废弃陶瓷替代混凝土粗骨料可行性研究.pdf

建筑技术开发 Bu i l d i n g T e c h n o l o g y De v e lo p me n t 建筑资讯 Bu i l ding I n f o r m a t i o n 第4 3 卷第9 期 2 0 1 6 年9 月 废弃陶瓷替代混凝土粗骨料可行性研究 何浩 ，杨传礼，王鹏，张悦，吴强，鞠泽青 (山东理工大学建筑工程学院，山东淄博2 5 5 0 0 0) 摘要随着我国经济社会和 陶瓷产业的迅猛发展，废弃陶瓷越来越 多，对环境的危害也越来越大，因此成为许多社会人 士和学者所关注的焦点。通过对陶瓷再生骨料吸水率和压碎值的测定及陶瓷再生骨料混凝土物理力学性能、研究现状、经济方 面进行分析来最终得出其实施是可行的。 关键词 废弃陶瓷 ；陶瓷再生粗骨料混凝土 ； 可行性 中图分类号 T U5 2 3 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X ( 2 0 1 6 )0 9 0 0 0 3 0 2 Fe a s i b i l i t y S t u d y o f Re p l a c i n g Co n c r e t e Co a r s e Ag g r e g a t e wi t h W a s t e Ce r a mi c s H e Ha o ，Y a n g C h u a n l i ，Wa n g P e n g ，Z h a n g Y u e ，Wu Q i a n g ，J u z e - q i n g 【 Ab s t r a c t Wi t h t h e r a p i d d e v e l o p me n t o f C h i n a S e c o n o my a n d s o c i e t y a n d t h e c e r a m i c i n d u s t r y , mo r e a n d mo r e w a s t e c e r a mi c s t h e h a r m t o t h e e n v i r o n me n t i s a l s o g r o wi n g ， S O m a n y p e o p l e a n d s c h o l a r s h a v e b e c o me t h e f o c u s o f a t t e n t i o n Ba s e d o n r e c y c l e d c e r a mi c a g g r e g a t e o n wa t e r a b s o r b i n g r a t e a n d c r u s h v a l u e d e t e r mi n a t i o n ， a n d c e r a mi c a g g r e g a t e p h y s i c a l a n d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e ，r e s e a r c h s t a t u s a n d e c o n o mi c a s p e c t s o f f e a s i b i l i t y a n a l y s i s t o fi n a l l y c o me s t o t he c o n c l u s i o n t h a t i t s i mp l e me n t a t i o n i s f e a s i b l e 【Ke y wor d s J wa s t e c e r a mi c ； c e r a mi c r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e C o n c r e t e ； f e a s i b i l i t y 我 国的陶瓷历 史源 远流长 ，生产技术 相对 成熟，是世界上 最大的陶瓷生产 国和消费国，陶瓷产量多年居世界第一。