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 付士峰1,2，  張廣田3，4，  劉娟紅3

  （1河北工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，天津300401;2河北省建筑科學(xué)研究院，石家莊050021：

3北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京100833；4河北建研科技有限公司，石家莊050021）

[摘要]  利用陶粒和以廢磚顆粒為主的建筑垃圾制備再生輕骨料自密實(shí)混凝土，采用單因素法研究了不同粉煤灰摻量、水膠比、建筑垃圾取代量對(duì)混凝土工作性能和強(qiáng)度的影響，在此基礎(chǔ)上得出最優(yōu)配合比；并測(cè)試了最優(yōu)配合比混凝土的耐久性與導(dǎo)熱系數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明：粉煤灰的摻量占膠凝材料總量的30%左右、建筑垃圾顆粒摻量為總質(zhì)量的40%時(shí)，混凝土的品質(zhì)最好；并且通過(guò)調(diào)整水膠比的值，能有效減小建筑垃圾帶來(lái)的弱化作用。

[關(guān)鍵詞]  配合比優(yōu)化；再生輕骨料；強(qiáng)度；耐久性

中圖分類(lèi)號(hào)：TU525  文章編號(hào)：1002-848X(2016)12-0041-04

0  引言

 隨著我國(guó)建筑業(yè)的快速發(fā)展，混凝土作為重要的建筑材料，需求量越來(lái)越大，而現(xiàn)在合格骨料的儲(chǔ)量越來(lái)越少，導(dǎo)致性能優(yōu)良的混凝土制備越來(lái)越困難。同樣，現(xiàn)代老舊砌體結(jié)構(gòu)拆除產(chǎn)生的大量的建筑垃圾中含有大量的廢舊磚塊、砂漿塊以及部分砌塊顆粒。由于這些建筑垃圾成分比較復(fù)雜，并且隨著建筑物的不同，垃圾成分會(huì)有極大的變化。如何處理這些建筑垃圾，減少對(duì)環(huán)境的污染，成為現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的一個(gè)重要難題。

 北京建筑大學(xué)宋少民等、同濟(jì)大學(xué)肖建莊等已經(jīng)把建筑垃圾作為骨料加入混凝土中，取得了較好的效果。他們利用的建筑垃圾的主要成分為廢舊混凝土塊或者用廢舊混凝土塊與石子組成的混合骨料。這樣不僅可以緩解優(yōu)質(zhì)骨料缺少帶來(lái)的問(wèn)題，還可以利用建筑垃圾，為我國(guó)現(xiàn)在綠色節(jié)約型社會(huì)的建設(shè)貢獻(xiàn)一份力量。但目前關(guān)于將以廢舊磚顆粒為主的建筑垃圾與陶粒作為骨料制備成再生輕骨料自密實(shí)混凝土的研究還是空白。

 本文在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，把以廢舊磚顆粒為主的建筑垃圾與陶�；旌吓渲瞥奢p骨料自密實(shí)混凝土，利用現(xiàn)代混凝土的理論與方法對(duì)配合比進(jìn)行了優(yōu)化，并研究了混凝土的工作性、力學(xué)性能和耐久性。研究結(jié)果可以為再生輕骨料自密實(shí)混凝土工程應(yīng)用提供一定的借鑒與參考。

1  試驗(yàn)概況

1.1試驗(yàn)原材料

 水泥：普通硅酸鹽水泥(P.0 42. 5)，主要指標(biāo)見(jiàn)表1；陶粒：使用前預(yù)濕，主要指標(biāo)見(jiàn)表2；中砂：細(xì)度模數(shù)為2.6，表觀(guān)密度為2 640kg/m3，含泥量為3%，產(chǎn)地為石家莊；水：自來(lái)水；以廢舊磚為主的建筑垃圾顆粒：顆粒粒徑有5~ 10mm，10~20mm，兩者按2:3進(jìn)行混合，使用前預(yù)濕，主要指標(biāo)見(jiàn)表3；減水劑：自己制備的高性能減水劑，固含量20%，最佳摻量為膠凝材料總量的0.8%；粉煤灰：二級(jí)灰。

1.2混凝土配合比設(shè)計(jì)與性能測(cè)試

1.2.1混凝土最優(yōu)配合比的確定

 (1)為了使最優(yōu)配比混凝土性能良好，在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，砂率確定為0. 56。

 (2)在粉煤灰摻量保持不變的情況下，在混凝土中摻加建筑垃圾顆粒，摻量為粗骨料質(zhì)量的20%，30%，40%，50%，60%。同時(shí)調(diào)整混凝土的水膠比，得出的配合比見(jiàn)表4。并測(cè)試不同建筑垃圾取代量對(duì)混凝土3，7，28，56d抗壓強(qiáng)度的影響。

