王顯利，陳少清，畢明麗

(1.北華大學(xué),吉林省吉林市 132013； 2.長春工程學(xué)院，長春 130012)

廢磚細骨料砂漿的制備與基本性能的研究

王顯利1，陳少清1，畢明麗2

(1.北華大學(xué),吉林省吉林市 132013； 2.長春工程學(xué)院，長春 130012)

近年來，新城建設(shè)、舊城改造產(chǎn)生大量的建筑廢棄物，造成了環(huán)境污染和資源浪費。同時，我國天然砂資源日益短缺，極其需要代替品。針對以上問題，將廢棄黏土磚作為砂漿細骨料進行試驗研究。結(jié)果表明：廢磚骨料替代天然砂，會使砂漿的流動性降低，保水性提高。當替代率超過50%后，砂漿的流動性和保水性均不滿足使用要求，必須添加一定的附加用水量；得到了M5、M10和M15砂漿的替代率與附加用水量的關(guān)系式；用廢磚替代部分天然砂可以使砂漿的強度提高，且后期強度提高更加明顯。M5和M10砂漿的替代率為50%時，28 d強度達到峰值，M15砂漿則是25%時，達到峰值；制備M5砂漿可以采用100%廢磚骨料，制備M10以上的砂漿，替代率應(yīng)控制在50%以內(nèi)。

廢磚細骨料；再生砂漿；稠度；分層度；抗壓強度

隨著社會的進步和經(jīng)濟的快速發(fā)展，給環(huán)境造成了嚴重的破壞。資源短缺、環(huán)境惡化成為當今世界面臨的共同問題。一方面，目前我國天然砂的現(xiàn)狀已不容樂觀，經(jīng)過數(shù)十年的開采，天然砂已經(jīng)所剩無幾，大量的開采河沙嚴重破壞了河床的穩(wěn)定，造成了許多災(zāi)害。另一方面，每年舊城改造所拆除的建筑物產(chǎn)生了大量的廢棄物，它們以廢棄的黏土磚塊和廢混凝土塊為主[1-3]。廢棄物隨意堆放會占用大量土地，對我國土地資源造成浪費，同時對環(huán)境造成污染。目前大量建筑垃圾的處理方式是露天堆放或者填埋，帶來環(huán)境污染的同時也是對資源造成了極大的浪費。

國外對于廢棄黏土磚再生利用的研究較早，F(xiàn)ouad M.Khalaf[4]將黏土磚磨碎成4種不同類型的粗骨料，取代天然粗骨料制備混凝土。結(jié)果表明，用黏土磚作為粗骨料可以用來制備高強度混凝土，強度可以達到設(shè)計標準，而且部分試件的強度超過了普通花崗巖骨料的混凝土。F.Bektas,K.Wang等[5]使用廢棄黏土磚碎料，以10%和20%的取代率取代水泥砂漿中的細骨料，制備水泥砂漿，進行流動度、抗壓強度、凍融循環(huán)、收縮、堿骨料反應(yīng)等試驗。結(jié)果表明，10%和20%的取代量對砂漿的抗壓強度和收縮性影響都非常小，對砂漿的堿骨料反應(yīng)也沒有太大影響，對抗凍融性有一定的提高。近年來我國學(xué)者對于廢棄黏土磚的研究也比較多，靳秀芝等[6]人用廢黏土磚碎料不同比例替代天然河砂制備水泥砂漿。研究了不同替代率對砂漿抗壓、抗折強度的影響規(guī)律，結(jié)果表明當廢磚替代率為40%～60%時，強度達到峰值。總之，國內(nèi)外大多學(xué)者都將其作為粗骨料應(yīng)用于再生混凝土的研制，而將其作為細骨料應(yīng)用于再生砂漿的研制相對較少[7-12]。本文將廢磚碎料作為細骨料，針對廢磚再生砂漿的流動性、保水性、強度等方面進行試驗研究。本研究不僅可以節(jié)約自然資源，保護生態(tài)環(huán)境，還可以促進資源的循環(huán)再生利用，具有廣泛的社會效益和經(jīng)濟效益。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