国 家统计局数据显示，2 0 1 5 年第一季度陶瓷砖产量2 1 亿 m ，而 废品率大约为5 2 6 ，另外，由于陶瓷在运输过程 中容易 损 坏 ，也会产 生废 弃 陶瓷， 由此可 见 我 国的废 旧陶瓷产 量是 巨大 的，而且 ， 由于 目前我 国对于 废 旧陶 瓷的处理 技术 非常 不成熟，可以回收利用的只有-d , 部分，大部分废旧陶瓷仍 然采用填埋的方法。由于陶瓷的性质决定了陶瓷难以风化分 解，占用土地，因此废旧陶瓷的重新利用就变得非常重要。 目前，我 国对废旧陶瓷回收利用的研究已经取得 了一些 成 果 ，但 由于陶瓷种类 繁多， 已有 的研 究成 果难免以偏概 全， 故决定针对陶瓷地板砖此具体种类进行研究分析，以便得 出 具体结论。 1 试验方法及材 料性能 1 1 试验 方 法 配合比设计时，选用替代率分别为0 ，2 0 ，4 0 ，6 0 ， 8 0 ，1 0 0 ，1 0 0 ( 等体积)的7 组混凝土试件，试件采用 非标准尺寸 l O O mm1 0 0 mm1 0 0 mm，换算系数为0 9 5 。固 定水灰比0 5 4 ，坍落度控制在3 0 5 0 mm。实测碎石表观密 度 为 2 8 8 1 0 k g m ，陶瓷 颗粒 的 表 观 密度 为2 4 1 0 k g m ， 考虑到在试验过程 中其坍落度会减小，所 以通过调整水泥浆 含量来满足坍落度要求。具体配合比见表 1 ， 其中J Z为对照组， R C表示再生骨料 ，R C 1 5 为粗骨料 等体积替代组 。 表1 混凝土配合比 k g m 编号 水泥 水 砂 碎石 陶瓷 J Z 3 6 1 1 1 1 9 5 6 4 4 7 2 l 1 9 9 1 7 O R C 1 ( 2 0 ) 4 7 6 - 8 3 2 5 7 8 4 6 4 4 7 2 9 5 7 7 3 6 2 3 9 4 R C 2 ( 4 0 ) 4 7 6 8 3 2 5 7 8 4 6 4 4 7 2 7 1 8 2 4 7 8 8 R C 3 ( 6 0 ) 4 7 6 8 3 2 5 7 8 4 6 4 4 7 2 4 7 8 8 7 1 8 2 R C 4 ( 8 0 ) 4 7 6 8 3 2 5 7 8 4 6 4 4 7 2 2 3 9 4 9 5 7 7 3 6 RC 5 ( 1 0 0 ) 4 7 6 8 3 2 5 7 8 4 6 4 4 7 2 0 l l 9 9 1 7 RC 1 5 ( 1 0 0 ) 4 7 6 8 3 2 5 7 8 4 6 4 4 7 2 0 9 9 9 3 l 收稿 日期 ： 2 0 1 6 _ J 0 6 _ J 0 1 作者简介 ： 何浩 ( 1 9 9 4 一 ) ， 男 ， 陕西富平 人 ， 主要研 究方 向为房建工程 。 一 般 情 况下 ，为形成 坚 固 、稳 定 的混 凝 土骨 架，粗骨料 颗粒的三维尺寸应尽可能接近。但在破碎过程中难免会出现 一 些不大规则的形状。在 J GJ 5 2 -2 0 0 6 普通混凝土用砂、石 质量及检验方法标准中关于针片状颗粒作 了如下规定 ： 凡 岩石颗 粒 的长度大于该颗粒 所属粒 级平 均粒径 的 2 4 倍者为针 状颗粒 ；厚度小于平均粒径0 4 倍者为片状颗粒。由于所采用 的陶瓷厚度在 1 0 m m左右，所以在试验过程中，陶瓷颗粒的级 配5 2 0 mm连续粒级，碎石的级配也控制在52 0 mm。水 泥采用强度为4 2 5 MP a 普通硅酸盐水泥。 1 2 材料性能 普 通 混凝土 的受力破 坏一 般 出现在骨料 与 水泥石 的界面 上，或者是水泥石本身的破坏。因此对于普通混凝土，水泥 石 自身的强度和其与粗细骨料之间的粘结情况是影响混凝土 强度 的 主 导因素 。根据 已有研 究 结果表 明，再 生骨料 的压碎 值和 吸水 率 分别是决定 高强 再生混 凝土与 中低 强再 生混凝土 力学性 能的一个主要因素 。 1 2 1 压碎指标值测定 通 常情 况 下，陶瓷企业 所 提供 的有关 陶瓷 技术 参数是不 包含 材料 的压碎指标 的，依 据 G B T 1 4 6 8 5 -2 0 1 1 建筑用卵 石、碎石 ，试件应取3 份 ，每份3 k g ，由于陶瓷颗粒的堆积密 度 比碎石 要小很多 ， 规范规定试件 高度 以距 圆模上 口 1 0 mm 准， 所 以称 取 陶瓷颗粒 3 份每份 2 5 k g 。