 (3)在保持骨料摻量不變的情況下，粉煤灰的摻量按膠凝材料重量的10%，20%，30%，40%摻加，得出配合比見(jiàn)表4。并測(cè)試不同粉煤灰含量對(duì)混凝土坍落度、擴(kuò)展度的影響結(jié)果以及對(duì)3，7，28，56d抗壓強(qiáng)度的影響。

 (4)由于粉煤灰等質(zhì)量取代水泥，且粉煤灰的密度小于水泥密度，通過(guò)調(diào)整水膠比來(lái)保持每立方混凝土中漿體的體積恒定，得出配合比見(jiàn)表4。測(cè)試不同水膠比變化對(duì)混凝土坍落度、擴(kuò)展度的影響結(jié)果以及對(duì)3，7，28，56d抗壓強(qiáng)度的影響。

 (5)通過(guò)上述步驟得出相應(yīng)的指標(biāo)，綜合分析，得出混凝土的最優(yōu)配合比。

1.2.2最優(yōu)配合比混凝土性能測(cè)試

 依據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》( GB/T 50081-2002)以及《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)中的方法，測(cè)試最優(yōu)配合比混凝土的工作性指標(biāo)，28d抗凍性能，28，56d氯離子滲透性能，并測(cè)定了混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)。

2  試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1不同建筑垃圾顆粒摻量對(duì)再生輕骨料混凝土強(qiáng)度的影響

 圖1為不同建筑垃圾顆粒摻量對(duì)再生輕骨料混凝土強(qiáng)度的影響結(jié)果。建筑垃圾顆粒摻量對(duì)3，7d強(qiáng)度影響較小，對(duì)28，56d強(qiáng)度影響較大。隨著顆粒摻量的不斷增大，混凝土的強(qiáng)度值略有上升，摻量為40%時(shí)，混凝土強(qiáng)度最高，然后略有下降。這是由于隨著顆粒摻量的增加，所加陶粒的量減少，陶粒的吸水率要高于建筑垃圾顆粒。在保持混凝土工作性一致的情況下，調(diào)整了混凝土的水膠比，使得水膠比降低，但是建筑垃圾顆粒屬于再生骨料，其中含有的裂縫等缺陷較多，在摻量較小的時(shí)候，水膠比減少帶來(lái)的增強(qiáng)作用大于建筑垃圾顆粒的弱化作用。由于摻量為40%時(shí)，混凝土強(qiáng)度達(dá)到最高，故確定混凝土中建筑垃圾顆粒的最佳摻量為40%。此時(shí)混凝土的表觀(guān)密度為1896kg/m3，屬于輕骨料混凝土的范疇。

2.2不同粉煤灰摻量對(duì)再生輕骨料混凝土坍落度、擴(kuò)展度與強(qiáng)度的影響

 圖2為不同粉煤灰摻量對(duì)再生輕骨料混凝土坍落度和擴(kuò)展度的影響結(jié)果。隨著粉煤灰摻量的不斷增大，混凝土的坍落度和擴(kuò)展度不斷增加。但當(dāng)粉煤灰摻量為膠凝材料總量的20%時(shí)，混凝土的坍落度達(dá)到最大值245mm，當(dāng)粉煤灰摻量為30%時(shí)，混凝土的坍落度為240mm，兩者相差不大。擴(kuò)展度在粉煤灰摻量為30%的時(shí)候達(dá)到最大值660mm，隨后降低。

 圖3為在其他組成材料不變的情況下，不同粉煤灰摻量對(duì)再生輕骨料混凝土3，7，28，56d強(qiáng)度的影響結(jié)果。隨著粉煤灰的摻量的增加，再生輕骨料混凝土3，7d強(qiáng)度不斷降低。28d強(qiáng)度則緩慢增長(zhǎng)，粉煤灰摻量為30%時(shí)，強(qiáng)度達(dá)到最高值44MPa。再生輕骨料混凝土56d強(qiáng)度隨著粉煤灰摻量的增加較為快速的增長(zhǎng)，混凝土中粉煤灰摻量為30%時(shí)強(qiáng)度最高57MPa，隨后降低。

