李文光+王祎璇+王科

摘 要：用廢舊粘土磚再生細(xì)集料替代天然砂配制再生砂漿。研究了廢舊粘土磚再生細(xì)集料不同摻量影響因素下砂漿的性能，為再生砂替代天然砂用于天然砂漿提供理論依據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著再生細(xì)集料摻量的增加，再生砂漿的用水量呈線性增大砂漿的工作性能降低，砂漿的強(qiáng)度先增強(qiáng)然后減弱。

關(guān)鍵詞：再生粘土磚；再生砂；再生砂漿；性能

隨著基本建設(shè)的日益發(fā)展，建筑用砂量不斷增大，不少地區(qū)經(jīng)過(guò)幾十年的大量開(kāi)采，天然砂的資源已經(jīng)接近枯竭，而對(duì)天然砂資源的無(wú)序和大量的開(kāi)采不僅污染環(huán)境，破壞自然景觀和生態(tài)環(huán)境，而且還帶來(lái)了許多安全問(wèn)題。為此國(guó)家和許多地方政府陸續(xù)出臺(tái)了限制天然砂石開(kāi)采的法律和政策，進(jìn)一步減少天然砂的來(lái)源。另一方面城市公用與民用建筑，市政設(shè)施的更新，創(chuàng)造，新建的過(guò)程中產(chǎn)生了一系列的建筑垃圾。這些建筑垃圾主要包括建筑渣土，廢磚廢瓦、廢混凝土，散落的砂漿和混凝土等。目前，廢舊混凝土以及再生粗骨料的研究利用取得了一定的成果，廢舊粘土磚及再生細(xì)集料沒(méi)有得到很好的研究利用，建筑垃圾的利用率低。本文將廢舊粘土磚破碎后經(jīng)過(guò)篩分得到的細(xì)骨料（稱為再生砂）部分或全部取代天然砂，用來(lái)生產(chǎn)砂漿（稱為再生砂漿），研究了廢舊粘土磚再生細(xì)集料不同摻量影響因素下砂漿的性能，為再生砂替代天然砂用于天然砂漿提供理論依據(jù)，對(duì)節(jié)約天然砂，減輕建筑垃圾的環(huán)境的污染，提高建筑垃圾的再利用，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有積極的意義。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原材料

再生砂：主要成分為廢舊粘土磚經(jīng)人工破碎后，通過(guò)4.75mm方孔篩篩分后得到的細(xì)骨料，它的基本材性見(jiàn)表1。

水泥：中材漢江水泥股份有限公司生產(chǎn)的復(fù)合硅酸鹽水泥，強(qiáng)度值為32.5MPa。

粉煤灰：寶雞發(fā)電廠出廠的Ⅱ級(jí)粉煤灰。

水：自來(lái)水。

表1 再生砂的基本材料性質(zhì)

再生砂材料 細(xì)度模數(shù) 緊堆密度kg/m3 松堆密度kg/m3 表觀密度kg/m3 吸水率% 細(xì)粉料量% 壓碎指標(biāo)%

廢舊粘土磚 2.224 1010.2 944.5 2500 1h 24h 1.56 19.2

13.5 16.4

1.2 試驗(yàn)方案

在保證水膠比一定的情況下，用不同摻量0%、20%、40%、60%、100%的再生砂配制再生砂漿，研究再生砂漿摻量對(duì)砂漿性能的影響。

再生砂漿的配比

用M5作為配制的目標(biāo)，按照《建筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JDJ98-2000）及文獻(xiàn)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)配比見(jiàn)表2。

表2 再生砂漿的配比

再生砂摻量

% 水泥

kg/cm3 粉煤灰

kg/cm3 天然砂

kg/cm3 再生砂

kg/cm3 用水量

kg/cm3 附加用水量

kg/cm3

0 248.8 120 944.5 0 267.39 0

20 248.8 120 755.6 188.9 267.39 25.5

40 248.8 120 566.7 377.8 267.39 51

60 248.8 120 377.8 566.7 267.39 76.5

1.3 方法

再生砂漿的立方體抗壓強(qiáng)度、分層度、稠度試驗(yàn)參照J(rèn)GJ/T70-2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》及文獻(xiàn)進(jìn)行，其中再生砂漿的立方體抗壓強(qiáng)度采用70.7mm×70.7mm×70.7mm的無(wú)底試模制成立方體試塊，按標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件養(yǎng)護(hù)至28天，以3個(gè)試件測(cè)值的算術(shù)平均值的1.3倍作為該組試件的砂漿立方體抗壓強(qiáng)度平均值；再生砂漿的抗折和折后抗壓試驗(yàn)參考GB17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》及文獻(xiàn)進(jìn)行。以40mm×40mm×160mm的棱柱體試塊進(jìn)行抗折、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 再生砂漿（28d）的強(qiáng)度