将试件 分两层 装入圆模 内， 每装 完 一 层后 ，在底盘下 面 放置 一直 径为 1 0 mm 的圆钢，将 桶左右颠倒2 5 次，两层颠实后平整模内试件表面，盖上压头， 放置于试 验机上 ，以1 k N s 的速度加至 2 0 0 k N 并稳 定5 s ，然后 卸载 ，用 2 3 6 mm 的筛子筛 出被压碎 的细粒 ，通过计算得 出气 干状态压碎指标 ( ) ： 天然骨料为8 0 ，陶瓷再生骨料为4 9 。 1 2 2 吸水率测定 依据 GB T 1 4 6 8 5 -2 0 1 1 建筑用卵石 、碎 石 ，称取陶瓷 再 生骨料 和碎 石各4 k g ，每 样 2 份 。取试件 置 于水 中，水面需 高出试件表面5 mm，浸泡2 4 h后，从水中取出，用湿毛巾擦 干颗粒 表面 ，得饱和面干 试件 ，称 其质量。然后 烘干至恒 重， 再称其 质量。通过计算得 陶瓷再生骨料 的吸水率为 1 8 ， 碎石 的吸水率 为0 7 。根据表 2 ，可 以推 出陶 瓷再生骨 料满足 C 3 0 C 6 0 及抗冻、抗渗或 有其他要求的混凝土 。 ( 下转第 l 4页) 3 第4 3 卷第9 期 2 0 1 6 年9 月 建筑资讯 Bu i l d i n g I n f o r ma t i o n 建筑技术开发 B u i l d i n g T e c h n o l o g y De v e l o p me n t ( 3 )政府和公交公司应加大公交基础设施的优化建设力 度 ， 如提供公交站 点的舒适度 ， 完善现有公交站点 的基础设施； 加快公交车辆的更换，为乘客提供宜人的乘车环境等。 ( 4 )政府和公交公司应加大智慧公交硬件设施的投资力 度，如在公交站点设置乘客 一公交车互馈装置 ； 在现有的公交 车上安装 Wi F i 无线装置，优化公交车的使用条件 。 4 结束语 建设 “ 低碳智慧型城市”是未来城市建设发展的趋势。智 慧公交作为低碳智慧型城市建设的重要一环，其建设方式应 根据各个城市 自身发展的特点，因地制宜地进行适用性智慧 公交建设。本文根据天津市智 慧公交建设现状，在智慧公交 建 设系统 的管理 、调 度、运营 方面 提 出了可行性 措施 ，但在 智慧公交系统的运行、落实细节等方面还需进一步深化研究， ( 上接第3 页) 表2 G B T 1 4 6 8 5 -2 0 1 1 建筑用卵石、碎石 类别 I I 1 I 吸水率 1 0 2 0 2 0 试验结果表明 ( 表3 ) ，混凝土的强度是随着陶瓷骨料替 代率的提高减小 的，当替代率为1 0 0 时，R C 5 减 小的幅度 为 1 3 9 3 ，R C 5 1 减 小 的幅度 为 8 0 4 。通过对 压 碎 后 的混 凝土试件进 行观 察 ，发现 陶瓷 釉面 上的水泥浆 相 比于碎石 和 本身的非釉面含量要少很多。普通混凝土中的天然碎石与硬 化水泥砂浆之间存在的界面，两者之间具有较好的吻合作用， 碎石嵌入砂浆之中结合紧密。非釉面陶瓷与水泥浆体，具有 明显的结合带，而对于釉面，放大 3 0 0 0倍的陶瓷 一釉面砂浆 I T Z界面照片可清晰看到光滑的 I T Z界面，因此可认为陶瓷再 生骨料与水泥砂浆之间连结能力比天然碎石与砂浆连结力差。 这表明陶瓷再生骨料釉面的存在，对混凝土强度产生了不利 的影响。 表3 抗压强度结果 编号 替代率 强度 MP a 相对减 小幅度 J Z O 3 2 4 0 RC 1 2 O 3 0 7 5 5 0 8 RC 2 4 0 3 0 O 5 7 2 3 RC 3 6 0 29 86 7 8 2 RC一 4 8 O 2 8 6 7 1 1 5 1 RC 5 1 0 0 2 7 8 8 1 3 9 3 R C 5 1 l 0 0 2 9 7 9 8 0 4 注：R C 一 5 1 为等体积替代。 2 试验结 果及分析 编号R C 5 1 试件是在J Z的基础上只替换了同体积的碎石， 因为陶瓷颗 粒表 观密 度小， 同质量 的体积 比碎 石大 ，而造 成 砂率降低、比表面积增大，所需的水泥浆含量多于未替代的 混凝土。 