磚渣輕骨料泵送混凝土工程應(yīng)用研究*

姚源，羅作球，張凱峰，秦志勇，孟剛，劉江非，王佳敏，歐陽(yáng)平，楊寶帥

（中建西部建設(shè)北方有限公司，陜西 西安 701116）

0 前言

隨著我國(guó)的城市化建設(shè)不斷加快，在建筑過(guò)程中，不可避免的產(chǎn)生了大量的建筑垃圾[1]，不但對(duì)資源產(chǎn)生了浪費(fèi)，也給環(huán)境造成了污染。據(jù)調(diào)查，預(yù)計(jì)到 2020 年國(guó)內(nèi)建筑垃圾總量將超過(guò) 50 億噸（其中粘土磚、混凝土等成分占建筑垃圾總量的五分之四左右），我國(guó)目前每年拆除舊建筑物產(chǎn)生的建筑垃圾超過(guò) 4000 萬(wàn)噸。本文結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)建筑垃圾再利用形勢(shì)，突破建筑垃圾再生輕骨料混凝土應(yīng)用技術(shù)，科學(xué)設(shè)計(jì)，制備了性能良好的磚渣輕骨料混凝土，并成功泵送施工，對(duì)緩解資源壓力有重要意義。

1 試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料性能

（1）水泥：富平生態(tài) P·O42.5 水泥，初凝時(shí)間 180min，終凝時(shí)間 285min，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量 29%，安定性合格。

（2）粉煤灰：銅川華能Ⅱ級(jí)粉煤灰，細(xì)度 15.6%，需水量 96%，燒失量 4.2%，含水率 0.2%。

（3）砂：渭河產(chǎn)水砂，中砂，細(xì)度模數(shù) 2.3，級(jí)配 Ⅱ 區(qū)，含泥量 1.3%，泥塊含量 0.4%，堆積密度 1550kg/m3。

（4）輕骨料：根據(jù) GB/T 17431.1—2010《輕集料及其試驗(yàn)方法 第 1 部分：輕集料》的有關(guān)規(guī)定，優(yōu)選出龍鳳實(shí)業(yè)磚渣進(jìn)行應(yīng)用探索，其基本檢測(cè)指標(biāo)如表 1 所示。

表1 磚渣輕骨料基本性能檢測(cè)

（5）外加劑：自有外加劑廠生產(chǎn)的磚渣輕骨料專(zhuān)用外加劑，減水率 27%，含氣量 2.8%。

1.2 試驗(yàn)方法

（1）水泥、粉煤灰、外加劑、砂石骨料等原材料的檢測(cè)參照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。磚渣輕骨料按照 GB／T 17431.1—2010 的有關(guān)規(guī)定。

（2）混凝土配合比參照 JGJ 12—2019《輕骨料混凝土應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行?；炷凉ぷ餍阅茉囼?yàn)方法參照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行?；炷亮W(xué)性能試驗(yàn)參照 GB/T 50081—2019《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》。

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 理論分析

根據(jù)流體力學(xué)的基本原理，磚渣輕骨料在混凝土中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以用公式 (1) 表示：

式中：

ρ——輕骨料的顆粒密度，g/cm3；

ρc——水泥漿體的密度，g/cm3；

r——顆粒半徑，cm；

η——混凝土的粘性系數(shù)，P, dyn·s/cm2；

ν——顆粒的運(yùn)動(dòng)速度，cm/s。

由式 (1) 分析可以得出：輕骨料的顆粒粒徑、漿體粘度，輕骨料與漿體之間的密度差是影響混凝土工作性能的關(guān)鍵性因素[2]。

為了保持新拌輕骨料混凝土的工作性能可以從以下幾方面進(jìn)行探索：

（1）盡量減小骨料粒徑，所以本試驗(yàn)選用 5～ 10mm 的再生磚渣作為粗骨料。

（2）滿(mǎn)足施工要求的情況下盡量提高混凝土漿體黏度。

（3）為了降低密度差，選用粉煤灰作為摻合料，并盡量提高其摻量。[3]

（4）運(yùn)用磚渣輕骨料專(zhuān)用外加劑，調(diào)節(jié)專(zhuān)用外加劑的保坍組分，提高輕骨料混凝土工作性能及工作性能保持能力。