再生砂摻量 立方體抗壓強(qiáng)度

（MPa） 抗折強(qiáng)度

（MPa） 抗后壓強(qiáng)度（MPa） 稠度值mm 分層度值

mm

10min 30min

0 14.5 3.68 20.47 116 73 43

20 12.5 3.18 16.98 92 47 45

40 12.7 3.72 16.56 80 39 41

60 7.2 2.47 11.18 18 18 0

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 再生砂對(duì)再生砂漿用水量的影響

由表2和圖1可以看出：在固定的水膠比下，隨著再生砂的摻量的增加，再生砂漿的用水量增大，并且呈線性增加。這是由于再生砂吸水率大，由表1可知，再生砂1h的吸水率是13.5%、24h的吸水率為16.4%，在進(jìn)行再生砂漿的配制時(shí)，為了保證再生砂漿的流動(dòng)性，充分考慮再生砂的吸水性，在進(jìn)行再生砂漿配制設(shè)計(jì)時(shí)，增添了附加用水，使再生砂漿的用水量增大。

圖1 再生砂對(duì)再生砂漿用水量的影響

2.2 再生砂漿的和易性

砂漿的和易性包括流動(dòng)性和保水性兩個(gè)方面。（1）流動(dòng)性方面。由表2和圖2可知，隨著再生砂摻量的增加，再生砂漿的稠度值降低，流動(dòng)性減弱 。這是由于經(jīng)人工破碎，篩分處理的廢舊粘土磚再生砂和天然砂相比，再生砂的質(zhì)量輕、顆粒相對(duì)較大，表面粗糙、棱角較多并且內(nèi)部有較多的孔隙，吸水性強(qiáng)，使得再生砂漿的稠度值降低，另一方面由于再生砂漿放置時(shí)間對(duì)其流動(dòng)性也產(chǎn)生一定的影響，隨著再生砂摻量放置時(shí)間的增長(zhǎng)，再生砂漿的稠度值下降較多。（2）再生砂漿的保水性能。通過(guò)分層度進(jìn)行再生砂漿保水性測(cè)定，由表2和圖3可以看出：隨著再生砂摻量的增加，盡管再生砂漿的用水量增加較多，而再生砂漿的保水性卻逐漸提高。這是由于再生砂漿在拌合過(guò)程中一部分水被再生砂吸收，同時(shí)由于再生砂粗糙的表面和粉煤灰細(xì)粉料的加入，增加了再生砂的比表面積，進(jìn)一步提高了再生砂對(duì)水的吸附能力，分層度值逐漸下降，再生砂漿的保水性提高。