 由于粉煤灰中存在大量的�；�微珠，具有較高的形態(tài)效應(yīng)，而且粉煤灰的表觀(guān)密度小于水泥的表觀(guān)密度，等質(zhì)量取代水泥后，使混凝土中漿體的體積增加。由于漿體不僅填充在骨料的空隙中，并包裹在骨料的表面上，形成潤(rùn)滑層，使混凝土的坍落度和擴(kuò)展度大幅度提高。當(dāng)混凝土中粉煤灰的含量達(dá)到30%左右時(shí)，組成漿體的材料之間達(dá)到最好的比例，使混凝土的擴(kuò)展度達(dá)到最高，和易性好�；炷�土早期水化過(guò)程中，粉煤灰基本上不參與水化反應(yīng)，主要起到物理填充作用。由于粉煤灰水化很少，粉煤灰取代了一部分水泥，使得水泥水化產(chǎn)物在早期的時(shí)候較少，混凝土界面的粘結(jié)力比較弱，再生骨料混凝土3，7d強(qiáng)度隨粉煤灰的摻量增加而減小。隨著齡期的提高及粉煤灰的水化不斷進(jìn)行，在固定水膠比的情況下，摻入的粉煤灰可以?xún)?yōu)化混凝土中的孔隙，使得混凝土中的大孔變小，提高混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)度。另外，由于二次水化的原因使得粉煤灰中的活性SiO2及活性Al2 O3大量參加反應(yīng)，生成的C-S-H，AF t等水化產(chǎn)物，可以有效地使混凝土界面的粘結(jié)性能更強(qiáng)，大量消耗氫氧化鈣，減少其在界面處的定向生長(zhǎng)，使得中心質(zhì)效應(yīng)加強(qiáng)，提高了再生輕骨料混凝土的強(qiáng)度。另外由于輕骨料在水化過(guò)程中不斷返水，便過(guò)渡區(qū)的水化更充分，界面粘結(jié)性更好，再生輕骨料混凝土強(qiáng)度更高。

 在再生輕骨料混凝土中未水化的水泥顆粒與粉煤灰顆粒屬于次中心質(zhì)，為H粒子。而有膠凝材料水化產(chǎn)生的水化凝膠產(chǎn)物是次介質(zhì)，為L(zhǎng)粒子。在空隙率一定的情況下，H粒子與L粒子比值越大，水泥石的強(qiáng)度越高，但是超過(guò)H粒子與L粒子比值的最佳值之后，強(qiáng)度就會(huì)下降，所以粉煤灰摻量為30%時(shí)．7，28d強(qiáng)度達(dá)到最大，隨后降低。

2.3按粉煤灰摻量調(diào)整混凝土水膠比對(duì)坍落度、擴(kuò)展度及強(qiáng)度的影響

 圖4，5為隨著粉煤灰的摻量調(diào)整水膠比對(duì)再生骨料混凝土坍落度、擴(kuò)展度和強(qiáng)度的影響結(jié)果�？梢钥闯鏊�膠比≤0. 39時(shí)，混凝土的坍落度和擴(kuò)展度變化較大。水膠比>0. 39時(shí)，坍落度和擴(kuò)展度變化較小。3，7d強(qiáng)度變化較小，28，56d強(qiáng)度變化相對(duì)較大，但是基本都符合水膠比≤0. 39時(shí)，混凝土強(qiáng)度變化幅度小，水膠比>0. 39時(shí)，變化幅度較大的規(guī)律。綜合考慮混凝土的強(qiáng)度和工作性的要求，混凝土的水膠比選0. 39比較合適。

2.4再生輕骨料混凝土的最佳配合比確定

 結(jié)合上述試驗(yàn)結(jié)果，得出再生輕骨料混凝土的最優(yōu)配合比，見(jiàn)表5。表6，7為最優(yōu)配合比混凝土其他工作性、耐久性、導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試結(jié)果。最優(yōu)配合比混凝土的測(cè)試指標(biāo)可以達(dá)到現(xiàn)在工程自密實(shí)混凝土的要求。由于組成混凝土原材料之間達(dá)到最佳比例，使得再生輕骨料混凝土具有良好的工作性、耐久性及較好的力學(xué)性能。

3  結(jié)論

 (1)當(dāng)粉煤灰的摻量占膠凝材料總量的30%左右時(shí)，再生輕骨料混凝土的擴(kuò)展度最高，和易性較好，混凝土的28，56d強(qiáng)度最高，抗凍性和抗氯離子滲透性能較好。

 (2)建筑垃圾顆粒摻量為總質(zhì)量的40%時(shí)，混凝土的強(qiáng)度達(dá)到最高，通過(guò)調(diào)整水膠比，可以有效減小碎磚顆粒帶來(lái)的弱化作用。

 (3)利用以廢舊磚顆粒為主的建筑垃圾與陶粒也可以配置出性能優(yōu)良的自密實(shí)輕骨料混凝土，并且由于陶粒中和碎磚顆粒中的孔隙較多，使混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)較小。