宋 兵，孫 恒，潘林澤**，王 超***

(1.吉林化工學(xué)院 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，吉林 吉林 132022；2.吉林供電公司 經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究所，吉林 吉林 132000)

近年來(lái)，隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，在消耗大量天然砂石資源的同時(shí)，也產(chǎn)生了數(shù)億噸的建筑垃圾.如何有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，充分利用建筑垃圾，也是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)課題.玻化微珠再生混凝土是在再生混凝土中摻入一定的?；⒅槎纬傻男滦凸?jié)能保溫再生混凝土，可實(shí)現(xiàn)保溫節(jié)能與變廢為寶的初衷.宋雪嬌，胡忠君[1]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)再生粗骨料取代率為100%、?；⒅閾搅繛?%時(shí)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度為30.3 MPa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.835 W·(m·K)-1.梁浩等[2]研究發(fā)現(xiàn)試件尺寸效應(yīng)對(duì)?；⒅楸鼗炷恋目箟骸⒖估?、抗折強(qiáng)度和彈性模量均有影響.游帆，鄭建嵐[3]通過調(diào)整?；⒅榛炷林械娜偕?、細(xì)骨料取代率對(duì)其導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)再生粗、細(xì)骨料可明顯降低?；⒅樵偕炷翆?dǎo)熱系數(shù).

硅藻土作為一種硅質(zhì)巖石，主要以SiO2為主，我國(guó)遠(yuǎn)景儲(chǔ)量達(dá)20多億噸.周忠義，孫慶合等[4-5]進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)研究，他們的試驗(yàn)方式是利用煅燒硅藻土的微集料效應(yīng)以及火山灰效應(yīng)在混凝土配置方面進(jìn)行相關(guān)研究，不但取得了一定的研究成果，還為國(guó)內(nèi)的硅藻土利用研究拓寬了視野.李佰壽，岳志鑫[6]進(jìn)行了相關(guān)研究并得出如下結(jié)論：煅燒硅藻土摻量控制在3%以內(nèi)，粉煤灰摻量為20%時(shí)，能夠提高再生混凝土的抗壓強(qiáng)度.

基于此，課題組提出將煅燒硅藻土取代部分水泥，復(fù)摻到?；⒅榛炷林?，該混凝土由全再生粗骨料組成，調(diào)整?；⒅楹挽褵柙逋恋膿搅?，并且與普通混凝土做對(duì)比.對(duì)于上述兩相影響玻化微珠混凝土性能的情況進(jìn)行相關(guān)研究，參數(shù)主要包括軸心的抗壓強(qiáng)度、靜力受壓彈性模量、立方體抗壓強(qiáng)度以及劈裂抗拉強(qiáng)度等基本的力學(xué)性能數(shù)據(jù)，為下一步的相關(guān)研究及應(yīng)用提供一定的理論基礎(chǔ).

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

(1)粉煤灰、水泥、煅燒硅藻土

試驗(yàn)所選用的水泥品牌為吉林亞泰鼎鹿牌，具體型號(hào)為P.O42.5；粉煤灰是吉林延吉發(fā)電廠所生產(chǎn)的，級(jí)別是一級(jí)；煅燒硅藻土是吉林臨江天元催化劑有限公司所生產(chǎn)的，硅藻土的細(xì)度為325目，試驗(yàn)用硅藻土經(jīng)過600～800℃煅燒和超細(xì)磨碎而形成的穩(wěn)定、有序微孔結(jié)構(gòu)，其性能指標(biāo)如表1所示.

表1 煅燒硅藻土性能指標(biāo)

(2)?；⒅?/p>

試驗(yàn)所采用的玻化微珠生產(chǎn)廠家為凌海市龍巖建材廠.?；⒅橥ㄟ^1 200 ℃的高溫電爐進(jìn)行相關(guān)加工，形成內(nèi)部多孔、表面玻化封閉的球狀體細(xì)徑顆粒，對(duì)其堆積密度進(jìn)行了測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果是128 kg·m-3，?；⒅榈恼w吸水率能夠達(dá)到48.3%，具體性能見表2.