1.1.1 水泥

試驗用的水泥為吉林市冀東水泥廠生產(chǎn)的P.C42.5普通硅酸鹽水泥，其物理—力學(xué)性能指標見表1，水泥各項指標均符合GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》對水泥的各項技術(shù)要求。

表1 水泥基本性能指標

1.1.2 天然砂和廢磚細骨料

本試驗采用的天然砂為吉林市誠信沙場購買的中砂，廢磚細骨料為廢棄黏土磚經(jīng)過清潔、破碎、級配后獲得，細度符合中砂要求，二者基本性能指標見表2。采用等質(zhì)量法，分別用廢磚骨料25%、50%、75%和100%替代天然砂獲得混合骨料，其篩分析試驗結(jié)果見表3，級配曲線如圖1。

表2 骨料基本性能指標

表3 骨料的篩分析試驗結(jié)果

圖1 骨料級配曲線

1.1.3 水

吉林市自來水。

1.2 試驗方法

本文分別設(shè)計了M5、M10和M15 3種強度等級的砂漿進行試驗研究。每種強度等級的砂漿分別用廢磚骨料0%、25%、50%、75%和100% 5種比例替代天然砂，分別研究廢磚骨料不同替代率對3種強度砂漿的稠度、分層度、用水量和強度的影響規(guī)律。

依據(jù)JGJ/T70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》中的操作規(guī)程進行稠度、分層度及強度測試。首先對砂漿拌合物進行稠度和分層度測試，根據(jù)稠度值要求調(diào)整用水量，將調(diào)整后滿足稠度要求的拌合物裝入70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm試模，每組試件做3塊。試件制作后在室溫(20±5) ℃的環(huán)境下靜置(24±2)h后脫模，放在(20±2) ℃，相對濕度95%以上的標準養(yǎng)護箱中養(yǎng)護至相應(yīng)齡期進行抗壓強度測試。具體試驗配合比見表4。

表4 砂漿配合比表 單位：kg·m-3

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 廢磚摻量對砂漿稠度和分層度的影響

在本研究中，選取在建筑中應(yīng)用最普遍的稠度要求：50～70 mm。對砂漿拌合過程中的稠度及分層度進行測試，結(jié)果見表5。廢磚骨料表面具有疏松多孔的特點，這就造成了它具有較高的吸水率的特點。由表5可以看出：在相同的用水量的條件下，A1、B1、C1的稠度值均在50 mm左右，分層度較大。說明天然骨料的砂漿在該用水量下具有較好的流動性，但保水性較差；隨著廢磚骨料替代率的增加，3種強度砂漿的稠度和分層度均在減小，說明廢磚骨料的摻入使砂漿流動性降低，保水性提高。當替代率大于50%后，導(dǎo)致砂漿的流動性不符合要求，甚至喪失流動性。這是因為廢磚骨料具有較高的吸水率。當替代率大于50%后，分層度小于10 mm，會導(dǎo)致砂漿過于干稠不易操作，容易出現(xiàn)干縮開裂等問題。因此，為使廢磚再生砂漿的流動性滿足試驗要求，需要對廢磚砂漿摻入一定的附加用水，以保證流動度的要求。

表5 稠度及分層度測試結(jié)果

2.2 不同廢磚摻量對砂漿用水量的影響

附加用水量是指再生砂漿相比于普通砂漿，達到相同稠度值條件下，所需添加的額外用水量。通過試驗得出的保證相同稠度的廢磚砂漿的附加用水量如圖2所示。

由圖2可以看出，在保證相同的稠度的條件下，隨著廢磚骨料替代率的增加，附加的用水量逐漸增加。3種強度砂漿的附加用水量與廢磚替代率大致呈線性關(guān)系，對其進行擬合可以得到方程(1)～(3)：

y1=0.508x1-2.52，

(1)

y2=0.464x2-1.10，

(2)

y3=0.496x3-3.34，

(3)