3 陶瓷再 生骨料混凝土的研 究现状 3 1 性 能方 面 目前国 内外学 者在混凝 土最 重要 的两个性 能耐 久性和 强 度方面均有相当深入的研究，其中韩佛添 通过对陶瓷再生 骨料混凝土 吸水率的测定得出替代率为2 0 ，2 5 的陶瓷再 生骨料混凝 土是 具有较好 耐久性 的 。万超 1 对 废 陶瓷再 生粗 骨 料混凝土 强度 作 了全面研 究， 结果表 明 ： 陶 瓷再 生混凝 土 的抗 压强度和劈拉 强度均稍低 于普通混凝土 ，劈 裂抗拉强度 、 抗折强度和轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值均高于普 通混凝 土。 1 4 希 望智 慧公交的建 设与 发展会 为天津市 公共 交通 运输 效益 的 提升有所裨益 。 参考文献 【 1 陆原 ，郭晟，曾滢 关 于城市公共交通优先 发展实践的思考 J 1 城 市交通，2 0 1 3 ( 2 )：3 -1 6 2 郭智 构建天津城乡公交一体化大格局的探索和实践 J 人民公交， 2 01 1 ( 2)：3 3 3 6 3 】 余霞 低碳经济下公共交通运输管理研 究 J 】 企业经济 ， 2 0 1 1( 1 0 ) ： 4 9 -5 2 4 】 天津 市统 计局 2 0 1 4年犬 津市 国 民经济 和 社会 发展 统 计公报 R 2 01 5 ( 3)：1 3 5 张祖 群， 王晓芝 智慧城市背景下的北京交通基础设施建设研究 J 城 市管理 与科技 ，2 0 1 3( 5 ) ：5 8 6 O 3 2 存在问题及解决方案 废弃陶瓷在技术规格上不尽相同，其物理性能也相差较 大。从建筑拆除中得到的陶瓷品种表面往往存在着不少的砂 浆，这些砂浆本身就有大量的孔隙，表现为对水的吸收作用 明显。杨建斌 口 指 出可采用基于 自由水灰比之上的配合 比 设 计来 抵消这 种陶瓷 骨料 吸水量 大的不 利作用 。陶瓷在破 碎 成骨料的过程中， 自身会产生很多微裂纹，这对于混凝土的 强度和耐久性均有不利的影响，杜婷 3 1 利用高活性超 细矿 物掺合料的浆液来对再生骨料进行强化试验并取得了初步的 进 展 。 4 经济方面的可行性 由于陶瓷碎片难于风化， 废品处理难度大， 环保费用高昂， 严重的污染问题使得就近民众反应激烈 ； 仅广东佛山陶瓷产 区，各种陶瓷废料的年产量已经超过4 0 0 万 t ，而全国陶瓷废 料的年产量约在 1 0 0 0 万 t ，根据国家从2 0 0 3 年开始 实施的 排污费征收标准 ，固体废物及危险废物排污费征收标准中规 定对无专用储存或处置设施和专用储存或处置设施达不到环 境保护标准排放的工业固体废物，一次性征收固体废物排污 费。对以填埋方式处置危险废物不符合国家有关规定的，危 险废物排污费征收标准为每次 l 0 0 0 元 t 。对于政府部门是不 是可以对于那些排放固体废料的企业 ( 二次利用) 减免排污费， 那么不论是对于促进陶瓷企业还是其他排放固体废料的企业 也 是一个 不小 的动力 。所 以说在经济方 面废 弃陶 瓷替代 混凝 土粗 骨料是可行 的。 5结束语 ( 1 )陶瓷再生粗骨料在强度方面和吸水率方面均满足 I l 类标准，理论上是满足 C 3 0C 6 0 及抗冻、抗渗或有其他要 求 的混凝土。 ( 2 )对陶瓷再生粗骨料混凝土进行等体积替代将更能体 现 其在强度和经济方 面 的优越性 。 ( 3 )通过对陶瓷再生物理力学性能方面和经济方面的分 析，以及国内外对陶瓷再生骨料的深入研究并提出的一系列 方 案 ，表 明废 弃陶瓷 替代 混凝 土粗骨料 是可行 的，陶瓷 再 生 粗骨料混凝土是完全有能力作为一种绿色可靠的材料加 以应 用 和推广 ，在强调环 保 的2 l 世纪将成为一种主流 。 参考 文献 1 万超 再生陶瓷粗骨料混凝土基本力学性能与碳化试验研究 D 厦 门 ：华侨大 学，2 0 0 9 2 】 杨 建斌 ，孙 泓涛，朱 栋 梁 关于 再生骨料 和再 生混凝 土技术 的 评 述 J _ 浙江建筑 ，2 0 0 6( 2 3 ) ：5 3 3 】 杜婷 ，李 惠强，吴 贤 国 再 生混凝 土的研 究现状和存在 问题 【 J 】 建 筑 技术，2 0 0 3 ，3 4( 2 )：1 3 3 1 3 5 4 韩 佛添 陶瓷废料用 作混凝 土再生骨料对 混凝土性能影 响研 究 J 广 东建材 ，2 0 1 4( 6 )： 6 - - 8