表2 ?；⒅樾阅苤笜?biāo)

(3)骨料

試驗(yàn)所采用的再生粗骨料原試件均通過了延吉市質(zhì)量檢測(cè)站的相關(guān)測(cè)試，強(qiáng)度都能夠達(dá)到C40標(biāo)準(zhǔn).經(jīng)過人工破碎并進(jìn)行篩分，所有的粗骨料粒徑為5～20 mm；細(xì)骨料是天然黃砂(中砂)，具體的性能指標(biāo)見表3.

表3 骨料的物理性能指標(biāo)

(4)減水劑和水

試驗(yàn)所采用的減水劑由吉林延吉方勝建材有限公司所生產(chǎn)，為高性能減水劑母液，這種減水劑的含固量達(dá)到40%；試驗(yàn)所采用的水是日常普通自來(lái)水.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

控制粉煤灰摻量為20%，煅燒硅藻土摻量為0%～3%，再生粗骨料取代率為100%，?；⒅閾搅颗c混凝土的體積比分別為0%～120%，并配制一組普通混凝土做對(duì)比.考慮到在玻化微珠再生混凝土中，再生粗骨料與?；⒅轭w粒二者均具有明顯的吸水性，為避免二者吸收拌和水而降低混凝土的和易性，提前測(cè)定了二者不同摻量下所需的吸附水.

經(jīng)過適配調(diào)整，最終確定混凝土的單位用水量為165 kg·m-3，水膠比為0.35，砂率為40%，減水劑摻量為0.7%，配制的混凝土拌合物坍落度在200±10 mm左右.表4為RC-120-3至NC-0-0等7組混凝土的配合比設(shè)計(jì)情況.

表4 混凝土配合比設(shè)計(jì) 單位：kg·m-3

1.3 混凝土的生產(chǎn)、養(yǎng)護(hù)和性能檢測(cè)

本次試驗(yàn)中，混凝土攪拌機(jī)選用HJW-100型攪拌機(jī)，混凝土攪拌過程如圖1所示.

圖1 ?；⒅榛炷恋臄嚢枇鞒?/p>

將配制生產(chǎn)好的玻化微珠再生混凝土進(jìn)行澆筑，測(cè)試立方體抗壓強(qiáng)度(fcu)、劈裂抗拉強(qiáng)度(fs)的試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，測(cè)試軸心抗壓強(qiáng)度(fc)、彈性模量(E)的試件尺寸為150 mm×150 mm×300 mm.試件在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)7 d和28 d，性能測(cè)試按《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50081—2002》[7]進(jìn)行.

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)測(cè)得的7組混凝土的坍落度與表觀密度如表5所示.立方體抗壓強(qiáng)度(fcu)、軸心抗壓強(qiáng)度(fc)、劈裂抗拉強(qiáng)度(fs)與彈性模量(E)如表6所示.

表5 混凝土的坍落度與表觀密度

表6 混凝土基本力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

2.2 塑性狀態(tài)分析

混凝土拌合物及坍落度測(cè)量試驗(yàn)如圖2、3所示，配制出的玻化微珠再生混凝土呈現(xiàn)了較好的和易性.

圖2 混凝土拌合物

圖3 坍落度試驗(yàn)

由表5中可以看出，?；⒅樵偕炷恋谋碛^密度隨著其顆粒摻量的提升而降低，這主要是由于?；⒅轭w粒密度低，隨著摻量的提升，混凝土單位體積內(nèi)的占比增加，進(jìn)而降低了混凝土的密度.當(dāng)其摻量為120%時(shí)，混凝土表觀密度的降低幅度相比摻量為100%時(shí)變小，其原因在于?；⒅轭w粒摻量過大，一部分顆粒缺少水泥砂漿的包裹保護(hù)，在攪拌生產(chǎn)時(shí)被擠碎.還可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)玻化微珠顆粒摻加量達(dá)到100%，該混凝土發(fā)生較大改變，其表觀密度降低為1 943.6 kg·m-3，與普通混凝土相比，降幅大約為22.9%，體現(xiàn)了輕骨料混凝土的一般特性.

