適用于機(jī)械化施工的再生砂漿研究

李學(xué)祺，安邦國(guó)，郭鑫淼，陽(yáng)杰龍，劉 巖

（桂林理工大學(xué)，廣西 桂林 541000）

“碳中和”背景下，建筑材料的綠色節(jié)能和可持續(xù)成為節(jié)能減排的重要領(lǐng)域。但目前，隨著城鎮(zhèn)化率持續(xù)提高，我國(guó)每年產(chǎn)生大量的建筑垃圾，其中廢棄砂石、黏土磚等建筑材料占98%以上[1]。同時(shí)近些年，我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的迅速發(fā)展導(dǎo)致天然河砂儲(chǔ)蓄量顯著減少、砂石價(jià)格普遍上漲[2]。建筑垃圾處理問(wèn)題和天然砂儲(chǔ)蓄不足問(wèn)題已成為目前建筑行業(yè)的主要痛點(diǎn)之一。

在建筑垃圾中，廢棄黏土磚可破碎后作為骨料和活性材料繼續(xù)使用，具有二次利用價(jià)值。國(guó)內(nèi)外學(xué)者已對(duì)用黏土磚取代天然河砂制備的再生砂漿進(jìn)行研究。研究表明，在材料性質(zhì)方面，再生黏土磚細(xì)骨料具有火山灰特性[3]，這使得砂漿更早達(dá)到使用強(qiáng)度[4]，可節(jié)省水泥材料，同時(shí)黏土磚制備的再生砂漿表面多孔、吸水性強(qiáng)，具有一定的抗裂性能[5]；在使用性能方面，再生細(xì)骨料取代率超過(guò)30%會(huì)對(duì)再生砂漿的使用性能造成顯著影響[6]；在抗凍性能方面，再生磚粉的作用明顯優(yōu)于粉煤灰[7]；在力學(xué)性能方面，黏土磚細(xì)骨料可用作水泥添加劑以提高砂漿的抗壓強(qiáng)度[8]；在其他性能方面，部分學(xué)者[9-10]利用再生黏土磚細(xì)骨料制備建筑砂漿，并針對(duì)流動(dòng)性、保水性、強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)研究，并對(duì)制備不同強(qiáng)度等級(jí)的再生砂漿提出取代率要求。鑒于再生砂漿自身特性、可再生特點(diǎn)及綠色環(huán)保特點(diǎn)，再生砂漿技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景[11]。但目前再生砂漿的應(yīng)用與推廣仍存在較多問(wèn)題[12]，國(guó)內(nèi)對(duì)再生砂漿的研究較少[13]，且施工機(jī)械化水平較低。

砂漿機(jī)可大幅提高墻面抹灰的施工效率，但砂漿機(jī)對(duì)再生砂漿的和易性有較高要求[14]。本文試驗(yàn)研究再生砂漿的配合比以滿(mǎn)足砂漿機(jī)的實(shí)際使用要求，這將會(huì)有效促進(jìn)再生砂漿的應(yīng)用與推廣，促進(jìn)黏土磚的循環(huán)利用，推動(dòng)建筑行業(yè)的綠色發(fā)展，帶來(lái)良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 原材料和試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)以C42.5普通硅酸鹽水泥為基體材料，以黏土磚細(xì)骨料作為天然砂的取代物，外加20%I級(jí)粉煤灰，采用羧丙基甲基纖維素醚作為保水劑。使用自來(lái)水拌合。3組試驗(yàn)的水灰比分別為0.580、0.812和1.136。

1.2 天然砂與取代物物理性能

測(cè)試的天然砂和粉碎后再生細(xì)骨料的表觀密度、含水率等主要指標(biāo)，見(jiàn)表1。

表1 天然砂與再生細(xì)骨料的物理性能

天然砂和再生細(xì)骨料粒徑分布均勻，級(jí)配良好，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 累計(jì)篩余率

1.3 試驗(yàn)方案與試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)GB/T 25181—2019《預(yù)拌砂漿》和眾學(xué)者[7-14]的研究調(diào)整配合比配置M10砂漿。砂漿的水灰比控制在0.5～1.4，稠度設(shè)定在90～110 mm，細(xì)骨料粒徑5 mm以下，設(shè)置天然砂的取代率分別為0%、30%、50%和100%。適度添加附加用水。

