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        紅磚粉末取代率對(duì)水泥混凝土路面的影響研究

        2022-10-24 06:06:40劉明富桑偉寧
        黑龍江交通科技 2022年11期
        關(guān)鍵詞:混凝土

        劉明富,桑偉寧

        (1.安徽省交通控股集團(tuán)有限公司,安徽 合肥 230088;2.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司,安徽 合肥 230088)

        0 引 言

        紅磚制品在我國(guó)應(yīng)用廣泛,中國(guó)也是一個(gè)紅磚生產(chǎn)和使用大國(guó)。隨著近年來(lái)新建房屋的不斷的增多,以及舊房改造等工程,我國(guó)城市產(chǎn)生的垃圾總量隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展也不斷增多。截至到2020年,我國(guó)的建筑垃圾規(guī)模已非常巨大,總量已達(dá)到驚人的200億噸左右,并且還在以35億噸每年的速度增加,這對(duì)我們的社會(huì)造成了很大的壓力,占到了城市固體垃圾的40%左右,建筑垃圾不同于其他固體廢棄物,其他固體廢棄物面臨著分散,不好集中處置以及分離開(kāi)來(lái)較為困難的問(wèn)題,建筑垃圾非常集中,便于收集。而這些建筑廢棄物將對(duì)我國(guó)的生態(tài)環(huán)境、氣候等造成嚴(yán)重影響。在如此多的建筑垃圾中,紅磚廢棄物產(chǎn)生量占據(jù)很大比重,并且在不斷增多,當(dāng)前國(guó)家大力提倡保護(hù)生態(tài)環(huán)境,關(guān)閉了很多天然采石場(chǎng),也限制天然石料的使用,而對(duì)于建筑垃圾再生性利用將成為今后的熱點(diǎn)。在此之前,已有學(xué)者對(duì)建筑垃圾紅磚進(jìn)行過(guò)研究,在研究紅磚粉末取代率占據(jù)50%以上時(shí),反而會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度,這很顯然是不利于紅磚粉末的應(yīng)用,此論文將會(huì)研究紅磚粉末取代率為50%以下的數(shù)據(jù),得出較為詳細(xì)的取代率數(shù)據(jù)。

        1 原材料與試驗(yàn)方案

        1.1 原材料

        (1)細(xì)骨料:取自河砂,細(xì)度模數(shù)為2.79。

        (2)粗骨料:取自巢湖的天然玄武巖碎石,級(jí)配為5~20 mm,各項(xiàng)主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

        (3)水泥:選用海螺牌42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。其主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

        (4)紅磚廢料:取自合肥某建筑工地的廢棄紅磚,將其破碎成0~3 mm的紅磚廢料。其各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足規(guī)范要求,主要性能指標(biāo)如表3所示。

        (5)水:城市自來(lái)水。

        表1 粗集料的性能指標(biāo)

        表2 水泥的性能指標(biāo)

        表3 紅磚粉末的性能指標(biāo)

        紅磚廢料的級(jí)配如圖1所示,其中紅磚粉末和天然河沙各取兩組進(jìn)行篩分,篩分結(jié)果如圖1所示:(A、B為兩組紅磚粉末,C、D為兩組天然河沙)

        圖1 細(xì)骨料級(jí)配曲線圖

        1.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

        對(duì)于試驗(yàn)紅磚水泥混凝土的配合比設(shè)計(jì),參考不添加紅磚廢料的混凝土配合比,按照紅磚骨料的特性不同,設(shè)計(jì)出適宜的紅磚水泥混凝土配合比。本次試驗(yàn)所采用0.38的水灰比。因?yàn)榧t磚骨料和天然碎石的吸水率很接近,所以在進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)的時(shí)候,忽略了紅磚粉末吸水對(duì)試驗(yàn)造成的影響。但紅磚粉末的表觀密度比較小,在替代天然河沙上,考慮材料的表觀密度,用表觀密度進(jìn)行紅磚粉末對(duì)天然河沙的線性替換。試驗(yàn)所采用的廢棄紅磚粉末摻量分別為0、10%、20%、30%、50%、100%,用以替代細(xì)骨料,制成紅磚粉末混凝土研究其各項(xiàng)性能指標(biāo)。

        2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

        2.1 廢紅磚機(jī)制砂取代率對(duì)混凝土工作性能的影響

        用廢棄紅磚粉末取代天然碎石應(yīng)用于水泥混凝土中,制備成混凝土試件,研究混凝土的坍落度和擴(kuò)展度的影響。這兩項(xiàng)指標(biāo)反應(yīng)了混凝土的工作性能,是評(píng)價(jià)混凝土性質(zhì)的重要指標(biāo)。研究不同取代率對(duì)這兩項(xiàng)指標(biāo)的影響,其結(jié)果如表4所示。

        表4 廢紅磚機(jī)制砂取代率對(duì)混凝土坍度與擴(kuò)展度的影響

        由表4可知,增加紅磚粉末的取代率,紅磚混凝土的坍落度逐漸減小,超過(guò)50%后降低較為顯著,擴(kuò)展度和坍落度規(guī)律相同,說(shuō)明摻入紅磚機(jī)制砂會(huì)讓混凝土的坍落度和擴(kuò)展度下降,工作性能變差。這是因?yàn)閺U棄紅磚粉末是經(jīng)過(guò)破碎工藝制備,表面較為粗糙,需水量大,而天然河沙表面比紅磚粉末光滑,需水量較小,因此在相同的條件下,廢棄紅磚機(jī)制砂取代率越大,混凝土的坍落度和擴(kuò)展度越小。相比于未摻紅磚粉末的混凝土,在紅磚粉末摻量為20%時(shí),混凝土的坍落度降低了10%、擴(kuò)展度降低了9%。根據(jù)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,廢棄紅磚機(jī)粉末表面比天然河沙粗糙,配置混凝土是用水量較大,并且會(huì)使混凝土的工作性能變差,但降幅不大,原因是廢棄紅磚經(jīng)高溫煅燒而成,本身結(jié)構(gòu)致密。