2.3 抗壓強(qiáng)度

根據(jù)表6中所顯示的數(shù)據(jù)，不難發(fā)現(xiàn)，在試驗(yàn)過程中，?；⒅樵偕炷恋酿B(yǎng)護(hù)時(shí)間由原來(lái)的7 d逐漸延長(zhǎng)至28 d，該混凝土抗壓強(qiáng)度獲得較為明顯的增強(qiáng).一是考慮再生骨料和?；⒅轭w粒的吸水特點(diǎn)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加對(duì)于二者所吸收的水分有一定的釋放作用，讓周圍的水泥水化過程非常充分，提升了整體的密實(shí)程度以及抗壓能力；二是由于試驗(yàn)采用的硅藻土是325目細(xì)度的，對(duì)于宏觀裂縫有非常明顯的填充作用，并且與其中的氫氧化鈣溶液會(huì)發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)，最終生成鈣硅比比較低的C-S-H凝膠，對(duì)裂縫有一定的修復(fù)作用.而且在試驗(yàn)過程中，還有一定量的粉煤灰復(fù)摻，二者發(fā)揮了火山灰效應(yīng)和微集料效應(yīng)[5]，對(duì)于抗壓能力也有進(jìn)一步的提升.通過RC-0-3與RC-0-0和NC-0-0對(duì)比，也可見煅燒硅藻土和粉煤灰對(duì)?；⒅樵偕炷恋母男孕Ч?100%再生粗骨料取代率的RC-0-3，其28d抗壓強(qiáng)度較NC-0-0降低了7.4%，仍達(dá)到了C40混凝土強(qiáng)度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，而相比RC-0-0，其抗壓強(qiáng)度提高了9%，效果比較明顯；玻化微珠再生混凝土的fcu值與fc值均隨著?；⒅轭w粒含量由0～120%的提升而降低，其原因在于隨著混凝土中顆粒含量逐漸增加，其分布密度也隨之升高，會(huì)有貫通通道在不同的?；⒅轭w粒之間形成，這會(huì)促使混凝土的抗壓能力降低[8]；當(dāng)玻化微珠顆粒的摻加量為100%時(shí)，再生混凝土的fcu值為32.55 MPa，仍能滿足C30混凝土的強(qiáng)度等級(jí)要求.

7組混凝土的fc值隨著fcu值的增加而增加.其中RC-60-3、RC-80-3、RC-100-3、RC-120-3的fc與fcu的比值在0.80～0.83之間，與NC-0-0(0.76)和RC-0-3(0.77)相比，該比值明顯更高.這是因?yàn)椴；⒅轭w粒的摻加，導(dǎo)致混凝土的密實(shí)度降低，在軸壓荷載作用下，?；⒅樵偕炷猎嚰沫h(huán)箍效應(yīng)較普通混凝土和普通再生混凝土相比減弱，致使抗壓能力提升不顯著，且隨著顆粒摻量的增加，fc與fcu的比值逐漸增大.

由表6的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得到?；⒅榛炷恋膄c與fcu的線性關(guān)系，如圖4所示.

fc=0.6916fcu+3.9734.

(1)

通過坐標(biāo)原點(diǎn)的關(guān)系式為：

fc=0.81fcu.

(2)

試驗(yàn)的結(jié)果基本與文獻(xiàn)[9]所闡述的結(jié)果一致.也就證明：玻化微珠再生混凝土采用文獻(xiàn)[10]的規(guī)定來(lái)計(jì)算具有較高的安全性.

