再生混凝土多孔砖用再生骨料基本性能试验研究.pdf

钎 巍 全 国 中 文 核 心 期 刊 再生混凝土多孔砖用再生骨料 基本性能试验研究 杨伟军 ， 李鹏飞， 梁建国 ( 长沙理工大学 土木与建筑学院， 湖南 长沙4 1 0 1 1 4 ) 摘要 ： 再生混凝土多孔砖与再生混凝土相比有混凝土强度要求低、 再生骨料利用率高、 生产成本低等优点， 非常适合再生混凝 土技术的推广应用 。粒径 O 1 0 m m再生骨料基本性能的试验研 究是再生混凝土多孔砖性能研究的基础 和关键 。再生骨料 中细骨料 比例取 8 5 、 9 0 、 9 5 3个水平，再生骨料 中碎砖含量取 O 、 2 5 、 5 0 、 7 5 、 1 0 0 5个水平，用全组合 的方式在试验 室中配制出 3 个系列共 1 5种再生骨料。按照 G B T 1 4 6 8 4 -2 0 0 1 及 G B T 1 4 6 8 5 -2 0 01 对这 l 5种再生骨 料的级 配、 表观密度 、 吸水率、 压碎指标进 行 实验 。试验结果表明， 粒径 0 1 0m i l l 再生骨料随着骨料中碎砖 含量 的增多 ， 再生骨料的表观密度、 吸水率 、 压碎指标增大 ： 压碎指 标与吸水率 、 压碎指标 与表观密度呈正比。 这个性质与 目前 再生粗骨料的规律不同 ， 说明混凝土砖用 O 1 0m m再生骨料的性质不 同 于再生粗骨料。 关键词 ： 再牛混凝土多孔砖； 再生骨料； 表观密度； 吸水率； 压碎指标 中图分类号： T U 5 2 2 3 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 1 ) 0 3 0 0 1 5 0 5 Expe r i m e n t al s t ud y o n b as i c pr o pe r t i e s of r e c y c l e d ag g r e ga t e f or t he pr odu ct i o n o f c onc r e t e pe r f o r at ed br i c k Y AN G We u n ， L I P e n t f e i ， L I A NG a n g u o ( S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e rin g a n d Ar c h i t e c t u r e ， Ch a n g s h a Un i v e r s i t y o f S c i e n c e Te c h n o l o g y， Ch a n g s h a 41 01 1 4， Hu n a n， Ch i n a ) Abs t r ac t ： Re c y c l e d c o n c r e t e p e rf o r a t e d b ric k ， c o mp a r e d wi t h t h e r e c y c l e d c o n c r e t e ， h a v e s o me a d v a n t a g e s o f l o w c o n c r e t e s t r e n g t h r e q u i r e me n t s ， h i g h u t i l i z a t i o n r a t e o f r e c y c l e d a g g r e g a t e a n d l o w p r o d u c t i o n c o s t s S o i t i s i d e a l f o r t h e p r o mo t i o n a n d a p p l i c a t i o n o f r e c y c l e d c o n c r e t e t e c h n o l o g y 0 -1 0 ma l s i z e r a n g e o f t h e b a s i c p r o p e r t i e s o f r e c y c l e d a g gre g