再生磚粉摻量對(duì)混凝土性能的影響

李博成

（中國(guó)路橋工程有限責(zé)任公司，北京 100010）

引言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，大量廢舊建筑物被拆除，產(chǎn)生了大量的固體廢棄物。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)建筑固體廢棄物在2017年的總量已經(jīng)達(dá)到了3.26億噸，其中廢黏土磚約占建筑固體廢棄物總量的50%[1]。目前，針對(duì)建筑廢磚的再生利用主要集中在填筑路基以及作為再生骨料和輔助膠凝材料。但已有研究表明，由于再生磚骨料的孔隙率大、吸水率高、強(qiáng)度低，其作為再生骨料應(yīng)用于混凝土中會(huì)導(dǎo)致再生混凝土強(qiáng)度低、耐久性差，從而導(dǎo)致磚骨料的再生利用率低，限制了其大規(guī)模應(yīng)用[2]。

黏土磚是利用富含硅、鋁相的黏土經(jīng)過(guò)高溫煅燒制得的，將其磨細(xì)制備的磚粉可作為輔助膠凝材料。研究結(jié)果顯示，再生磚粉中的SiO2、Fe2O3和Al2O3的總含量超過(guò)70%[3-4]。薛翠真等[4]測(cè)試了再生磚粉中的活性物質(zhì)含量，認(rèn)為再生磚粉具有一定的火山灰活性。ZHAO等[5]發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)延長(zhǎng)研磨時(shí)間提高再生磚粉的火山灰活性，并將再生磚粉火山灰活性的提高歸因于其比表面積的增加。在此基礎(chǔ)上，將磨細(xì)的再生磚粉加入到混凝土中，研究在不同磚粉摻量條件下再生混凝土的工作性能和力學(xué)性能變化規(guī)律。

1 原材料與測(cè)試方法

1.1 原材料

（1）水泥：P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，其表觀密度及比表面積分別為3.2 g/cm3、371 m2/kg，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。（2）粗集料：粒徑為4.75～19 mm的連續(xù)級(jí)配碎石；細(xì)集料：普通河砂，細(xì)度模數(shù)為2.5。（3）水：普通飲用水。（4）減水劑：聚羧酸減水劑，減水率為25%。（5）磚粉：表觀密度和比表面積分別為2.8 g/cm3、436 m2/kg，化學(xué)組成見(jiàn)表2。

表1 水泥技術(shù)指標(biāo)

表2 再生磚粉化學(xué)組成

1.2 配合比設(shè)計(jì)

試驗(yàn)用C40混凝土的基準(zhǔn)配合比為m水泥∶m水∶m砂∶ m石=1∶0.38∶1.5∶2.4，水灰比為0.38，砂率為0.36，聚羧酸減水劑的用量為2.5 kg/m3。在基準(zhǔn)配合比的基礎(chǔ)上，改變?cè)偕u粉取代水泥比例（5%、10%、15%、20%、30%、40%），混凝土試件配合比見(jiàn)表3。

表3 C40混凝土配合比設(shè)計(jì)

1.3 測(cè)試方法

新拌混凝土的坍落度測(cè)試參考《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50080—2016），硬化混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗彎拉強(qiáng)度測(cè)試參考《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50082—2009）中的相關(guān)規(guī)定?；炷量箟簭?qiáng)度試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，抗彎拉強(qiáng)度試件尺寸為150 mm×150 mm×550 mm。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 坍落度

不同磚粉取代率下混凝土的坍落度見(jiàn)圖1。

圖1 混凝土坍落度隨磚粉取代率的變化

由圖1表明：（1）隨著磚粉取代水泥用量的逐漸增加，混凝土的坍落度會(huì)逐漸降低，其中，當(dāng)磚粉的取代率為20%時(shí)，混凝土拌合物的相對(duì)坍落度為0.85。（2）此后，隨著磚粉取代率水泥用量繼續(xù)增加，混凝土拌合物的坍落度開(kāi)始急劇下降，當(dāng)磚粉的取代率為40%時(shí)，混凝土拌合物的相對(duì)坍落度為0.62。因?yàn)榫哂休^高吸水率的磚粉吸收了混凝土拌合物中的自由水，從而降低了新拌混凝土的和易性。研究指出，可以通過(guò)補(bǔ)水或者加入高效減水劑的方式來(lái)補(bǔ)償磚粉加入對(duì)新拌混凝土工作性能的影響[6]。

