再生陶瓷粗骨料混凝土力学性能与耐久性试验研究.pdf

2023年第6 期（总第40 4期）Number 6 in 2023(Total No.404)doi:10.3969/j.issn.1002-3550.2023.06.035混凝土ConcretePRACTICALTECHNOLOGY实用技术再生陶瓷粗骨料混凝土力学性能与耐久性试验研究徐成双1，刘玲玲，焦楚杰，蔡庆晓，郭伟4（1.中铁一局集团（广州）建设工程有限公司，广东广州51146 6；2.广州大学土木工程学院，广东广州510 0 0 6；3.佛山市政通混凝土有限公司，广东佛山52 8 0 10；4.珠海春禾新材料研究院有限公司，广东珠海5190 6 0）摘要：用废弃陶瓷粗骨料取代天然粗骨料，制备出再生骨料混凝土，并测试其工作性能、力学性能及耐久性能。通过试验发现，随着陶瓷粗骨料掺量的增加，再生骨料混凝土达到同一落度所需的减水剂用量逐步减少，再生骨料混凝土抗压强度呈现较大的增长，抗碳化性能和抗氯离子渗透性能明显增强，弹性模量和抗收缩性能小幅度提升。关键词：废弃陶瓷；粗骨料；再生混凝土；工作性能；力学性能；耐久性能中图分类号：TU528.2Experimental study on mechanical properties and durability of recycled ceramic aggregate concrete(1.China Railway First Group(Guangzhou)Construction Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou 511466,China;Abstract:Recycled coarse aggregate concrete was produced by replacing natural coarse aggregate with waste ceramic coarse aggregate,and its workability,mechanical properties,durability were tested.Through the test,it is found that with the increase of ceramic coarse aggregate content,the amount of water reducing agent required for recycled coarse aggregate concrete to reach the same slump gradually de-creases,the compressive strength ofrecycled coarse aggregate concrete increases greatly,the carbonation resistance and chloride ion pene-tration resistance are significantly enhanced,the elastic modulus and shrinkage resistance are slightly improved.Key words:waste ceramics;coarse aggregate;recycled concrete;workability;mechanical performance;durability文献标志码：AXU Chengshuang,LIU Lingling?,JIAO Chujie,CAI Qingxiao3,GUO Wei42.School of Civil Engineering,Guangzhou University,Guangzhou 510006,China;3.Foshan Zhengtong Concrete Co.,Ltd.,Foshan 528010,China;4.Zhuhai Chunhe New Material Research Institute Co.,Ltd.,Zhuhai 519060,China)文章编号：10 0 2-3550(2 0 2 3)0 6-0 17 3-0 30引言我国的陶瓷行业始于新石器时代，经历漫长历史的发展，陶瓷技术与艺术得到了巨大的进步 1-3。