a t e i s t h e ba s i c a n d k e y o f t h e r e c y c l e d c o n c r e t e p e rfo r a t e d b r i c k Th e p r o p o r t i o n o f r e c y c l e d a g g r e g a t e i n t h e fin e a g g r e g a t e t o t a k e t h e t h r e e l e v e l s o f 8 5 ， 9 0 ， 9 5 ， a n d t h e p r o p o r t i o n o f r e c y c l e d a g g r e g a t e i n t h e b r o k e n b r i c k s t o t a k e t h e fiv e l e v e l s o f 0， 2 5 ， 5 0 ， 7 5 ， 1 0 0 A t o t a l o f 1 5 dif f e r e n t t y p e s o f r e c y c l e d a g gre g a t e i n t h r e e s e rie s we r e p r e p a r e d i n t h e l a b o r a t o r y Gr a d i n g ，a p p a r e n t d e n s i t y ， wa t e r a b s o r p t i o n a n d c r u s h i n g v a l u e o f t h e s e 1 5 t y p e s o f r e c y c l e d a g g r e g a t e w e r e t e x t e d i n a c c o r da n c e wi t h t h e s p e c i fic a t i o n s o f GB T 1 4 6 8 4 - 2 00 1 a n d GB T 1 4 6 8 5 - 2 0 01 T h e r e s u l t s o f e x p e r i me n t s h o w t h a t wi t h t h e b r o k e n br i c k s c o n t e n t i n r e c y c l e d a g g r e g a t e o f s i z e r a n g e 0-1 0 mm i n c r e a s e d， t h e a p p a r e n t d e n s i t y ， wa t e r a b s o r p t i o n a n d c r u s h i n g v a l u e i n c r e a s e d ； a p p o s i t i v e c o r r e l a t i o n b e t we e n c r u s h i n g v a l u e a n d wa t e r a bs o rpt i o n ， a n d b e t we e n c ras h i n g v a l u e a n d a p p a r e n t d e n s i t y t o o T h e s e p r o p e rti e s a r e d i f f e r e n t f r o m t h e c u r r e n t r e s e a r c h o f r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e ， wh i c h me a n s t h a t t h e p r o p e rti e s o f r e t v c l e d a g gre g a t e o f s i z e r a n g e 01 0 mm f o r c o n c r e t e b ric k u s e i s d i f f e r e n t f r