        2.2 廢紅磚機(jī)制砂取代率對(duì)混凝土抗壓、抗折強(qiáng)度的影響

        (1)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度測(cè)試

        使用選用邊長(zhǎng)為150 mm的立方體試件,用來(lái)測(cè)定紅磚混凝土的抗壓強(qiáng)度。先將試件進(jìn)行進(jìn)行壓實(shí),然后小心放入實(shí)驗(yàn)室中,并用保鮮膜將其封存,放在室內(nèi)(20±5)℃保存24 h后,進(jìn)行脫模處理。脫模后將試件放入恒溫箱中分別養(yǎng)護(hù)7 d和28 d,恒溫箱的養(yǎng)護(hù)條件為:溫度(20±0.5)℃、濕度95%以上。用應(yīng)力控制法測(cè)定紅磚水泥混凝土的抗壓強(qiáng)度,加載速率設(shè)定為為0.6 MPa/s。

        表5 紅磚粉末取代率對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

        從表5可知,在混凝土水灰比為0.38時(shí),紅磚水泥混凝土中摻入紅磚機(jī)制砂對(duì)抗壓強(qiáng)度有影響;紅磚水泥混凝土隨著紅磚摻量的增加,抗壓強(qiáng)度先是逐漸升高;在紅磚摻量達(dá)到20%,混凝土抗壓強(qiáng)度最大;當(dāng)紅磚機(jī)制砂摻量超過(guò)20%后,混凝土強(qiáng)度開(kāi)始下降,在超過(guò)50%后,下降較為明顯。

        (2)混凝土抗折強(qiáng)度測(cè)試

        本試驗(yàn)參照規(guī)范要求制備抗折強(qiáng)度試塊,制備的試塊尺寸為150 mm×150 mm×550 mm標(biāo)準(zhǔn)尺寸。試驗(yàn)結(jié)果如表6所知。水灰比為0.38時(shí),紅磚水泥混凝土隨著紅磚粉末摻量的增加,混凝土的抗折強(qiáng)度先是緩慢增加,紅磚摻量在20%左右時(shí)抗折強(qiáng)度達(dá)到最大;而后逐漸下降,當(dāng)紅磚摻量超過(guò)50%后,混凝土抗折強(qiáng)度下降較為顯著。

        表6 紅磚粉末取代率對(duì)混凝土抗折強(qiáng)度的影響

        2.3 廢紅磚機(jī)制砂取代率對(duì)混凝土干縮性能的影響

        將紅磚粉末作為機(jī)制砂加入混凝土中,制備的試塊尺寸為150 mm×150 mm×550 mm標(biāo)準(zhǔn)尺寸,制備六組試件,紅磚粉末取代率從0到100%,按照前文的試驗(yàn)規(guī)格,將制成的試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)7 d后分別進(jìn)行混凝土試塊的干燥收縮性能的試驗(yàn),記錄7 d、18 d、28 d、60 d的干燥收縮值,各組試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別如表7所示。

        表7 紅磚粉末取代率對(duì)混凝土干燥收縮性能的影響

        由表7可知,用紅磚粉末取代原河沙對(duì)混凝土試件的干縮性能有影響,在取代率50%以下時(shí),干縮值增加并不顯著,但在超過(guò)50%后,增加較為顯著,顯然是不利于混凝土試件的使用的,而紅磚粉末取代率在20%~30%的區(qū)間時(shí),混凝土試件的干縮值和原河沙試件差別很小,說(shuō)明紅磚粉末取代率咋20%左右是相對(duì)比較好的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn),再將上述表格數(shù)據(jù)繪制成折線圖,以紅磚粉末取代率為橫坐標(biāo),混凝土試件的干燥收縮值為縱坐標(biāo),分別繪制7 d、18 d、28 d、60 d的干燥收縮值曲線如圖2所示,從圖中可以看出,隨著取代率的變化,混凝土干縮值的總體上呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì),紅磚粉末取代率在20%~30%是一個(gè)比較好的取代率結(jié)果。

        圖2 紅磚粉末取代率對(duì)混凝土試件干縮的影響

        3 結(jié) 論

        (1)隨著廢紅磚粉末取代率的增大,混凝土的坍落度與擴(kuò)展度都在逐漸減小,但是在取代率不超過(guò)20%時(shí),下降的幅度很小,僅為10%、9%,對(duì)混凝土應(yīng)用于路面中影響不大。

        (2)隨著廢紅磚粉末取代率的增大,混凝土試件的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度先增后減,最佳取代率約為20%。

        (3)隨著紅磚粉末取代率的增加,混凝土試件的干燥收縮之呈先增加后減小的規(guī)律,在20%~30%的區(qū)間時(shí),干縮值和原河沙試件相比,差別不大,說(shuō)明20%的取代率是可行的。

        (4)用廢棄紅磚粉末替代天然河沙制備水泥混凝土可行,但最佳替代率僅為20%,占比太少,不利于此種材料大規(guī)模使用,如何提高紅磚粉末在配置混凝土中的占比,并且不影響混凝土的性能,這將是今后研究的方向。

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