式中：y1、y2、y3分別表示強度等級為M5、M10、M15砂漿的附加用水量(%)；x1、x2、x3分別表示M5、M10、M15 3種砂漿的廢磚替代率(%)。

3.3 廢磚替代率對砂漿強度的影響

本試驗分別對3種強度砂漿的3 d、7 d、28 d、56 d的抗壓強度進行了測定，試驗測試結(jié)果見表6，3種強度砂漿的不同廢磚替代率、不同齡期與抗壓強度的關(guān)系如圖3～5。

表6 砂漿強度測試結(jié)果

圖3 M5砂漿的廢磚替代率與抗壓強度關(guān)系

圖4 M10砂漿的廢磚替代率與抗壓強度關(guān)系

圖5 M15砂漿的廢磚替代率與抗壓強度關(guān)系

從圖3可以看出，用廢磚骨料替代天然砂制備M5等級砂漿，隨著廢磚替代率的增加，齡期3 d的強度隨替代率增大變化不大。齡期7 d、28 d、56 d的強度變化規(guī)律大致相同，均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。峰值均出現(xiàn)在廢磚骨料替代率為50%時，此時相比完全天然骨料7 d、28 d、56 d強度分別提高了31.3%、20.4%和14.6%。替代率超過50%后，強度逐漸下降，當替代率為100%時，廢磚骨料砂漿的28 d強度為8.1 MPa，雖然小于天然砂砂漿的9.3 MPa，但是強度值仍滿足M5等級砂漿要求的強度。

從圖4可以看出，用廢磚骨料替代天然砂制備M10等級砂漿，隨著廢磚替代率的增加，其規(guī)律與M5砂漿相似，3 d強度呈略有下降的趨勢，7 d、28 d、56 d的強度呈先增大后減小的趨勢。當替代率為50%時，7 d和28 d強度達到峰值，與天然砂砂漿相比，強度分別提高了29.6%和36.6%。齡期56 d的砂漿，廢磚替代率為25%時強度達到峰值，與天然砂砂漿相比，強度提高27.7%。當替代率為100%時，廢磚骨料砂漿的強度為9.8 MPa，小于M10砂漿的強度標準。因此，用廢磚骨料制備M10砂漿，廢磚替代率不宜超過75%，否則強度難以保證。

從圖5可以看出，用廢磚骨料替代天然砂制備M15等級砂漿，隨著廢磚替代率的增加，砂漿的強度也呈先增加后減小的趨勢。3 d、7 d、28 d、56 d的強度峰值均在廢磚摻量為25%時。同時，當廢磚替代率為75%時，廢磚骨料砂漿強度為14.7 MPa不滿足M15砂漿強度要求。因此，用廢磚骨料制備M15強度的砂漿，廢磚替代率應(yīng)在50%以內(nèi)。當替代率為25%時強度最大，28 d強度為18.8 MPa。

2.4 不同替代率的M10砂漿強度和齡期的關(guān)系

由圖6可以看出，除3 d強度以外，廢磚替代率小于50%的廢磚骨料砂漿的強度均高于完全天然砂砂漿。同時，通過對比不同齡期下，摻入和未摻入廢磚骨料的砂漿可看出，用廢磚骨料適當替代天然骨料可以提高砂漿強度，且后期強度提高更加明顯，摻入25%廢磚骨料的砂漿56 d強度提高了27.7%。這是因為廢磚骨料的成分比較特殊，它由黏土、煤矸石等原料焙燒而成，一些學(xué)者研究表明，黏土磚粉末具有一定的火山灰性質(zhì)。廢磚骨料中的微小粉末具有活性成分，可以與Ca(OH)2結(jié)合生成新的膠凝物質(zhì)，從而使后期強度得到提高。

3 結(jié)語

1)廢磚骨料表面疏松多孔，具有較高的吸水率。將廢磚替代天然砂制備砂漿，隨著廢磚替代率的增加，會使砂漿的稠度值逐漸降低，流動性越來越差，但保水性提高。當替代率超過50%后，會使砂漿的流動性和保水性均不滿足使用要求，必須添加一定的附加用水量。