2 0 2 0 年，全国陶瓷砖产量超过10 0 亿m,卫生陶瓷超过1亿件4。陶瓷工业的兴旺，难以避免的是陶瓷废料日益增多,这对生态环境造成严重的负面影响 5-7。陶瓷废料的资源化再生利用，已成为社会关注的热点之一 8-10 。众多学者-14 的研究表明,陶瓷骨料的掺人可以一定程度上提高混凝土的性能，废弃陶瓷作为混凝土骨料使用具有可行性。鉴于以上背景，本试验采用不同掺量的陶瓷粗骨料等质量取代碎石，对再生陶瓷粗骨料混凝土的工作性能、力学性能及耐久性能进行试验，研究不同掺量的陶瓷粗骨料对收稿日期：2 0 2 2-0 3-2 6基金项目：国家自然科学基金（52 0 7 8 148,517 7 8 158,52 10 8 12 5）；广东省普通高校重点领域专项（科技服务乡村振兴项目）（2 0 2 1ZDZX4009）；广东省水利科技创新重点资助项目（2 0 17-32）；珠海市社会发展领域科技计划项目（ZH22036201210032PWC）；广州大学一中铁一局集团技术开发合作项目（2 0 2 1）173混凝土工作性能、力学性能及耐久性能的影响规律。1试验方案1.1试验原材料本试验所用的天然粗细骨料为碎石和河砂,河砂的堆积密度为1430 kg/m，细度模数为2.40；矿物掺合料选用粉煤灰；水泥选用市售PO42.5R级水泥。减水剂选用减水率约为30%的聚羧酸高效减水剂。陶瓷粗骨料取自佛山某陶瓷企业废弃的陶瓷砖，经破碎、筛分等工序,得到再生陶瓷粗骨料,陶瓷粗骨料和碎石的性能指标见表1。1.2试验配合比本试验设计了3种水灰比0.57、0.52、0.45,对应的混凝土强度分别为C25、C 30 和C35，配合比参照JGJ552011普通混凝土配合比设计规程进行设计。表1粗骨料性能指标粒径表观密度堆积密度压碎值吸水率含泥量骨料/mm/(kg/m)/(kg/m)碎石525陶瓷516为研究不同掺量的陶瓷颗粒对混凝土性能的影响规律，在C30混凝土中使用0、15%、2 5%的陶瓷粗骨料等质量取代碎石，进行对比试验。另外，C25和C35混凝土中的陶瓷粗骨料掺量为15%。为满足实际工程应用要求，落度目标值范围设为18 0 2 0 0 mm,试验过程中调整减水剂的掺量以满足落度目标值，最终得到满足要求的混凝土配合比如表2 所示。表2 混凝土配合比强度等级水水泥粉煤灰中砂碎石陶瓷骨料减水剂C25175252C30169 270C30169 270C30169270C351633081.3试验内容按照GB/T500802016普通混凝土拌合物性能试验方法标准、GB/T500812019混凝土物理力学性能试验方法标准和GB/T500822009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准进行以下试验：(1)落度试验。(2)抗压强度试验。（3）静力受压弹性模量试验。(4)碳化试验。（5)抗氯离子渗透试验（RCM法、电通量法）。(6)收缩试验。2试验结果与分析2.1工作性能本试验针对预拌混凝土企业的要求,落度目标值范围设为18 0 2 0 0 mm。如表2 所示,在C30级再生陶瓷粗骨料混凝土中,陶瓷粗骨料掺量分别为0、15%、2 5%时，对应的减水剂单位用量分别是8.8、8.3、7.8 kg，测试出的落度值都在（190 1)%范围内。本试验所用的陶瓷粗骨料接近球形，且针片状含量较少，有利于降低骨料之间的摩擦力，也有利于降低骨料空隙率，使浆体充分包裹在骨料表面起润滑作用，从而提高混凝土的流动性。另外，陶瓷骨料的粒径较小,取代天然粗骨料之后，骨料的粒径级配变得更为合理。级配良好的骨料可以降低空隙率，在浆体不变的情况下，混凝土拌合物的流动性变好。本试验根据同一落度目标值进行混凝土的拌制,所以随着陶瓷粗骨料掺量的增加,再生骨料混凝土所需的减水剂用量逐步减少。2.2抗压强度试验混凝土试块的抗压强度试验结果如图1所示。