建筑垃圾再生微粉用于混凝土的试验研究.pdf

文章 编号 ：1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 5 ) 0 6 0 0 2 7 0 3 固废利用 建筑垃圾再生微粉用于混凝土的试验研究 E x p e r i m e n t a l S t u d y o f R e c y c l e d F i n e P o w d e r P r e p a r e d w i t h C o n s t r u c t i o n D e b r i s f o r C o n c r e t e 方倩倩 ，於林锋 ，王琼 ( 上海市建筑科学研究院，上海2 0 0 0 3 2 ) 摘要： 为 了提 高建筑垃圾的利用率，研究了利用建筑垃圾作为掺合料配制混凝土的可行性。结果表明：利用废弃 混凝土、废弃砖分别经破碎 、粉磨和活化后得到的再生微粉可作为混凝土掺合料；当掺量 2 0 时，再 生微粉混凝土的拌合物性能不及普通混凝土 ，力学性能和耐久性能与普通混凝土相当。 关键词： 建筑垃圾 ；再生微粉 ；混凝土；掺合料 中图分类号 ：X7 0 5 文献标 志码 ：A 0 前 言 再生微粉是废弃混凝土、废弃砖经破碎、粉磨达到 一 定细度的微细粉末。由于废弃混凝土组分中含有大量 C a ( O H ) ， 、 未水化水泥颗粒活性成分， 废弃砖含有具有火 山灰活性的硅、铝矿物盐，经激发具有形成凝胶产物的 能力。因此，建筑垃圾再生微粉获得广泛的关注。本文 分别以再生集料生产中产生的二次混凝土废料与废弃砖 作为原材料，通过复合助磨剂与粉磨技术制备两种建筑 垃圾再生微粉，研究其作为混凝土掺合料的可行性，以 期待实现拓展建筑垃圾资源化利用途径的目标。 1 原材料及试验方法 1 1 原材料 ( 1 ) 水泥：采用 P O 4 2 5普通硅酸盐水泥。其主要 性能见表 1 。 表 1 水泥主要物理性能 ( 2 )细集料：天然砂，细度模数为2 7中砂。 ( 3 )粗集料：人工破碎的碎石，级配为 5 2 0 m m。 ( 4 )萘系外加剂。 基金项 目： 上海市科委项 目1 3 D Z 0 5 1 1 4 0 0 ( 5 ) 掺合料：粉煤灰 ( F A)为 I I 粉煤灰，矿渣粉 ( s ) 为 $ 9 5矿渣粉。建筑垃圾再生微粉包括混凝土再生 微粉 ( 以下简称 H H) 、砖再生微粉 ( 以下简称 Z H) ，为 项目组自 制得到， 化学成分见表 2 。 表 2 再生微粉化学成分 品种 S i O2 A1 2 0 3 F e 2 0 3 C a O K 2 0 N a 2 O Mg O HH 6 2 1 8 1 0 1 5 2 4 9 l 0 2 4 1 7 3 1 3 0 1 9 1 Z H 6 3 1 2 】 2 2 9 2 6 8 8 5 2 2 0 2 1 7 4 1 3 3 1 2 试验方法 利用 H H、 Z H替代粉煤灰配制混凝土，H H、Z H的 掺量分别为 1 0 8 和 1 8 9 ，混凝土的详细配合比见表 3 。按照 G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 普通混凝土拌合物性能试验 方法 标准测定 拌合 物坍 落度 及损 失；按 照 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方法标准测定 混凝土各龄期力学性能 ； 按照 G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 普通 混凝土长期性能和耐久性试验方法标准测定混凝土抗 冻、抗碳化等耐久性能。 表 3 混凝土配合比 k g m 6 2 0 1 5 粉煤灰 2 7 2 结果与分析 2 1 混凝土新拌性能 混凝土初始坍落度和 1 h 坍落度损失见图 1 。 