2.2 抗壓強(qiáng)度

對(duì)不同磚粉取代率下混凝土試件的7 d和28 d抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 不同磚粉取代率下混凝土抗壓強(qiáng)度變化

圖2表明：（1）當(dāng)磚粉取代率為5%和10%時(shí)，摻磚粉混凝土的7 d抗壓強(qiáng)度分別為43.6 MPa和44.1 MPa，略高于對(duì)照混凝土的抗壓強(qiáng)度。隨著磚粉取代率繼續(xù)增加，摻磚粉混凝土的7 d抗壓強(qiáng)度開(kāi)始下降，但與對(duì)照組混凝土相差不大。（2）當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期為28 d時(shí)，六組摻磚粉混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯低于對(duì)照組混凝土，且隨著磚粉取代率的增加，抗壓強(qiáng)度也逐漸降低。磚粉取代率為40%時(shí)的混凝土抗壓強(qiáng)度與對(duì)照組混凝土相比降低了18.4%。

2.3 抗彎拉強(qiáng)度

不同磚粉取代率下混凝土試件的7 d和28 d抗彎拉強(qiáng)度，見(jiàn)圖3。

圖3 不同磚粉取代率下混凝土抗彎拉強(qiáng)度變化

圖3表明：（1）7 d強(qiáng)度時(shí)，磚粉取代率為5%～15%的混凝土抗彎拉強(qiáng)度略高于對(duì)照組混凝土的抗彎拉強(qiáng)度；磚粉取代率為20%～40%的混凝土抗彎拉強(qiáng)度略低于對(duì)照組混凝土。（2）28 d 強(qiáng)度時(shí)，隨著磚粉替代率的逐漸增加，混凝土的28 d抗彎拉強(qiáng)度表現(xiàn)為逐漸降低，當(dāng)磚粉取代率為40%時(shí)，混凝土的28 d抗彎拉強(qiáng)度與對(duì)照組混凝土相比降低了18.7%。

3 磚粉摻量對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響機(jī)理分析

通過(guò)對(duì)摻加再生磚粉混凝土抗壓強(qiáng)度和抗彎拉強(qiáng)度的研究，發(fā)現(xiàn)磚粉完全能夠替代部分水泥來(lái)配制混凝土而不會(huì)明顯降低混凝土的力學(xué)強(qiáng)度，能夠滿足工程中對(duì)混凝土強(qiáng)度的要求。因?yàn)榇u粉中富含大量活性的SiO2、Al2O3、Fe2O3等成分，可以與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生火山灰反應(yīng)生成C-S-H、C-A-H和C-A-S-H等凝膠[7]；而且較細(xì)的磚粉還可以發(fā)揮填料效應(yīng)來(lái)填充混凝土的孔隙[8]。在這兩方面的綜合作用下，混凝土的力學(xué)強(qiáng)度得到提升。但如果磚粉摻量過(guò)多，磚粉的稀釋效應(yīng)也會(huì)導(dǎo)致混凝土單位體積內(nèi)水泥水化產(chǎn)物總量減少，從而影響混凝土強(qiáng)度的發(fā)展[9]。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）隨著磚粉取代率的增加，混凝土的坍落度逐漸降低。當(dāng)磚粉取代率＜20%時(shí)，混凝土的坍落度緩慢降低，隨著磚粉摻量繼續(xù)增加，混凝土的坍落度開(kāi)始顯著降低。（2）與對(duì)照組混凝土相比，摻加磚粉的混凝土7 d抗壓強(qiáng)度隨著磚粉取代率的增加先增加后降低；28 d齡期時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著磚粉取代率的增加逐漸降低。（3）與對(duì)照組混凝土相比，摻加磚粉混凝土的7 d抗彎拉強(qiáng)度與對(duì)照組差別不大；28 d齡期時(shí)，混凝土的抗彎拉強(qiáng)度隨著磚粉取代率的增加逐漸降低。（4）適量的磚粉可以通過(guò)發(fā)揮火山灰效應(yīng)和填料效應(yīng)來(lái)提高混凝土的力學(xué)強(qiáng)度，但過(guò)量的磚粉也會(huì)因?yàn)橄♂屝?yīng)使混凝土的力學(xué)強(qiáng)度下降。