o m Ke y wo r d s： r e c y c l e d c o n c r e t e 0 引言 r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e p e r f o r a t e d b r i c k； r e c y c l e d a g gr e g a t e ： a p p a r e n t d e n s i t y wa t e r a b s o rpt i o n； c rus h i n g v a l u e 据资料介绍_ l_ 3 】 ， 1 9 9 5 年， 日本建筑垃圾中混凝土占3 8 ， 收稿 日 作者简 导师。 期： 2 0 1 0 1 1 2 1 介： 杨伟军 ， 男， 1 9 6 2年生， 湖南益阳人， 教授 ， 博 士后， 博士生 E ma i l ： mg b y r h 1 6 3 C O B。 约3 8 0 0万t ； 美国每年大约产生6 0 0 0万t 废弃混凝土； 欧共 体废弃混凝土的排放量从 1 9 8 0 年的5 5 0 0万t 增加到 2 0 0 0 年的 1 6 2 0 0 万t ；我国每年新建和拆房废弃混凝土量己超过 8 0 0 0 万t ； 2 0 0 3 年长沙市房屋拆迁面积4 2 9 万m ，按每平方 米产生0 6 t 建筑垃圾计算， 则要产生2 6 万t 建筑垃圾， 加上 新建房屋产生的建筑垃圾， 总量将超过5 0 万t 。处理这些垃 圾不仅要花费大量的资金， 还将大量占地存放， 污染环境， 浪 N E W BUI L DI NG MAT ER I AL S 1 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杨伟军， 等： 再生混凝土多孔砖用再生骨料基本性能试验研究 费耕地， 成为城市的一大公害。 建筑垃圾经过破碎、 筛分等工艺得到的再生骨料， 用于部 分或全部替代天然骨料生产混凝土，既能解决废旧混凝土的 处理问 题， 又能节约天然砂石， 是实现建筑资源环境可持续发 展的主要措施之一， 许多国家都相继进行研究， 特别是发达国 家已经较大规模生产应用。 与天然骨料相比， 再生骨料强度低、 吸水率大、 密实度小、 表面粗糙、 多裂纹、 颗粒问性质不均匀， 再生骨料混凝土坍落 度小、 流动性差、 抗压强度低、 弹性模量小、 干缩与徐变大、 耐 久性较差。 但也有不同的研究结果： 再生混凝土的强度高于同 配合比采用天然骨料的基准混凝土 。 再生混凝土多孔砖是将干硬性再生混凝土采用振动挤 压成型工艺生产的， 对混凝土的流动性和要求低。采用c 7 5 的混凝土便可制作出M U 1 0的混凝土多孔砖 ， 混凝土多孔 砖对混凝土的强度要求不高。 制砖用混凝土的坍落度比现浇 混凝土小很多， 水灰比较小， 而且混凝土砖成型后经养护2 8 d ( 或蒸汽养护) 后才投入工地， 有一半以上的收缩在砌筑前 已 经发生 ， 实际墙体中的干燥收缩和徐变变形将大大减小。 由此可以看出， 再生骨料应用于混凝土多孔砖具有明显的技 术优势。 目 前， 对再生骨料的研究大部分集中在再生混凝土粗骨 料， 这些骨料主要用于制备再生混凝土， 而细小颗粒以及建筑 垃圾中的砖块和砂浆通常被废弃， 对环境产生二次污染。 虽然 有研究报告l t 再生混凝土用再生细骨料进行了研究， 但其再 生骨料全部为废弃混凝土破碎得到。郑州大学再生混凝土多 孔砖研究中 使用1 0 0 碎混凝土再生骨料、 1 0 0 碎砖再生骨 料和工业废渣再生骨料分别生产多孔砖， 但仅用了粒径5 1 0 m m的再生粗骨料， 细骨料使用天然砂， 且研究中对骨料中废 弃混凝土和碎砖的比例缺乏深入研究。 本研究将对 l 5 种不同 配比的0 1 0 m m再生骨料的级配、 表观密度、 吸水率、 压碎指 标等进行试验研究，分析骨料性能特点及性能之间的相互关 系， 为再生混凝土多孔砖的研究和生产提供参考数据。 1 试验材料与试验方法 1 1 试验材料 将建筑垃圾中的混凝士块和砖块分别用P X J 高性能细 碎机粉碎， 经过 1 0 m m电动筛筛分， 得到粒径为0 1 0 m il l 的 碎混凝土再生骨料和碎砖再生骨料。