圖2 再生砂摻量對(duì)再生砂漿流動(dòng)性的影響

2.3 再生砂對(duì)再生砂漿強(qiáng)度的影響

隨著再生砂摻量的增加，再生砂漿的強(qiáng)度先提高后下降，摻量40%時(shí)最高。從表3和圖3可以看出：在做成的砌體砂漿試塊中，摻量40%的再生砂漿試塊強(qiáng)度最大，其次為20%的再生砂漿試塊，100%摻量再生砂漿比天然砂漿略高，且用水量的增加對(duì)砂漿的強(qiáng)度并沒(méi)有影響。原因?yàn)椋海?）廢舊粘土磚再生砂的細(xì)度模數(shù)是2.224和天然砂的細(xì)度模數(shù)2.6接近，按照天然砂粗細(xì)程度的判別標(biāo)準(zhǔn)，屬于中砂。并且再生砂和到天然砂的摻和，優(yōu)化了砂的顆粒級(jí)配，從而提高了再生砂漿的強(qiáng)度。（2）在再生砂漿中加入了一定量的粉煤灰填充了砂之間的孔隙，改善了再生砂漿的和易性，提高了再生砂漿的密實(shí)性，提高再生砂漿的強(qiáng)度。在摻量為40%時(shí)，再生砂和天然砂的顆粒級(jí)配達(dá)到了最優(yōu)化，粗顆粒的骨架作用得以充分發(fā)揮的同時(shí)，細(xì)顆粒的填充也達(dá)到了最大密實(shí)，強(qiáng)度最大。隨后如果摻量進(jìn)一步增大，粗細(xì)顆粒的比例發(fā)生變化，由骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)向懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)變化，骨架作用被削弱，從而強(qiáng)度降低。（3）再生砂的吸水率較大，在進(jìn)行再生砂漿和配比設(shè)計(jì)和試驗(yàn)時(shí)，只是加了再生砂因吸水率因素影響下的用水量，并沒(méi)有改變?cè)O(shè)計(jì)的水膠比，同時(shí)再生砂的壓碎指標(biāo)較小，其承受壓力作用的能力要高。在保證流動(dòng)性基本一致的情況下，再生砂漿的用水量隨著再生砂漿摻量的增加和用水量增大對(duì)再生砂漿的強(qiáng)度并沒(méi)有影響。

圖3 再生砂摻量對(duì)再生砂漿保水性的影響

圖4 再生砂摻量對(duì)再生砂漿強(qiáng)度的影響

2.4 再生砂對(duì)再生砂漿收縮性的影響

在試驗(yàn)過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)隨著再生砂替代率的增加，再生砂漿試塊有一定的收縮性，摻量在40%以下不太明顯，在超過(guò)40%取代率的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)在28d收縮值比天然砂的收縮率大一些。由此可見(jiàn)，再生砂的摻加對(duì)再生砂漿的體積穩(wěn)定性有不利的影響。再生砂的摻量在40%以下時(shí)，摻量的增加有利于優(yōu)化級(jí)配，從而提高砂漿密實(shí)度，所以收縮值的提高并不明顯，但超過(guò)40%后，級(jí)配隨摻量的增加越來(lái)越差，因而收縮值顯著提高。

3 結(jié)論

3.1 在保證再生砂漿稠度基本一致的條件下，再生砂漿的用水量比天然砂漿高，但是保水性較好，再生砂將具有較好的和易性。

3.2 廢舊粘土磚再生砂可以替代天然砂，再生砂替代天然砂對(duì)砂漿強(qiáng)度有一定的影響，一定的摻量對(duì)砂漿強(qiáng)度具有良好的效果，可以獲得良好的骨料級(jí)配，提高強(qiáng)度。

3.3 再生砂的不同替代率對(duì)再生砂漿的性能影響不是太大，不同取代率的再生砂漿的用水量不同，且取代率越大其用水量越大，但強(qiáng)度會(huì)有一定的變化。

參考文獻(xiàn)

[1] 王武祥.建筑垃圾的循環(huán)利用[J].中國(guó)建材，2005（8）23-27.

[2] 周文娟，陳家瓏，路宏波.綠色再生砂漿試驗(yàn)研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009（4）：16-18.

[3] 蔡秀蘭.再生細(xì)集料混合砂漿配和比及物理性能試驗(yàn)研究[D].鄭州大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010.

[4] 程海麗.廢舊磚在建筑砂漿中的應(yīng)用研究[J].北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（3）89-93.

基金項(xiàng)目：陜西省大學(xué)生科技創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（1732）。

作者簡(jiǎn)介：李文光，陜西理工學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院；指導(dǎo)教師：薛麗皎。