立方體抗壓強(qiáng)度/MPa圖4 ?；⒅樵偕炷羏c與fcu關(guān)系

2.4 劈裂抗拉強(qiáng)度

圖5和圖6分別為幾組再生混凝土的抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度，由圖可見，隨著?；⒅閾搅康脑黾樱偕炷恋呐芽估瓘?qiáng)度與抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢(shì).與RC-0-3相比，玻化微珠摻量為60%、80%、100%和120%時(shí)，抗壓強(qiáng)度依次降低了11.9%、15.7%、19.9%、31%，而劈拉強(qiáng)度分別降低了14.5%、20.6%、28%、40.9%，降低幅度更加明顯.主要原因在于?；⒅轶w積摻量增大后，由于其自身的多孔特性，使得混凝土密實(shí)度降低，內(nèi)部孔隙率增大，在單軸荷載作用下，容易形成應(yīng)力集中，并且伴隨玻化微珠體積摻量的增大，應(yīng)力集中現(xiàn)象愈發(fā)明顯，最終導(dǎo)致劈拉強(qiáng)度明顯降低.

試件編號(hào)圖5 再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度

試件編號(hào)圖6 再生混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度

2.5 靜力受壓彈性模量

根據(jù)圖7所顯示的結(jié)果，不難發(fā)現(xiàn)，在混凝土中加大?；⒅榈膿饺肓浚⑶覐?加到120%的過程中，再生混凝土的彈性模量一直在降低，與NC-0-0相比，RC-0-0降低了13.2%，RC-0-3僅降低8.9%，并不明顯，這與二者抗壓強(qiáng)度對(duì)比得出的結(jié)論相吻合，再次證實(shí)了煅燒硅藻土對(duì)再生混凝土的改性效果.而RC-60-3、RC-80-3、RC-100-3、RC-120-3分別降低了19.6%、23%、28.5%、32.8%.產(chǎn)生這種結(jié)果的原因是?；⒅轭w粒整體結(jié)構(gòu)為多孔的圓形結(jié)構(gòu)，在混凝土中加入越多的?；⒅?，整體的孔隙率越高，相比于同強(qiáng)度的普通混凝土，剛度變小、脆性降低、塑性較好.

試件編號(hào)圖7 各組試件的靜力受壓彈性模量

3 結(jié) 論

通過在全再生粗骨料混凝土中加入20%的粉煤灰、0%～3%的煅燒硅藻土以及0%～120%的?；⒅椋瑢?duì)相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，主要包括軸心抗壓強(qiáng)度、立方體抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、彈性模量等基本的力學(xué)性能數(shù)據(jù).并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)與普通混凝土之間的差異進(jìn)行了對(duì)比分析，最終得出如下的試驗(yàn)結(jié)論：

(1)復(fù)摻煅燒硅藻土能有效填充再生粗骨料自身存在的宏觀裂縫，并與粉煤灰共同發(fā)生一定的作用效果，主要包括兩個(gè)方面的作用，一方面是微集料作用，另一方面是火山灰作用，進(jìn)而提升?；⒅樵偕炷恋恼w抗壓能力，RC-0-3與RC-0-0相比，28 d的立方體抗壓強(qiáng)度提高了9%.

(2)隨著玻化微珠摻量的增加，再生混凝土的表觀密度、抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度與彈性模量均呈下降趨勢(shì).當(dāng)再生混凝土中玻化微珠摻加量為100%，煅燒硅藻土摻量為3%時(shí)，其立方體抗壓強(qiáng)度為32.55 MPa，仍能滿足C30混凝土的強(qiáng)度要求，而其表觀密度僅為1 943.6 kg·m-3，較普通混凝土約降低22.9%.

(3)隨著?；⒅閾郊恿康脑黾?，混凝土fc與fcu的比值增大.通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，得出?；⒅樵偕炷羏c與fcu的線性關(guān)系式：fc=0.81fcu.試驗(yàn)結(jié)果證明?；⒅樵偕炷敛捎孟嚓P(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)程計(jì)算的軸心抗壓強(qiáng)度具有較高的安全性.