根據(jù)JGJ/T70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，通過(guò)測(cè)試再生砂漿的稠度、含水率、保水率和抗壓強(qiáng)度，分析不同配合比對(duì)再生砂漿保水性、稠度和強(qiáng)度的影響

試驗(yàn)配合比和試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 配合比與試驗(yàn)結(jié)果

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 再生砂漿破壞形態(tài)

試塊破壞形態(tài)基本相同，破壞形態(tài)如圖1所示。

從圖1看出，外觀上試塊孔隙較多，受壓時(shí)無(wú)明顯形變。試塊頂部裂隙發(fā)育、破壞明顯；正面與側(cè)面可視裂縫較少，裂隙從上部開(kāi)始發(fā)育并貫穿試塊，試塊沿著薄弱面發(fā)生破壞。

圖1 C3試塊抗壓試驗(yàn)

2.2 再生砂漿稠度和保水性分析

由圖2可知：

圖2 稠度與保水性

（1）稠度。當(dāng)再生細(xì)骨料取代率小于30%時(shí)，再生砂漿的稠度明顯增加。取代率繼續(xù)增加時(shí)，附加用水需求隨之增多，砂漿的稠度值略有上升。取代率為50%時(shí)，稠度出現(xiàn)局部最小值，這是因?yàn)樵偕皾{吸水量大，使有效拌合用水減少[15]。

（2）保水性。保水劑與粉煤灰的摻入和再生細(xì)骨料孔隙率較大，導(dǎo)致再生砂漿吸水性較強(qiáng)，減少了砂漿體系中的自由水，故保水性變化趨勢(shì)與稠度的變化趨勢(shì)相反。

2.3 再生砂漿抗壓強(qiáng)度分析

由圖3可知：

圖3 抗壓強(qiáng)度

（1）同水灰比的再生砂漿的抗壓強(qiáng)度隨取代率的提高呈現(xiàn)先降后升再降的趨勢(shì)，僅當(dāng)取代率為50%時(shí)，砂漿的抗壓強(qiáng)度削弱最小。這是因?yàn)樵偕?xì)骨料表面多孔，吸附了大量自由水；其次再生細(xì)骨料的顆粒級(jí)配更優(yōu)，促使水泥和黏土磚顆粒之間的粘結(jié)性更好，砂漿更加密實(shí)；同時(shí)在溫度梯度作用下，再生細(xì)骨料內(nèi)部水可對(duì)未充分水化的水泥二次水化，促使強(qiáng)度提升[16]。

（2）再生砂漿的抗壓強(qiáng)度隨水灰比的減小而提高。水灰比為0.58的再生砂漿的抗壓強(qiáng)度滿(mǎn)足使用要求。降低水灰比則水泥用量增加；提高水灰比則細(xì)骨料之間的粘結(jié)性不足，不滿(mǎn)足抗壓強(qiáng)度要求。

（3）經(jīng)28 d養(yǎng)護(hù)的C組砂漿試塊的抗壓強(qiáng)度均達(dá)到10 MPa，但稍低于天然細(xì)骨料砂漿抗壓強(qiáng)度。再生骨料摻入為30%砂漿強(qiáng)度降低3.9%，摻入50%強(qiáng)度降低2.8%，摻入100%強(qiáng)度降低8.3%。再生砂漿抗壓強(qiáng)度隨再生細(xì)骨料摻入量增多而降低，一方面是因?yàn)殡S著取代率提高，砂漿試塊的密實(shí)度降低；另一方面是因?yàn)樗酀{與再生細(xì)骨料過(guò)渡界面薄弱[17]。

3 結(jié)論

基于目前學(xué)者的研究成果，本文針對(duì)磚混再生砂漿的性能進(jìn)行研究，得出如下結(jié)論：

（1）磚混再生砂漿的再生細(xì)骨料取代率不宜超過(guò)50%。

（2）再生細(xì)骨料取代率低于50%時(shí)，砂漿抗壓強(qiáng)度降低不顯著。

（3）當(dāng)取代率為50%時(shí)，砂漿的稠度可提高2%～9%，保水性與天然砂漿幾乎一致。

（4）水灰比為0.58時(shí)，取代率為50%的M10磚混再生砂漿可滿(mǎn)足砂漿機(jī)的施工要求。