圖2 再生砂摻量對(duì)再生砂漿流動(dòng)性的影響

2.3 再生砂對(duì)再生砂漿強(qiáng)度的影響

隨著再生砂摻量的增加，再生砂漿的強(qiáng)度先提高后下降，摻量40%時(shí)最高。從表3和圖3可以看出：在做成的砌體砂漿試塊中，摻量40%的再生砂漿試塊強(qiáng)度最大，其次為20%的再生砂漿試塊，100%摻量再生砂漿比天然砂漿略高，且用水量的增加對(duì)砂漿的強(qiáng)度并沒(méi)有影響。原因?yàn)椋海?）廢舊粘土磚再生砂的細(xì)度模數(shù)是2.224和天然砂的細(xì)度模數(shù)2.6接近，按照天然砂粗細(xì)程度的判別標(biāo)準(zhǔn)，屬于中砂。并且再生砂和到天然砂的摻和，優(yōu)化了砂的顆粒級(jí)配，從而提高了再生砂漿的強(qiáng)度。（2）在再生砂漿中加入了一定量的粉煤灰填充了砂之間的孔隙，改善了再生砂漿的和易性，提高了再生砂漿的密實(shí)性，提高再生砂漿的強(qiáng)度。在摻量為40%時(shí)，再生砂和天然砂的顆粒級(jí)配達(dá)到了最優(yōu)化，粗顆粒的骨架作用得以充分發(fā)揮的同時(shí)，細(xì)顆粒的填充也達(dá)到了最大密實(shí)，強(qiáng)度最大。隨后如果摻量進(jìn)一步增大，粗細(xì)顆粒的比例發(fā)生變化，由骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)向懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)變化，骨架作用被削弱，從而強(qiáng)度降低。（3）再生砂的吸水率較大，在進(jìn)行再生砂漿和配比設(shè)計(jì)和試驗(yàn)時(shí)，只是加了再生砂因吸水率因素影響下的用水量，并沒(méi)有改變?cè)O(shè)計(jì)的水膠比，同時(shí)再生砂的壓碎指標(biāo)較小，其承受壓力作用的能力要高。在保證流動(dòng)性基本一致的情況下，再生砂漿的用水量隨著再生砂漿摻量的增加和用水量增大對(duì)再生砂漿的強(qiáng)度并沒(méi)有影響。

圖3 再生砂摻量對(duì)再生砂漿保水性的影響

圖4 再生砂摻量對(duì)再生砂漿強(qiáng)度的影響

2.4 再生砂對(duì)再生砂漿收縮性的影響

在試驗(yàn)過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)隨著再生砂替代率的增加，再生砂漿試塊有一定的收縮性，摻量在40%以下不太明顯，在超過(guò)40%取代率的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)在28d收縮值比天然砂的收縮率大一些。由此可見(jiàn)，再生砂的摻加對(duì)再生砂漿的體積穩(wěn)定性有不利的影響。再生砂的摻量在40%以下時(shí)，摻量的增加有利于優(yōu)化級(jí)配，從而提高砂漿密實(shí)度，所以收縮值的提高并不明顯，但超過(guò)40%后，級(jí)配隨摻量的增加越來(lái)越差，因而收縮值顯著提高。

3 結(jié)論

3.1 在保證再生砂漿稠度基本一致的條件下，再生砂漿的用水量比天然砂漿高，但是保水性較好，再生砂將具有較好的和易性。

3.2 廢舊粘土磚再生砂可以替代天然砂，再生砂替代天然砂對(duì)砂漿強(qiáng)度有一定的影響，一定的摻量對(duì)砂漿強(qiáng)度具有良好的效果，可以獲得良好的骨料級(jí)配，提高強(qiáng)度。

3.3 再生砂的不同替代率對(duì)再生砂漿的性能影響不是太大，不同取代率的再生砂漿的用水量不同，且取代率越大其用水量越大，但強(qiáng)度會(huì)有一定的變化。

參考文獻(xiàn)

[1] 王武祥.建筑垃圾的循環(huán)利用[J].中國(guó)建材，2005（8）23-27.

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[3] 蔡秀蘭.再生細(xì)集料混合砂漿配和比及物理性能試驗(yàn)研究[D].鄭州大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010.

[4] 程海麗.廢舊磚在建筑砂漿中的應(yīng)用研究[J].北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（3）89-93.

