固廢摻量對再生混凝土的性能影響探析

1前言

全球工業化與城市化步伐持續加快，環境污染問題愈發凸顯，資源短缺狀況不斷加劇。建筑行業作為資源消耗的重點領域以及廢棄物排放的主要源頭，亟需探索切實可行的可持續發展方案。而再生混凝土作為一種創新型材料，能夠實現建筑固廢的回收再利用，為化解資源短缺問題提供有效途徑。因此，深入探究固廢摻量對再生混凝土力學性能、耐久性能的影響，對于推動再生混凝土在大規模工程中的廣泛應用具有重要意義。

2實驗基礎架構搭建

2.1原材料精細遴選與特性剖析

2.1.1水泥

選定普通硅酸鹽水泥P.042.5，該品種在建筑領域以性能穩定、應用廣泛著稱，為本實驗理想選擇。根據GB175-2023《通用硅酸鹽水泥》，其初凝時間 ?45min ，終凝時間 ?10h 。本實驗所用水泥經精準測試，初凝耗時60min ，終凝為 8h ，滿足相關標準。42.5級水泥規定 28d 抗壓強度 ?42.5MPa ，針對實驗水泥強度檢測， 28d 抗壓強度實測值為 45MPa 。

2.1.2骨料

選用天然河砂與碎石，河砂細度模數測定為2.7，符合中砂標準。參照GB/T14684-2022《建設用砂》，含泥量 ?3.0% ，實驗河砂含泥量精確檢測為 2.5% 。碎石最大基金項目：本文系江蘇省高校自然科學研究項目：等離子體改性 Pt/ MnO₂ 催化氧化含氯揮發性有機物及其機理研究（項目編號：24KJB610015）

粒徑 20mm ，粒徑集中在 5mm～20mm ，呈良好連續級配。根據GB/T14685-2022《建設用卵石、碎石》，壓碎指標值 ?16% ，實驗碎石壓碎指標值檢測為 15% ，滿足粗骨料要求。

對于再生骨料而言，需將收集的建筑拆除廢料，經過顎式破碎機進行粗碎，而后通過反擊式破碎機進行二次精細破碎，最后使用振動篩，按粒徑分級篩選。過程嚴格按照JGJ/T240-2011《再生骨料應用技術規程》執行。特性參數解析：再生骨料表觀密度 2500kg?m^-3 ，堆積密度約1400kg?m^-3 ，吸水率能夠達到 10% ，遠超過普通骨料。

2.1.3固廢材料

廢棄磚渣源于本地某老舊小區拆除項目的廢棄磚塊。化學組成以 SiO₂ 為主，含量約 60% Al₂O₃ 含量約20% 。經過篩分，粒徑集中在 2mm～10mm 。松散堆積密度 1200kg?m^-3 ，緊密堆積密度 1500kg?m^-3 ;廢舊玻璃收集自附近玻璃制品廠的廢棄邊角料，其化學組成中 SiO₂ 占比超 90% [2]。

2.2實驗配合比精準設計

設計再生混凝土實驗配合比時，經過嚴謹的前期探索試驗與詳實的理論運算，確定水灰比為0.45；通過多輪試驗比對分析，將砂率調控至 36% 。設置固廢摻量為0%15%.25%.35%.45% 等五個摻量梯度。以廢棄磚渣為例，各梯度用量依據混凝土總體積 （1m³） 及廢棄磚渣松散堆積密度 1100kg?m^-3 進行精確計算。例如，制備1m³ 混凝土，廢棄磚渣摻量為 15% 時，用量約為 165kg 每組配合比中，水泥用量恒定為 380kg?m^-3

2.3混凝土制備工藝與養護標準

2.3.1混凝土制備工藝

選用雙臥軸強制式攪拌機，其攪拌葉片呈獨特螺旋狀，將水泥與經精確配比的普通骨料、再生骨料同步投入攪拌機，實施90s干拌操作。而后將水與對應摻量的廢棄磚渣一同加入，濕拌時長嚴格限定為 210s 。成型采用定制的 100mm×100mm×100mm 標準立方體鋼質試模，將攪拌完畢的混凝土分三次裝入試模，每次裝填后，運用高頻插入式振搗棒振搗 25s 。

2.3.2混凝土養護標準

混凝土試塊成型后，移送至標準養護區域，在該區域內配備智能溫控系統，將溫度恒定調控在 20±1^°C ，濕度根據專業加濕設備維持在 97% 以上。試塊在養護區域內，按照預定規劃養護至特定齡期，即 3d，7d，28d 3d齡期時，聚焦在水泥早期水化生成的水化硅酸鈣凝膠等產物對于混凝土初始強度的貢獻。

3力學性能響應機制探究

3.1抗壓強度演變規律與機理分析

3.1.1強度數據系統采集及規整

構建以廢棄瓷磚碎片為固廢的實驗體系，設置為0%10%.20%.30%.40% 等五個摻量梯度，確保其符合GB/T50081-2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》要求。具體強度數據采集如表1所示。

3.1.2影響趨勢深度剖析

3d齡期時，隨著廢棄瓷磚碎片摻量的增加，抗壓強度整體呈下降趨勢，如摻量從 0% 升至 40% ，強度由13MPa 降至 8MPa 。主要原因在于早期水泥水化反應不充分，產物較少，并且廢棄瓷磚碎片活性未有效激發，與水泥石之間的粘結力較差，削弱混凝土整體承載結構。