8 1 4 0 l 1 2 0 密 ： 2 0 结果表明，建筑垃圾再生微粉对混凝土坍落度有一 定影响。与基准混凝土相比，混凝土再生微粉掺量为 1 0 8 和 1 8 9 的 H H1 ，H H 2混凝土初始坍落度比基准 分别下降了 6 9 ，5 6 ，砖再生微粉掺量为 1 0 8 和 1 8 9 的 Z H 1 、Z H 2混凝土初始坍落度分别下降 2 4 与 1 7 5 。1 h后混凝土坍落度均具有一定程度的下降，掺 H H混凝土坍落度损失相对较小，掺 Z H混凝土坍落度损 失与基准混凝土接近。造成掺建筑垃圾再生微粉混凝土 坍落度降低的原因是其微观结构与基准混凝土中的粉煤 灰存在较大差异。粉煤灰 7 0 以上为玻璃微珠，在混凝 土中发挥 “ 滚珠效应”起到减水效果。再生混凝土粉或 砖粉均为多棱角不规则块体，且内部为多孔结构，在拌 合中会额外吸附部分水，造成胶凝材料中自由水含量降 低，混凝土坍落度下降。 2 2 混凝土力学性能 混凝土的 7 d 、2 8 d抗压强度和 2 8 d劈拉强度见图 2 - 3 。由图 2可知， H H1 、H H 2 、Z H1 、Z H 2混凝土与基 准混凝土 7 d抗压强度 比分别为 1 0 7 、 9 0 、1 0 4 、 1 0 1 ，2 8 d抗压 强 度 比分 别 为 1 0 4 、9 1 、1 0 2 、 9 6 。再生微粉掺合料的二次水化和微集料填充作用的叠 加效果改善了混凝土内部微观结构 ，混凝土没有明显降 低。随着建筑垃圾再生微粉掺量的增大，混凝土的抗压 强度减小。其中，Z H组混凝土随着掺量的增大，再生微 粉掺量为 1 0 8 时，H H 1与 Z H 1的 7 d活性分别为 1 0 7 与 1 0 4 ，2 8 d活性分别为 1 0 4 与 1 0 2 ，表现出 较好的早期与后期抗压强度。 由图3 可知，混凝土劈裂抗拉强度与抗压强度类似， 2 8 COALASH 6 201 5 图 2 混凝土各龄期抗压强度 H0 HH1 HH 2 Z H1 Z H 2 图3 掺有H H、Z H的混凝土的2 8 d 劈拉强度 混凝土 2 8 d劈裂抗拉强度随再生微粉掺量的增大而下降。 再生微粉掺量为 1 0 8 时，H H1与 Z H1分别为基准的 1 0 9 与 9 5 。再生微粉掺量为 1 8 9 时，H H 2与 Z H 2 分别为基准的9 7 与9 0 。H H 1 组混凝土2 8 d 劈裂抗拉 强度优于粉煤灰基准组，劈裂抗拉强度性能较好。 综上分析： 再生微粉部分取代粉煤灰、且掺量控制 在 1 0 左右时，再生微粉与粉煤灰、矿粉可较好地发挥 掺合料间的复合效应，对混凝土力学性能起到一定的改 善作用；再生微粉完全取代粉煤灰、 且掺量控制在 2 0 左右时，再生微粉与矿粉形成的掺合料体系性能明显不 及再生微粉与粉煤灰、矿粉形成的掺合料体系，力学性 能明显降低且不及基准混凝土。 2 3 混凝土耐久性能 混凝土的电通量、抗冻和抗碳化等耐久性能试验结果 见表4 。分析试验结果可知： ( 1 ) 再生微粉取代粉煤灰后，混凝土的抗氯离子渗 透性能有所改善，且再生微粉的掺量越高混凝土抗氯离 子渗透性能改善效果越明显。 ( 2 ) 掺再生微粉的混凝土在 5 0 次冻融后的质量损失 率、相对弹性模量与基准粉煤灰混凝土相当。 ( 3 ) 再生微粉取代粉煤灰的比例越高，混凝土的抗 碳化性能劣化趋势越明显；再生微粉部分取代粉煤灰、且 ( 下转第 4 4页) 如 加 m 0 5 4 3 2 1 0 邑 趟鳗张躲蠕 4 结 论 ( 1 ) 基于水泥 一硅灰 一微珠胶材体系，采用数理统 计的方法对影响灌浆料物理力学性能的四个观测变量胶 凝材料用量、 硅灰掺量、 微珠掺量、 水料比进行评定分析， 优化配比，最终配制出一种超高强大流态水泥基灌浆材 料，其 尺 、 、 2 8 可分别达到 5 0 M P a 、7 5 M P a 、1 0 0 M P a以上，灌浆料拌合物的 达到 3 9 04 0 0m m ，L 达到 3 8 0m m 3 9 0m m 。 ( 2 ) 本试验灌浆料的最优配比为胶凝材料用量 1 0 0 0 k g m 3 ，水料比 0 1 3 ，微珠掺量为 1 2 ，硅灰掺量为 8 ， 机制砂 6 0 0 k g m 3 ，石英砂 4 0 0 k g m s ，聚羧 酸减水剂 2 5 、消泡剂 0 0 6 、早强剂 0 5 、H C S A 4 和 M g O 2 。在实际应用中配合比参数可选择为水料比 0 1 0 0 1 3 ，硅灰掺量不宜超过 1 0 ，微珠掺量不宜超过 1 5 ， 减水剂、消泡剂、 早强剂和膨胀剂可根据实际情况进行 调整 。 ( 3 ) 胶凝材料用量是控制超高强大流态灌浆料综合 性能的关键因素， 水料比次之， 在其他因素一定的条件下， 随着胶材用量的增加，灌浆料的工作性能及强度逐渐提 高。硅灰对灌浆料的早期强度影响较大，但随着龄期的 延长，这种影响在逐渐降低。微珠对灌浆料的工作性能 影响相对较小，但对灌浆料后期强度有显著的促进作用。 复合掺入微珠和硅灰两种水化活性不同的矿物掺合料， 可实现灌浆料强度的梯度发展，是制备超高强大流态水 泥基灌浆材料的技术保证。 参考文献 【 1 】朱卫华 水泥基灌浆料的发展【 J 】 _ 施工技术， 2 0 0 9 ， 3 8 ( 6 ) ： 7 6 7 9 2 刘小兵 水泥基无收缩灌浆砂浆的配制及性能研究 D 】 重庆： 重庆 大学 2 0 1 0 【 3 】陆璇 应用统计 M 】 北京： 清华大学出版社， 1 9 9 9 4 胡良 平 s A s 实验设计与统计分析 M 北京： 人民卫生出版社， 2 0 1 0 5 】蔡正咏 数理统计在混凝土中的应用 M 中国铁道出版社， 1 9 8 8 作者简介：陈 景 ( 1 9 8 l 一)，男， 硕士，工程师， 主要从事预拌混凝土及 混凝土制品的 研究。通信地址： 成都市成华区龙潭寺建设村5 组中建商品混 凝土成都有限 公司技术中 心 ( 6 1 0 0 5 2 )。 E - m a i l ： j i s h u z x 2 0 1 3 1 6 3 c o rn。 收稿 日期： 2 0 1 5年 6月 3日 ( 上接第2 8 页) 掺量控制在 1 0 左右时，H H 1 、Z H1组混凝土碳化深度 接近基准组；当再生微粉完全取代粉煤灰、且掺量控制在 2 0 左右时，H H1 、Z H1组混凝土碳化深度明显比基准 组高。 表 4 混凝土耐久-眭试验结果 3 结 论 ( 1 ) 建筑垃圾再生微粉替代粉煤灰用作混凝土掺合 料时，混凝土的初始工作性能降低，且替代量越高降低 程度越大。混凝土再生微粉引起的工作性能降低更明显。 建筑垃圾再生微粉掺合料不会额外造成混凝土坍落度损 4 CoAL AsH 6 201 5 失的增加。 ( 2 ) 建筑垃圾再生微粉部分取代粉煤灰，与粉煤灰、 矿粉形成的复合胶凝体系对混凝土力学性能起到一定的 改善作用；再生微粉完全取代粉煤灰时，混凝土力学性 能明显降低且不及基准混凝土。混凝土再生微粉与砖再 生微粉对混凝土力学性能影响无明显差异。 ( 3 ) 建筑垃圾再生微粉适度替代粉煤灰用作混凝土 掺合料时，混凝土耐久性能与基准混凝土比较接近。建 筑垃圾再生微粉的掺量较大时，混凝土的抗碳化性能有 所降低。 总体而言，建筑垃圾再生微粉适量替代粉煤灰用作 混凝土掺合料是具有可行性的，且再生微粉的掺量宜控 制在 1 0 左右。 参考文献 【 1 】 葛洪斌 再生掺合料在混凝土中的应用研究 J l 浙江建筑， 2 0 0 9 ， 2 6 ( 1 ) ： 7 4 - 7 5 作者简介： 方倩倩， 女， 助理工程师， 主要从事固体废弃物资源化利用方向 的研究。通信地址 ：上海申富路5 6 8 号。 收稿 日期： 2 0 1 5年 6月 2日