将2 种骨料在试验室中 用5 m m方孔筛人工筛分， 分别得到： 粒径5 1 0 h i m的碎混凝 土再生粗骨料，粒径0 5 m m的碎混凝土再生细骨料；粒径 5 1 0 m m的碎砖再生粗骨料，粒径O 5 ff l ff l 的碎砖再生细骨 料。 1 6 新型建筑材料 2 0 1 1 3 1 2 试验内容 研究废弃混凝土块和砖块的比例以及每种再生骨料中 粗、细骨料比例对混凝土砖用混合再生骨料物理力学性能 的影响，再生骨料中细骨料比例分别取8 5 、 9 0 、 9 5 3 个水平( 3 个系列C B X 一 8 5 、 C B X 一 9 0 、 C B X 一 9 5 ) ， 再生骨料中 碎砖含量分别取0 、 2 5 、 5 0 、 7 5 、 1 0 0 5 个水平， 用全组 合的方式在试验室中配制出3 个系列共 1 5 种再生骨料( 见 表 1 ) ， 对每种混合再生骨料进行级配、 吸水率、 压碎指标和 表观密度试验，以便根据其物理力学性能确定最佳骨料级 配。 表 1 再生骨料 的类别 1 3 试 验方法 目 前我国尚没有混凝土砖用再生骨料的专门试验方法标 准。在本研究中，混凝土砖用混合再生粗、细骨料分别参照 G B ff 1 4 6 8 5 -2 0 0 1 建筑用卵石、 碎石 和 G B T 1 4 6 8 4 -2 0 0 1 ( 建筑用砂 的规定进行试验。 所不同的是， G B T 1 4 6 8 4 -2 0 0 1 中粗骨料的压碎指标是用粒径 1 0 2 0 m m的粗骨料进行试 验， 而混凝土砖用粗骨料最大粒径为1 0 m m ， 故采取同种原材 料和配合比的粒径为 1 0 2 0 m m再生骨料进行试验。细骨料 的压碎指标是将细骨料筛分为粒径0 3 0 6 m m 、 0 6 1 1 8 m m 、 1 1 8 2 3 6 m m 、 2 _3 6 4 7 5 m m 4 个粒级进行试验。 2 试验结果及分析 2 1 级配 再生骨料的级配指再生骨料中不同粒径颗粒所占的比 例。 美国轻骨料混凝土砌块规范A S T M C 3 3 1 1 】给出了骨料的 推荐级配， 并在规范中指出骨料的级配直接影响混凝土砌块 的密实度。 提高密实度不仅可以提高强度， 而且能够改善再 生混凝土多孔砖的耐久性， 是生产性能优越的再生混凝土多 孔砖的一个基本因素。我国G B T 1 4 6 8 4 -2 0 0 1 也规范了细 骨料应满足的级配范围， 与美国规范不同的是我国规范使用 累计筛余对级配进行规定， 并划分了3 个级配区。再生骨料 级配试验结果与美国轻骨料混凝土砌块规范的推荐级配比 较见图1 ， 与我国规范比较见图2 ， 因为3 个系列级配差别不 大， 因此， 与我国规范比较时仅将C B X 一 9 0 系列作为代表进 行比较。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4O 3 5 3 0 25 萋 z o l 5 10 5 g 杨伟军， 等： 再生混凝土多孔砖用再生骨料基本性能试验研究 方孔筛尺寸 rr n ( a ) C B X 一 8 5 系列 方孔筛尺 寸 m w ( b ) C B X 9 0 系列 限 限 C BO 9 5 C B2 5 95 + C B 5 0 9 5 ) l CB7 5 9 5 C B l 0 O 9 5 美国规 范上 限 0美 周规范下 限 图 1 再生骨料级配与 A S T M C 3 3 1 最优级配 的对 比 从图 l 可知， 3 个系列再生骨料的分级筛余量基本满足 美国规范要求， 仅在 O _ 3 m m方孔筛上的分级筛余量略超出美 国规范要求的上限。 C BO 9 0 C B2 5 9 O C B5 0 9 O C B7 5 9 0 术 C Bl O0 90 目标2 xZ 限 0国标2 区 F限 5 0 4 7 5 2 3 6 1 1 8 0 6 0 0 3 0 0 1 5 O 1 5 方孔筛尺 寸 m m 图 2 C B X 一 9 0系列骨料与 G B T 1 4 6 8 4 - 2 0 0 1 级配 2区对 比 从图 2可知，再生骨料的级配基本满足 G B T 1 4 6 8 4 2 0 0 1 级配 2 区的要求。 