再生陶瓷骨料混凝土抗壓強度性能試驗研究

摘 要：本研究旨在探究再生陶瓷骨料混凝土抗壓強度性能，通過制備不同比例的再生陶瓷骨料混凝土試塊，并進行抗壓強度測試，分析其抗壓性能及破壞形態。實驗結果表明：隨著再生陶瓷骨料替代粗骨料的比率升高，混凝土3d強度值和28d強度值均表現出先降低再升高后又降低的趨勢；隨著再生陶瓷骨料替代細骨料的比率升高，混凝土3d強度值和28d強度值均同步降低；隨著再生陶瓷骨料同時替代粗、細骨料的比率升高，混凝土3d強度值和28d強度值出現先走低、后升高、再走低的趨勢。本研究可為再生陶瓷骨料混凝土的應用提供參考，同時也可為混凝土材料的可持續發展提供新的思路。

關鍵詞：陶瓷骨料；混凝土；抗壓強度；性能分析

1 前言

改革開放以來，隨著城鎮化水平的不斷提高我國的陶瓷業發展迅猛。以陶瓷磚、陶瓷衛生潔具等為代表的陶瓷產品產量超過了世界總產量的60%。這在一定程度上改善了人們的生活水平，為我國經濟建設也做出了突出貢獻。但隨之而來的巨量陶瓷廢料也給我國的生態環境帶來一定壓力。如何將陶瓷廢料變廢為寶、再循環使用對節能減排、保護環境、推動循環經濟發展都具有重要意義。首先，陶瓷廢料作為生產原料再利用，就減少了對新原料的需求，從而節約自然資源的消耗。同時也可以減少生產過程中的能源消耗，降低生產成本。其次，陶瓷廢料的再利用可以減少陶瓷廢渣對環境的污染，降低對土地和水資源的壓力，有助于保護環境。同時陶瓷廢料的再利用是推動循環經濟的重要手段之一，通過再利用廢棄物，實現資源的循環利用，促進經濟的可持續發展。我國在陶瓷廢料資源化利用方面做出了積極地探索與嘗試。例如，利用陶瓷廢料制備多孔磚、輕質陶粒等新型建材；利用陶瓷廢料中的有益成分，制備陶瓷釉料和色料，用于陶瓷制品的表面裝飾；從陶瓷廢料中提取有價值的元素，如稀土元素、金屬元素等，用于制備高性能陶瓷材料、電子元器件等。近年來在工程建設領域，將陶瓷廢料處理后作為骨料來制備混凝土成為陶瓷廢料再利用領域應用的熱點。工程建設項目為陶瓷廢料的資源化利用提供了廣闊的舞臺。本文通過對再生陶瓷骨料混凝土的抗壓強度進行測試，探討陶瓷廢料制備混凝土技術的可行性，為陶瓷廢料的資源化利用提供積極的理論依據。

2 再生陶瓷骨料的制備

再生陶瓷骨料是將廢棄陶瓷塊經破碎、篩分后按照一定比例混合而成的骨料，該工藝包括收集、清洗、破碎、篩分、磁選、干燥等流程。收集廢棄陶瓷：從各種來源（如建筑廢料、工業廢棄物等）收集廢棄陶瓷材料。清洗：將收集的廢棄陶瓷進行清洗，以去除表面的污垢、油漬和其他污染物。清洗方法可以使用水沖洗、機械擦洗或化學清洗等。破碎：將清洗后的廢棄陶瓷進行破碎，以減小其尺寸并增加其比表面積。破碎方法可以使用機械破碎（如顎式破碎機、反擊式破碎機等）或研磨（如球磨機）等。篩分：將破碎后的陶瓷顆粒進行篩分，以去除過大或過小的顆粒，得到符合要求的骨料粒徑分布。篩分方法可以使用振動篩、旋轉篩等。磁選：通過磁選去除廢棄陶瓷中的鐵磁性雜質，提高骨料的純度。干燥：將篩分后的陶瓷顆粒進行干燥，以去除水分并提高骨料的強度。干燥方法可以使用自然干燥、機械干燥（如烘干機）等。