基金項(xiàng)目：陜西省大學(xué)生科技創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（1732）。

作者簡(jiǎn)介：李文光，陜西理工學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院；指導(dǎo)教師：薛麗皎。

圖2 再生砂摻量對(duì)再生砂漿流動(dòng)性的影響

2.3 再生砂對(duì)再生砂漿強(qiáng)度的影響

隨著再生砂摻量的增加，再生砂漿的強(qiáng)度先提高后下降，摻量40%時(shí)最高。從表3和圖3可以看出：在做成的砌體砂漿試塊中，摻量40%的再生砂漿試塊強(qiáng)度最大，其次為20%的再生砂漿試塊，100%摻量再生砂漿比天然砂漿略高，且用水量的增加對(duì)砂漿的強(qiáng)度并沒(méi)有影響。原因?yàn)椋海?）廢舊粘土磚再生砂的細(xì)度模數(shù)是2.224和天然砂的細(xì)度模數(shù)2.6接近，按照天然砂粗細(xì)程度的判別標(biāo)準(zhǔn)，屬于中砂。并且再生砂和到天然砂的摻和，優(yōu)化了砂的顆粒級(jí)配，從而提高了再生砂漿的強(qiáng)度。（2）在再生砂漿中加入了一定量的粉煤灰填充了砂之間的孔隙，改善了再生砂漿的和易性，提高了再生砂漿的密實(shí)性，提高再生砂漿的強(qiáng)度。在摻量為40%時(shí)，再生砂和天然砂的顆粒級(jí)配達(dá)到了最優(yōu)化，粗顆粒的骨架作用得以充分發(fā)揮的同時(shí)，細(xì)顆粒的填充也達(dá)到了最大密實(shí)，強(qiáng)度最大。隨后如果摻量進(jìn)一步增大，粗細(xì)顆粒的比例發(fā)生變化，由骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)向懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)變化，骨架作用被削弱，從而強(qiáng)度降低。（3）再生砂的吸水率較大，在進(jìn)行再生砂漿和配比設(shè)計(jì)和試驗(yàn)時(shí)，只是加了再生砂因吸水率因素影響下的用水量，并沒(méi)有改變?cè)O(shè)計(jì)的水膠比，同時(shí)再生砂的壓碎指標(biāo)較小，其承受壓力作用的能力要高。在保證流動(dòng)性基本一致的情況下，再生砂漿的用水量隨著再生砂漿摻量的增加和用水量增大對(duì)再生砂漿的強(qiáng)度并沒(méi)有影響。

圖3 再生砂摻量對(duì)再生砂漿保水性的影響

圖4 再生砂摻量對(duì)再生砂漿強(qiáng)度的影響

2.4 再生砂對(duì)再生砂漿收縮性的影響

在試驗(yàn)過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)隨著再生砂替代率的增加，再生砂漿試塊有一定的收縮性，摻量在40%以下不太明顯，在超過(guò)40%取代率的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)在28d收縮值比天然砂的收縮率大一些。由此可見(jiàn)，再生砂的摻加對(duì)再生砂漿的體積穩(wěn)定性有不利的影響。再生砂的摻量在40%以下時(shí)，摻量的增加有利于優(yōu)化級(jí)配，從而提高砂漿密實(shí)度，所以收縮值的提高并不明顯，但超過(guò)40%后，級(jí)配隨摻量的增加越來(lái)越差，因而收縮值顯著提高。

3 結(jié)論

3.1 在保證再生砂漿稠度基本一致的條件下，再生砂漿的用水量比天然砂漿高，但是保水性較好，再生砂將具有較好的和易性。

3.2 廢舊粘土磚再生砂可以替代天然砂，再生砂替代天然砂對(duì)砂漿強(qiáng)度有一定的影響，一定的摻量對(duì)砂漿強(qiáng)度具有良好的效果，可以獲得良好的骨料級(jí)配，提高強(qiáng)度。

3.3 再生砂的不同替代率對(duì)再生砂漿的性能影響不是太大，不同取代率的再生砂漿的用水量不同，且取代率越大其用水量越大，但強(qiáng)度會(huì)有一定的變化。

參考文獻(xiàn)

[1] 王武祥.建筑垃圾的循環(huán)利用[J].中國(guó)建材，2005（8）23-27.

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[3] 蔡秀蘭.再生細(xì)集料混合砂漿配和比及物理性能試驗(yàn)研究[D].鄭州大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010.

[4] 程海麗.廢舊磚在建筑砂漿中的應(yīng)用研究[J].北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（3）89-93.

基金項(xiàng)目：陜西省大學(xué)生科技創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（1732）。

作者簡(jiǎn)介：李文光，陜西理工學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院；指導(dǎo)教師：薛麗皎。