2 2 表观密度 再生骨料的表观密度是指材料在自 然状态下的单位体积 质量，其中自然状态下的体积是指材料实体和内部空隙的表 观几何形状体积。 由于粗骨料和细骨料的试验方法不同， 试验 结果分为细骨料的表观密度和粗骨料的表观密度( 见图3 ) 。 图 3再生骨料的表观 密度 图3 表明， 再生粗骨料的表观密度大于再生细骨料， 且随 着再生砖骨料含量的增大， 再生细骨料的表观密度增大， 而再 生粗骨料的表观密度减小。 再生混凝土多孔砖用再生骨料是由不同比例粗、细再生 骨料混合而成， 其表观密度可按式( 1 ) 计算： p：_ 1 ( 1 ) 坠 Ph P 式中： p 混合再生骨料的表观密度， k g II 1 ； p 、 p 分别为再生粗骨料和再生细骨料的表观密度， k g m ； 分别为混合骨料中粗、 细骨料含量。 由式( 1 ) 计算得到 C B X 一 8 5 、 C B X 一 9 0 、 C B X 一 9 5 系列再生 骨料的表观密度见图4 。 图 4再生骨料的表观密度 从图4 可以看出，混合再生骨料表观密度的变化规律基 本上与再生细骨料相同。这主要是因为再生混凝土多孔砖用 O i 0 m m混合再生骨料中细骨料的比 例很大。 2 _ 3 吸水率 再生骨料的吸水率指再生骨料在饱和面干状态下的吸水 量。 再生骨料的吸水率直接反映了骨料的孔隙率， 吸水率越大 说明骨料表面孔隙越大。再生粗骨料和再生细骨料吸水率的 、 试验结果见图5 。 N E W BUI L DI NG M ATE RI AL S 1 7 一 一 蚰 L三 加 0 踯 加 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杨伟军， 等： 再生混凝土多孔砖用再生骨料基本性能试验研究 砰 砖 含 量 图 5 再生骨料的吸水率 从图5 可以看出： ( 1 ) 再生细骨料和粗骨料的吸水率均随着再生砖骨料含 量的增加而增大， 特别是再生粗骨料增加得更为明显， 这是因 为再生砖骨料的孔隙率大于再生混凝土骨料。 ( 2 ) 再生细骨料的吸水率大于再生粗骨料。 当混合再生骨 料全部为再生混凝土骨料时，再生细骨料的吸水率是再生粗 骨料的2 3 倍。然而， 随着再生砖骨料含量的增加， 再生粗骨 料和细骨料吸水率的差距逐渐减小。当混合再生骨料全部为 再生砖骨料时， 再生细骨料和粗骨料的吸水率几乎相等。 ( 3 ) 将图3 、 图5 进行对比分析可看出， 再生粗骨料的吸 水率随着表观密度的降低而显著增大，与以往的试验结果 一 致， 但是再生细骨料的吸水率随着表观密度的降低而减小。 与表观密度一样，再生混凝土多孔砖用再生骨料是由不 同比例粗、 细再生骨料混合而成， 其吸水率可按式( 2 ) 计算， 计 算结果见图6 。 p = a b p b + a e p 、 ( 2 ) 式中： p 再生骨料的吸水率， ； P 、 p 分别 为再生粗骨 料和再 生细骨料 的吸水 率， ： 哦 一分别为混合骨料中粗、 细骨料含量。 砰砖 笛 量 图 6 再生骨料的吸水率 从图6 可以看出， 再生砖骨料含量越大， 表观密度越大， 吸水率越大； 再生细骨料含量越大， 吸水率越大， 但是当再生 砖骨料含量超过7 5 时， 细骨料含量对吸水率影响很小。 2 4 压碎指标 再生骨料的压碎指标表示骨料抵抗压碎的能力，是表征 骨料强度的一个指标。压碎指标越大，说明骨料越容易被压 1 8 新型建筑材米 斗 2 0 1 1 3 碎， 骨料强度越小。再生骨料压碎指标的试验结果见图7 。 砰 砖 含 量 图 7 再生骨料的压碎指标 图7 表明： ( 1 ) 无论是再生粗骨料还是再生细骨料其压碎指标都随 着再生砖骨料含量的增加而变大。这说明再生砖骨料含量越 多， 再生骨料的强度越小， 骨料越容易被压碎。 ( 2 ) 再生粗骨料的压碎指标小于再生细骨料， 2 条曲线基 本平行， 再生砖骨料含量对两者的压碎指标影响规律相似。 