（5）通過(guò)控制輕骨料預(yù)濕程度及輕骨料混凝土入泵工作性能指標(biāo)，并結(jié)合專(zhuān)用外加劑，提高輕骨料混凝土泵送保持能力。[4]

根據(jù)以上原則，對(duì)磚渣輕骨料泵送混凝土的原材料進(jìn)行優(yōu)選，對(duì)涉及到磚渣輕骨料泵送指標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)。

2.2 混凝土配制

遵照 JGJ 12—2019《輕骨料混凝土應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，本試驗(yàn)采用體積法對(duì)輕骨料混凝土配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，混凝土配合比和性能如表 2 所示。

由表 2 可知，混凝土試配狀態(tài)良好，但是 A1 和 A3 的 1h 坍落度損失較大。最終綜合考慮強(qiáng)度、工作性能和經(jīng)濟(jì)性，選用 A4 作為生產(chǎn)基準(zhǔn)配合比。

表2 磚渣混凝土配合比試配和性能

3 工程應(yīng)用

根據(jù)前期的試配試驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)過(guò)多次中試后將磚渣輕骨料混凝土應(yīng)用于西安某項(xiàng)目宿舍樓頂板屋面，施工中采用車(chē)泵泵送一次性澆注完成，泵送高度 30m。磚渣輕骨料混凝土生產(chǎn)配合比和性能如表 3 所示。

表3 磚渣混凝土生產(chǎn)配合比及性能

磚渣輕骨料混凝土運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)后，經(jīng)檢測(cè)，工作性能良好，泵后損失小，為保障澆筑效果，混凝土泵送過(guò)程中盡量保持連續(xù)供應(yīng)不斷料。

磚渣輕骨料混凝土工作性能良好，擴(kuò)展度達(dá)到了 680mm，泵送損失小，只有 30mm，泵后依舊保持了較高的流動(dòng)性，達(dá)到了自密實(shí)狀態(tài)，減少了施工時(shí)間，為后續(xù)的施工過(guò)程提供了時(shí)間保障。

項(xiàng)目泵送完成后，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)體取樣，對(duì)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如圖 1 所示。

圖1 項(xiàng)目應(yīng)用磚渣輕骨料混凝土早期強(qiáng)度

從圖 1 中可以看出，混凝土強(qiáng)度發(fā)展良好，尤其是早期強(qiáng)度發(fā)展得較快，為后續(xù)的工程提供了時(shí)間保障。

4 成本核算

利用再生磚渣替代陶粒生產(chǎn)輕骨料混凝土，通過(guò)對(duì)細(xì)骨料搭配調(diào)整以及粉料體系優(yōu)化調(diào)整，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工性能以及強(qiáng)度要求情況下，大幅度降低了輕骨料的應(yīng)用成本，陶粒輕骨料混凝土和再生磚渣輕骨料混凝土成本核算對(duì)比結(jié)果如表 4 所示。

表4 成本核算對(duì)比 元

5 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)流體力學(xué)原理的分析，輕骨料混凝土若要工作性能良好，盡量滿(mǎn)足以下條件：盡量減小骨料粒徑；提高混凝土漿體黏度；選用輕質(zhì)摻合料，并盡量提高其摻量；優(yōu)選外加劑。

（2）通過(guò)調(diào)整磚渣混凝土配合比，制備出了施工性能良好、強(qiáng)度有保障的輕骨料混凝土配合比，擴(kuò)展度最高達(dá)到 680mm，倒坍時(shí)間 2.9s，強(qiáng)度最高達(dá)到 40.4MPa。經(jīng)過(guò)多次中試后將磚渣輕骨料混凝土應(yīng)用于西安某項(xiàng)目宿舍樓頂板屋面，容重達(dá) 1820kg/m3，施工過(guò)程順利，后期強(qiáng)度發(fā)展良好，泵后擴(kuò)展度 650mm，倒坍時(shí)間 3.0s，28d 強(qiáng)度 32.4MPa。

（3）利用再生磚渣替代陶粒生產(chǎn)輕骨料混凝土，通過(guò)對(duì)細(xì)骨料搭配調(diào)整以及粉料體系優(yōu)化調(diào)整，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工性能以及強(qiáng)度要求情況下，大幅度降低了輕骨料的應(yīng)用成本，具有巨大的推廣意義。