓展。而在建筑垃圾的復合應用中,則大多針對再生骨料這一組分展開研究。為了深化建筑垃圾的再生利用率、改進其對土工材料的改良作用,就需要建立起完善的再生制品標準并探究再生微粉的各項摻加標準[3-4]。

1 復摻再生微粉、水泥的力學性能分析

在本研究中,主要采用的再生微粉有RBP 及RCP 兩種,其主要成分分別來自于廢粘土磚及廢混凝土。同時,根據我國現行規范要求,基于研磨時間可將兩類再生微粉劃分為I、II 類,其各自的細度及篩余量指標見表1。

表1 I/Ⅱ級下RBP 和RCP 的細度及篩余量

1.1 常溫養護條件下的抗壓強度

對復摻再生微粉、水泥處理得到的生土材料進行抗壓試驗。試驗結果表明,從齡期、微粉類型上來分析,常溫條件下經RBP 及水泥復摻處理后的生土材料較未處理組別在各齡期的抗壓強度均表現出顯著的增長。其中,在7 d-28 d 的齡期內,使用I 級、II 級微粉時的增幅分別達到了32%～53%及30%～57%。

復摻再生微粉、水泥處理得到生土材料的摻量-28 d 抗壓強度關系曲線見圖1。根據圖1 可以發現,復摻RBP、水泥的組別與復摻RCP、水泥均在摻量為10%附近出現下降拐點。但相較于后者,前者復摻所用不論為Ⅰ級或Ⅱ級微粉,在不同摻量下的抗壓強度均更高,且摻量越大,兩者間的差值越大。這也表明I/II級RBP 微粉、水泥在復摻生土材料中具有更好的復合效果。為了在此基礎上優化微粉的摻量,應當將試驗結果與對照組做比對分析。

圖1 復摻生土材料的摻量-28 d 抗壓強度關系

分別測定復摻處理得到的生土材料及對照組的28 d 抗壓強度。與DZ-1 對照組進行比對,復摻RBP、水泥組別的抗壓強度呈現出了一定程度的上升,其中Ⅰ級微粉組的增幅為26%～52%,II 級微粉組的增幅為18%～41%。此外,復摻RCP、水泥組別的抗壓強度也有一定程度的上升。在常溫條件下復摻RBP、水泥對于改善生土材料的抗壓強度具有顯著效果,其中當摻加6%～14%的I/II 級RBP 微粉、摻加2%～10%的I/II 級RCP 微粉時生土材料的28 d 強度增幅最大。除此之外,RBP 微粉對于提升單摻水泥生土材料抗壓強度也存在促進作用,當Ⅰ級摻量為6%～14%、II 級摻量為10%時效果最為顯著。

1.2 炎熱養護條件下的抗壓強度

對復摻再生微粉、水泥處理得到的生土材料進行抗壓試驗。試驗結果表明,從齡期、微粉類型上來分析,炎熱條件下經RBP 及水泥復摻處理后的生土材料較未處理組別在各齡期的抗壓強度均表現出顯著的增長。其中,在7 d-28 d 的齡期內,使用I 級、II 級微粉時的增幅分別達到了13%～23%及6%～20%。此外,根據試驗數據,當在炎熱條件下摻加RCP 及水泥進行處理時,生土材料在7 d-28 d 的齡期內,使用I級、II 級微粉時的增幅分別達到了6%～12%及2%～7%,但整體水平要低于同齡期摻加RBP 及水泥進行處理的組別。也即在炎熱條件下摻加RBP、RCP 對于生土材料的抗壓強度具有負面作用,其中RCP 微粉的負面影響更為嚴重。

復摻再生微粉、水泥處理得到生土材料的摻量-28 d 抗壓強度關系曲線見圖2。根據圖2 可以發現,復摻RBP、水泥的組別,不論I/II 級微粉均在摻量為10%附近出現下降拐點。復摻RCP、水泥的組別,不論I/II 級微粉均在摻量為6%附近出現下降拐點。這就表明RBP 微粉對于單摻水泥組別溫度適應能力的影響比較微弱,允許摻加更高的微粉摻量；而RCP 微粉對于單摻水泥組別溫度適應能力的影響比較顯著,為了保障炎熱條件下生土材料的養護效果,應當將其與常溫養護組別進行比對。

圖2 復摻生土材料的摻量-28 d 抗壓強度關系

將常溫、炎熱條件下生土材料試驗測得的28 d抗壓強度進行比對。研究發現,相較于常溫條件組別,復摻RBP、水泥組別在摻量為6%時達到峰值,在大于該摻量后呈現出小范圍下降的變化,其中Ⅰ級微粉的降幅為1%～3%,II 級微粉的降幅為5%～8%；復摻RCP、水泥組別也在摻量為6%時達到峰值,在大于該摻量后呈現出大范圍下降的變化,其中Ⅰ級微粉的降幅為5%～9%,II 級微粉的降幅為4%～12%。這也就表明炎熱條件下,向單摻水泥的生土材料中摻加微粉對其28 d 抗壓強度的影響,在I/II 級RBP 微粉的摻量處于2%～14%、Ⅰ級RCP 微粉摻量處于2%～14%、II 級RCP 微粉摻量處于2%～6%時比較小。