3 讨论 再生骨料的分级研究大量针对混凝土和砂浆用再生骨 料，上海市制定了地方工程建设规范D G T J 0 8 2 0 1 8 -2 0 0 7 再生混凝土应用技术规程 ， 最近又有行业标准 混凝土用再 生粗骨料 以及国家标准 混凝土和砂浆用再生细骨料 正在 征求意见。 在行业标准 混凝土用再生粗骨料 中包括了混凝 土砖用骨料， 但规定骨料的级配、 压碎指标、 吸水率等均等同 混凝土骨料。由于混凝土多孔砖采用机械压制成型，水灰比 小， 且干燥收缩在上墙前完成了大半， 用混凝土的标准来要求 混凝土砖的骨料物理力学性能显然过于严格。 出于制砖工艺要求，多孔砖用再生骨料的颗粒级配一般 在0 1 0 m m 。粒径0 5 m m的再生细骨料由于其吸水率远大 于粗骨料( 见图5 ) ， 会使混凝土强度降低、 干燥收缩增大， 以 往的再生混凝土多孔砖用骨料一般需去掉5 m m以下颗粒 ， 给环境造成污染。 本研究1 5 组试验结果显示， 使用P X J 高性 能细碎机生产的再生骨料 5 m m以下的细小颗粒大约占 9 0 ， O 1 5 m m以下的微粉含量约占1 0 。 可以 通过增大制砖 时的工作压力、 加强混凝土砖养护等措施， 提高砖的密实度， 从而提高砖的强度， 降低干燥收缩。因此， 建议混凝土多孔砖 用再生骨料只要符合一定的颗粒级配，无需对微粉含量做出 具体规定。 试验表明，混凝土多孔砖用的再生骨料压碎指标与吸水 率及表观密度之间具有较好的对应关系( 分别见图8 、 图9 ) 。 日 本对混凝土用再生细骨料的质量分类使用吸水率和坚固性 指标( 见表2 ) 。因为再生混凝土-f L , 砖用再生骨料对品质要 求低， 为简单起见， 建议只用压碎指标代替这3 个指标对再生 鼯* 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杨伟军， 等： 再生混凝土多孔砖用再生骨料基本性能试验研 究 骨料进行分类。 另外， 再乍细骨料压碎指标和再生粗骨料压碎 指标具有较好的相似性( 见图7 ) ， 粗骨料压碎指标的试验方 法较细骨料简单得多，故建议仅用粗骨料压碎指标来保证骨 料的强度。 i 碎指标 图 8 C B X 一 9 0系列再生 骨料压碎指标与吸水率的关系 J K 碎指标 图 9 C B X 一 9 0系列再生骨料压碎指标与表观密度 的关系 表 2日本再生细骨料 质量等级 其它有害物质含量的规定建议和再生混凝J 骨料卡 Ij 同。 4 结论 ( 1 ) 再生骨料中， 细骨料的表观密度随着碎砖含景的增大 而增人， 粗骨料的表观密度随着碎砖含量的增大而减小。 混凝 土砖用再生骨料表 密度整体 I 表现出细骨料的特，征。 ( 2 ) 再生骨料中， 细骨料和-f H 骨料的吸水率均随着碎他含 量的增加而增火， 且呈线性关系。 一 股情况下， 细骨料的吸水 率大于粗骨料， 再生骨料全为碎混凝士时， 细 料的吸水率 是粗骨料的2 3 倍， 当再生骨料全为碎砖骨料时， 细骨利和 粗骨料的吸水率几乎相等。 ( 3 ) 再生细骨料的吸水率 表观密度成正比， 这与l 再 生粗骨料的研究结果：吸水率随着衷规密度的降低而 著增 大的规律不同。 ( 4 ) 再生粗骨料和再生细骨料的压碎值都随着碎砖含量 的增加而变大。说明碎砖含量越多， 骨料越容易被压碎， 其强 度越小。 ( 5 ) 再生粗骨料的压碎指标折线与再生细骨料压碎指标 折线几乎平行，说明两者均能反映混凝土砖用再生骨料压碎 指标的规律。 ( 6 ) 混凝上砖用再生骨料的压碎指标与吸水率， 压碎指标 与 表观密度之间均成正比关系。 参考文献： 1 吴 j l f 绿 色高性能 混凝土 弓科技 创新l J 1 建筑 材料学报 ， 1 9 9 8 ( 1 ) ： l 7 【 2 】 张晏清建 筑废 渣再生骨料混凝土 的性能【 J 1 建筑材料学报， 2 0 0 3 ( 6 )： 1 0 0 一l O 3 3 陆凯安 我国建筑垃圾 的现状和综合利用【 J 施工技术 ， 1 9 9 9 ( 5 ) ： 4 4 - 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