制備過程中需要注意，收集的廢棄陶瓷應進行分類和挑選，避免混入其他不相關的材料。清洗時應徹底去除陶瓷表面的污染物，以免影響再生骨料的性能。破碎和篩分時應控制骨料的粒徑分布，以滿足不同應用場合的需求。

3 再生陶瓷骨料混凝土配置

3.1 混凝土材料

（1）水泥。

本次試驗選用的是龍口市泛林水泥有限公司生產的叢林河P.O42.5普通硅酸鹽水泥，主要的技術指標見表1。

（2）骨料。

配置高性能混凝土的粗骨料應符合以下要求：粗骨料的強度應該是設計混凝土強度的1.5～2.0倍，以保證混凝土具有足夠高的強度。粗骨料的顆粒級配應符合規定，一般應為10～20mm為宜，這有助于減少混凝土內部的缺陷，提高混凝土的密實性和強度。最大粒徑根據需要可適當放大。粗骨料還應具有較低的吸水率，以保證混凝土的水灰比穩定，從而提高混凝土的強度和耐久性。粗骨料還應盡量選用表面粗糙、外形有棱角的碎石，以提高混凝土的抗拉強度和抗折強度。針片狀顆粒含量應控制在一定范圍內，以減少混凝土的開裂傾向。

對于細骨料的選用應符合以下要求：要保證顆粒級配應符合規定，以確保混凝土的質量和性能。細度模數一般應控制在2.3～3.0之間。含泥量、含有害雜質含量也要達標，以保證混凝土的強度和耐久性。其中含泥量不應大于3.0%、泥塊含量不應大于1.0%。細骨料的密度和吸水率應符合規定，以確保混凝土的體積穩定性和抗滲透性。細骨料應進行堿活性檢驗，并應符合預防混凝土堿骨料反應技術規范的技術要求。本次試驗所用砂石骨料均為青島安順砂石加工廠生產。

3.2 混凝土配合比

本次試驗混凝土設計強度為C30，按照《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ 55-2011）的相關規定，計算后的混凝土配置強度為38.20MPa、水灰比為0.52、單位體積混凝土用水量為215kg、單位體積混凝土水泥用量為413kg。本次試驗粗骨料碎石最大粒徑為20mm、設計塌落度為90mm，結合水灰比0.52的取值，查表后得到砂率為0.35。

本次試驗采用質量法來確定配合比中粗骨料和細骨料的用量：

由公式1和公式2可求得每立方米混凝土中粗骨料用量為1152kg，而細骨料用量為620kg。

3.3 試驗方案設計

本次試驗為了對再生陶瓷骨料混凝土的強度性能進行分析，對試驗方案進行了如下設計：

測定再生陶瓷骨料含量為0%時標養條件下混凝土試塊的3d和28d抗壓強度和抗折強度；

測定再生陶瓷替代粗骨料25%、50%、75%以及100%時標養條件下混凝土試塊的3d和28d抗壓強度和抗折強度；

測定再生陶瓷替代細骨料25%、50%、75%以及100%時標養條件下混凝土試塊的3d和28d抗壓強度和抗折強度；

測定再生陶瓷同時替代粗、細骨料25%、50%、75%以及100%時標養條件下混凝土試塊的3d和28d抗壓強度和抗折強度；

每項測試設置三組試塊，取三組測試結果的算術平均值為該組試塊最終的評定值。代表值的最終確定采取“一超取中、兩超作廢”的評定原則。

抗壓強度試塊尺寸為150mm×150mm×150mm；抗折強度試塊尺寸為600mm×150mm×150mm。

3.4 混凝土試塊制作工藝

按照上述試驗設計，本次試驗共制作了156個混凝土試塊，制作工藝流程如下：石子、砂、陶瓷混合攪拌3min。加入水泥繼續攪拌1min。加入自來水繼續攪拌1min后卸料。將混凝土漿料置于振動臺進行振搗。混凝土漿料入模后置于養護室進行養護，溫度設置為20℃、相對濕度設置為95%，分別養護3d和28d。脫模。