7d齡期時，摻量在 0～20% 范圍之間，抗壓強度隨摻量增加呈緩慢上升趨勢， 20% 摻量時強度達 19MPa 高于 0% 摻量時的 16MPa ；由于此階段部分廢棄瓷磚碎片參與水泥水化反應，填充混凝土內部孔隙，增強結構密實度。

28d齡期時，摻量在 10%～20% 區間的強度較高且穩定，當摻量超過 20% 后，強度逐漸降低。這表明適量固廢摻量可在后期提升混凝土強度，而過高摻量則會引人過多缺陷，導致破壞內部結構完整性，影響整體性能。

3.2抗折強度波動特征

3.2.1抗折強度數據精準采集

測試采用四點彎曲試驗方案，遵循GB/T50081-2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》，選用分辨率為 0.005kN 的電子萬能材料試驗機加載，加載速率嚴格控制在 0.06MPa^?s^-1～0.07MPa^?s^-1 范圍內。具體數據采集如表2所示。

3.2.2抗折波動特征

3d齡期時，隨著廢棄瓷磚顆粒摻量由 0% 增至40% ，抗折強度由 2.2MPa 持續降至 1.2MPa ，呈明顯遞減趨勢。這是由于早期水泥水化反應不充分，水化產物較少，難以有效填充、牢固粘結骨料與廢棄瓷磚顆粒，導致混凝土內部結構整體性差，抗折性能降低。

7d齡期時，摻量在 0～20% 區間，抗折強度雖有下降但幅度小；摻量超 20% 后，下降趨勢加劇，如摻量從20% 升至 30% ，強度從 2.3MPa 降至 2.0MPa ；該階段適量廢棄瓷磚顆粒參與水泥水化反應，能夠維持基礎強度，過量則使未反應顆粒增多，破壞結構連續性。

28d 齡期，摻量在 0～10% 時，抗折強度相對穩定且較高；當摻量超過 10% 后，強度逐漸由 3.6MPa 漸降至2.4MPa 。

4耐久性能影響路徑解析

4.1抗滲性能劣化機制研究

4.1.1抗滲性能數據采集與整理

構建再生混凝土試塊樣本，設置廢棄瓷磚顆粒摻量為 0%10%.25%.35%.45% 五個梯度，試塊按標準養護流程養護28d后，采用逐級加壓滲水高度測試法開展抗滲性能測試。將試塊牢固安裝于高精度抗滲儀，起始水壓設為 0.3MPa ，每 6h 以 0.1MPa 幅度遞增水壓，直至一組6個試塊中出現3個表面存在明顯滲水跡象時終正試驗。以摻量 25% 試塊為例，最終滲水高度平均值經測試為 110mm 。各摻量下滲水高度數據整理如表3所示。

4.1.2劣化趨勢剖析

深人剖析廢棄瓷磚顆粒摻量與滲水高度平均值，從而明確劣勢趨勢。具體如表4所示。

通過表4可知，隨著廢棄瓷磚顆粒摻量從 0% 漸增至 45% ，滲水高度平均值從 70mm 持續升至 160mm ，抗滲性能呈持續劣化態勢。在低摻量 （0～10% ）階段，滲水高度增長較緩；當摻量超過 10% 后，增長速率顯著加快。摻量由 10% 增至 25% 時，滲水高度從 90mm 增至110mm ；由 35% 增至 45% 時，滲水高度從 135mm 猛增至160（204 mm^[4] 0

4.2抗凍性能損傷過程剖析

在凍融循環進程中，混凝土內部水分遇冷結冰膨脹。當廢棄瓷磚顆粒摻量為 12% 時，水泥石與骨料、廢棄瓷磚顆粒間界面過渡區緊密，孔隙數量較少且孔徑小，促使水分遷移路徑受限，對于混凝土結構的破壞程度較輕。隨著摻量增至 46% ，廢棄瓷磚顆粒與水泥石之間的粘結力差，界面過渡區形成大量連通孔隙。水分結冰膨脹產生的應力易于集中和傳遞，促使更多微裂縫產生與擴展，加速質量損失及動彈模量下降。

5結論

綜上所述，固廢摻量對于再生混凝土性能的影響極為顯著，在抗壓、抗折強度以及抗滲、抗凍性能方面，隨著摻量遞增，前期強度、抗滲與抗凍性能起初較為穩定，而后逐漸劣化。適量摻量時，廢棄瓷磚顆粒中的活性成分參與水泥水化反應，能夠優化基礎混凝土內部結構；而當摻量過高時，因廢棄瓷磚顆粒與水泥石粘結欠佳、孔隙數量增多等因素，嚴重損害混凝土各項性能。

參考文獻

[1]張博，林傳頌，李明浩.再生磚混骨料混凝土的干燥收縮及抗滲性研究[J].新型建筑材料，2023，50（12）：79-82.

[2]閆慶堯，王恩洋，沈振宗，等．振動攪拌再生骨料混凝土力學性能試驗研究[J].新型建筑材料 ，2023，50（12）：88-90+102.

[3]曹瑞雪.固廢砂粉再生混凝土力學及耐久性能影響因素[J].山西建筑，2025，51（3）：26-32.

[4]錢耀麗，劉遠祥，王瓊.大摻量固廢混凝土的制備及性能研究[J].混凝土與水泥制品，2024（2）：93-96.