2 復摻再生微粉、水泥的耐久性分析

2.1 耐水浸泡性能

通過耐水浸泡試驗得到生土材料的微粉摻量-吸水速率關系曲線見圖3。從微粉摻量這一自變量來看,復摻RBP、水泥組別與復摻RCP、水泥組別的吸水速率均在摻量為2%達到峰值,且其整體水平遠低于DZ-1 對照組、略低于DZ-2 對照組。綜合考慮復摻生土材料的微粉摻量、耐水延遲指數之間的關系,對于復摻RBP、水泥組別及復摻RCP、水泥組別而言,耐水延遲指數從摻量為2%處即開始上升,且其整體水平遠高于DZ-1 對照組、略高于DZ-2 對照組。這也就說明了摻加RBP、RCP 都會對于單摻水泥生土材料的耐水浸泡性能產生積極影響,且其摻量以6%～14%為最優。

圖3 微粉摻量- 吸水速率關系曲線

2.2 吸放濕性能

復摻微粉、水泥的生土材料質量在養護的前7 d始終處于高速增長的過程中,待養護至7 d 后增速逐漸放緩,在養護的13 d 時吸濕質量達到峰值,所以在本研究中將試件的13 d 質量看作穩定吸濕質量[5]。在測定吸放濕性能時得到的試驗數據見圖4。

圖4 生土材料吸放濕性能試驗結果

根據生土材料中微粉摻量、吸水率之間的關系可以發現,對于復摻RBP、水泥組別及復摻RCP、水泥組別而言,微粉摻量為6%～10%時所對應的吸濕率遠低于DZ-1 及DZ-2 對照組。但當微粉摻量不處于該范圍時,試件所對應的吸濕率則將接近或超過DZ-1及DZ-2 對照組。綜合考慮生土材料中微粉摻量、自然干燥速率之間的關系,對于復摻RBP、水泥組別及復摻RCP、水泥組別而言,微粉摻量為6%～10%時所對應的自然干燥速率接近或低于DZ-1 及DZ-2 對照組。但當微粉摻量不處于該范圍時,試件所對應的吸濕率則將超過DZ-1 及DZ-2 對照組。這一規律表明了當微粉摻量處于較低水平時難以填充密實生土材料的孔隙,而當微粉摻量處于較高水平時則將產生大量孔隙,使得材料的吸放濕性能劣化,僅當微粉摻量處于6%～10%的范圍內時能夠取得較好的吸放濕性能。

2.3 干濕循環性能

在測定干濕循環性能時得到的試驗數據見圖5。

圖5 生土材料干濕循環性能試驗結果

根據生土材料中微粉摻量、質量損失率之間的關系可以發現,對于復摻RBP、水泥組別及復摻RCP、水泥組別而言,當微粉摻量高于2%時其所對應的質量損失率均呈現出上升的變化趨勢,且遠低于DZ-1 對照組而高于DZ-2 對照組,但兩者均滿足低于10%的限值要求。此外,相較于復摻RCP、水泥組別,復摻RBP、水泥組別在Ⅰ/Ⅱ級微粉下的質量損失率均更低,且隨著摻量的提高兩類Ⅰ/Ⅱ級微粉所對應的質量損失率差值逐漸增大。綜合考慮生土材料中微粉摻量、強度損失率之間的關系,對于復摻RBP、水泥組別及復摻RCP、水泥組別而言,強度損失率在摻量高于2%后逐漸上升,但當摻量大于10%后其所對應的強度損失率大于DZ-2 對照組。這也表明了摻加RBP、RCP 微粉都將使得單摻水泥生土材料的干濕循環性能發生變化,當摻量在2%～10%的范圍內時這一影響較為微弱。

2.4 凍融循環性能

在測定凍融循環性能時得到的試驗數據見圖6。

圖6 凍融循環試驗結果

根據生土材料中微粉摻量、質量損失率之間的關系可以發現,對于復摻RBP、水泥組別及復摻RCP、水泥組別而言,當微粉摻量高于2%時其所對應的質量損失率均呈現出上升的變化趨勢,且遠低于DZ-1 對照組,滿足低于5%的限值要求。此外,當微粉摻量大于6%時,相較于復摻RBP、水泥組別,復摻RCP、水泥組別在Ⅰ/Ⅱ級微粉下的質量損失率均更低,且隨著摻量的提高兩類Ⅰ/Ⅱ級微粉所對應的質量損失率更為接近DZ-2 對照組。綜合考慮生土材料中微粉摻量、強度損失率之間的關系,對于復摻RBP、水泥組別及復摻RCP、水泥組別而言,強度損失率在摻量高于2%后逐漸上升,且整體高于DZ-2 對照組。當摻量大于10%后其所對應的強度損失率不滿足強度損失率的相應要求。這也表明了摻加RBP、RCP 微粉都將使得單摻水泥生土材料的凍融循環性能發生負面變化,在I/II級RBP 微粉的摻量處于2%～6%、Ⅰ級RCP 微粉摻量處于2%～6%時這一影響比較微弱。

3 結論

本研究以復摻再生微粉、水泥得到的生土材料為研究對象,分別從力學性能、耐久性兩個層面進行試驗研究,研究結果發現對于復摻再生微粉、水泥得到的生土材料而言,再生微粉被控制在一定范圍內時能夠顯著優化材料的性能,使其滿足工程建設需求并適應多樣化的環境。