圖6 M10砂漿強度與齡期關(guān)系

2)通過分析得出，3種強度砂漿的附加用水量與廢磚替代率大致呈線性關(guān)系，并通過擬合得到了二者的關(guān)系式。

3)用廢磚一定比例的替代砂漿中的天然砂，可以使砂漿的強度得到提高。M5和M10等級砂漿在廢磚替代率為50%時獲得的28 d強度最高。M15等級砂漿在廢磚替代率為25%時獲得的28 d強度最高。用廢磚骨料可以100%替代天然砂制備強度等級的M5砂漿，但需要加入一定的附加用水量。用廢磚骨料制備M10以上強度較高的砂漿，則替代率應(yīng)控制在50%以內(nèi)。

4)用廢磚骨料替代天然砂制備砂漿，對砂漿的后期強度提高較為明顯，M10級砂漿摻入25%的廢磚骨料，其56 d強度提高了27.7%。

[1] 郭瑞亮.全級配再生粘土磚骨料在混凝土和砂漿中的應(yīng)用研究[D].天津：天津大學(xué)，2009.

[2] 鄭麗.廢粘土磚粉混凝土的性能研究[D].濟南：山東大學(xué)，2012.

[3] 袁帥.磚、砼再生細骨料砂漿力學(xué)性能及應(yīng)用研究[D].長沙：長沙理工大學(xué)，2013.

[4] Khalaf Fouad M.Using crushed clay brick as coarse aggregate in concrete[J].Journal of Material in Civil Engineering， 2006，18(4)：518.

[5] Bektas F,Wang K，Ceylan H.Effects of crushed clay brick aggregate on mortar durability[J].Construction and Building Materials，2009，23(5):1909-1914.

[6] 李新建，韓濤，靳秀芝，等.廢黏土磚顆粒對砂漿強度的影響[J].建材技術(shù)與應(yīng)用，2011(3)：1-3.

[7] 程海麗.粉煤灰與廢茹土磚再生混凝土試驗研究[J].混凝土與水泥制品，2005(5):48-50.

[8] 周文娟，陳家瓏，路宏波.綠色再生砂漿試驗研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2009(7):15-19.

[9] 王穆芝，劉曉軍.水泥混凝土技術(shù)與生態(tài)環(huán)境[J].科技信息，2008(23):440-443.

[10] 田洪臣，段緒勝，王福忠，等.建筑垃圾的綜合應(yīng)用[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2006(1):109-112.

[11] 梁倚，鄧志恒，黃廷劍，等.以廢磚粉和廢砂漿為細骨料的再生混凝土受力性能試驗研究[J].混凝土,2009(3):44-46.

[12] 曾路春.廢混凝土作粗骨料、廢磚作細骨料制備再生混凝土的試驗研究[J].墻材革新與建筑節(jié)能，2006(8):35-36.

The Research on Preparation and Basic Properties of Recycled Brick Aggregate Mortar

WANG Xian-li，et al.

(BeihuaUniversity，JilinJilin132013，China)

In recent years，with the new town construction and old city reconstruction massive building waste has been produced，causing environmental pollution and resource waste.Meanwhile，the sand resources increasingly scarce in China，and the replacement is needed extremely.To solve above problems，in this paper，the recycled brick aggregate has been used as mortar aggregate in the test.The results show that recycled brick aggregate used as natural mortar can make the fluidity of mortar decrease and water retention improve.After the replacement rate more than 50%，liquidity and water retention of mortar can not meet the requirements of operating.The additional water must be added；The results obtain the relation between replacement and additional water of the mortar as M5，M10 and M15；The replacement to natural sand with recycled brick can raise the strength of cement mortar，and later the strength increases more obviously.When the replacement of M5 and M10 reaches 50%，the 28 d strength reaches peak，the M15 mortar is about 25% at peak.Preparation of M5 mortar can use 100% recycled brick aggregate，and replacement rate should be controlled within 50% when preparation of mortar about M10 or above.

brick aggregate；recycled mortar；consistence；segregation degree；strength

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.01.007

2017-01-12

王顯利(1972-)，男(漢)，吉林遼源，博士，教授 主要研究土木工程新材料。

TU521

A

1009-8984(2017)01-0030-04