4 再生陶瓷骨料混凝土抗壓強度分析

4.1 抗壓強度試驗

（1）試驗步驟及注意事項。

將試塊從標養室取出后檢查其外觀并擦拭干凈，確保試塊表面平整、無損傷和污漬。測量棱長（精確值1mm）并記錄。將試塊成型時的側面為底面放置在試驗機的下壓板上，確保試塊的中心與試驗機下壓板中心對準。由于本次測試的試塊設計強度等級為C30，設置試驗機的加荷速度為0.5MPa/s。啟動試驗機，使試塊受到均勻的壓縮荷載。觀察試塊在荷載作用下的變形和破壞情況，并記錄破壞荷載。在進行抗壓強度測試前，應對試驗設備進行檢測和校準，確保設備的準確性和可靠性。在試驗過程中，應保持加載速率的穩定，避免突然加速或減速導致測試結果不準確。當試件接近破壞時，應停止調整試驗機油門，直至破壞。

（2）試驗結果計算。

混凝土試塊抗壓強度的計算公式為：

fcc=F/A （公式3）

公式中fcc——試塊的抗壓強度，單位MPa；

F——試塊破壞時所遭受的荷載值，單位N；

A——試塊與試驗機壓板的接觸面積，單位mm2。

按照試驗方案設計，每項測試均設置了三組試塊，取三組試塊抗壓強度的算術平均值作為其最終強度的評定值（精確值0.01MPa）。當三個數值中最大或最小值有一個與中間值的差值超過中間值15%時，則取中間值為最終的抗壓強度評定值；而當最大或最小值均與中間值的差值超過中間值15%時，則該次測試結果無效。所有試塊測試后的抗壓強度見表2。

4.2 抗壓強度分析

本次試驗中將再生陶瓷骨料替代粗、細骨料的比率僅設置了0%、25%、50%、75%以及100%五個方案，測試所得結果對混凝土抗壓強度的影響規律無法做到定量判斷，但不影響定性分析。從圖1可以看出：隨著再生陶瓷骨料替代粗骨料的比率升高，混凝土mC2zIcjsfXld30I+sLfCjVnZMCgd/PSEfHJeTQoNz/Y=3d強度值和28d強度值的發展趨勢一致；當替代率為25%時，混凝土強度明顯降低。隨著替代率的升高，混凝土強度逐漸走高，在替代率為75%時強度達到了最高值，且遠高于替代率為0%時的強度；當粗骨料替代率為100%時，3d強度值和28d強度值回落至與替代率為0%時相當的水平。從圖2中可以看出：隨著再生陶瓷骨料替代細骨料的比率升高，混凝土3d強度值和28d強度值同步降低。這說明再生陶瓷骨料替代細骨料明顯降低了混凝土的抗壓強度。從圖3可以看出：隨著再生陶瓷骨料同時替代粗、細骨料的比率升高，混凝土3d強度值和28d強度值出現先走低、后升高、再走低的趨勢。總體來看，再生陶瓷骨料替代細骨料對于混凝土抗壓強度有明顯的消極作用。陶瓷骨料替代粗骨料比率為75%時，混凝土抗壓強度最高。

5結 語

本研究通過系統地制備與測試不同比例再生陶瓷骨料替代傳統粗細骨料的混凝土試塊，深入探究了其對混凝土抗壓強度性能的影響。實驗數據清晰地揭示了再生陶瓷骨料替代率與混凝土抗壓強度之間的復雜關系，不僅為再生陶瓷骨料在混凝土中的應用提供了寶貴的實驗依據，也為推動混凝土材料的綠色、低碳及可持續發展路徑開辟了新視野。隨著再生資源利用技術的不斷進步和環保意識的增強，再生陶瓷骨料混凝土有望在更多實際工程中得到廣泛應用，為實現建筑行業的可持續發展目標貢獻力量。

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