随着龄17450口C25-15%口C30-040C30-15%/%/%267514262.426125459756919557521 0765575291555752 80756737 897/%6.00.75.11.51620161269158C30-25%301.20.3kg/m36.708.808.307.808.70C35-15%20100期增长,混凝土抗压强度不断增长。在C30混凝土中,在不同龄期阶段，随着陶瓷粗骨料掺量的增加，混凝土抗压强度均呈现出随之增加的趋势。在龄期2 8、6 0 d,抗压强度增长较为明显，与普通混凝土相比增幅超过10%。混凝土的抗压强度不仅与水泥水化产物有关，也与混凝土内部裂缝、孔隙率有关，混凝土越致密其抗压强度也越大。C30混凝土中，随着粒径较小的陶瓷粗骨料的增加,粗骨料粒径级配变得更为合理，混凝土内部中的孔隙减少，变得更加致密,因此其抗压强度随着掺量的增加而提高。2.3静力受压弹性模量试验龄期2 8 d时，混凝土试块的静力受压弹性模量试验结果如图2 所示。由图2 可知，当陶瓷粗骨料掺量15%时，随混凝土强度等级的增长,弹性模量也随之增长。在C30混凝土中，弹性模量随陶瓷粗骨料掺量的增加呈现小幅度增加的趋势。随着陶瓷粗骨料的增加,混凝土内部中的孔隙减少，混凝土变得更加致密，因此其弹性模量在一定范围内随着掺量的增长而增长。380003600034000320003000028000C25-15%C30-0C30-15%C30-25%C35-15%图2 龄期2 8 d混凝土弹性模量2.4碳化试验混凝土试块的碳化深度随龄期的变化如图3所示。由图3可知，随着龄期增长，各种强度等级混凝土的碳化深度不断加深。在C30混凝土中,在不同龄期阶段,随着陶瓷粗骨料掺量的增加，混凝土碳化深度均呈现出明显减小的趋势。骨料品种及颗粒级配是混凝土碳化速度的影响因素之一。大粒径粗骨料的底部容易产生水泥净浆的离析和沉淀，导致细小裂缝的产生，使碳化更易发生。掺入小粒径的陶瓷粗骨料后，骨料颗粒级配更加合理，混凝土更加致密，这有利于抗碳化性能的提升。因此，随着陶瓷粗骨料掺量的增加，混凝土碳化深度呈现减小的趋势。2.5抗氯离子渗透试验混凝土试块的氯离子迁移系数及电通量试验结果如图4所示。本试验以混凝土2 4h电通量高低和氯离子迁移系数大小来判断混凝土的渗透性。一般情况下，混凝土抗3图1混凝土抗压强度7龄期/d28600.80.70.60.50.402.0001800140012001000C25-15%C30-0C30-15%C30-25%C35-15%图4混凝土电通量与氯离子迁移系数压强度越高，其抗氯离子渗透能力越强，2 4h通电量越小。由图4可知，混凝土强度等级越高，氯离子迁移系数越小，其抗氯离子渗透能力越强。在C30混凝土中,随着陶瓷粗骨料掺量的增加,再生混凝土抗氯离子渗透能力随之增强。级配良好的再生陶瓷粗骨料混凝土的密实度更好，氯离子在其内部的迁移速度也就越慢。2.6收缩试验混凝土试块的收缩率随龄期的变化如图5所示。由图5可知,随着龄期增长，各强度等级混凝土的收缩率不断增加，但每个龄期的收缩率差异不明显，在同一范围内呈现相同变化趋势。混凝土内部结构中，骨料主要起支撑作用，一般不会产生收缩变形，但骨料能对混凝土干缩起约束作用,约束性越好,混凝土的收缩率越小。龄期9 0 d时,在C30混凝土中，陶瓷粗骨料掺量15%、2 5%的再生混凝土的收缩率分别是普通混凝土的98%94%，可见掺人陶瓷粗骨料后，混凝土干燥收缩有所变小。3202802409.01/幸期2001601208040071442128354249566370778491龄期/d图5混凝土收缩率3结论通过对再生陶瓷粗骨料混凝土进行工作性能、力学性能和耐久性能的试验研究,在陶瓷粗骨料掺量从0 增加到25%的过程之中，得出规律如下：（1)在工作性能方面,随着陶瓷粗骨料掺量增加,再生混凝土达到同一落度所需的减水剂用量逐步减少。(2)在力学性能方面，随着陶瓷粗骨料掺量增加，弹性模量呈小幅度增长，龄期2 8、6 0 d的再生骨料混凝土立方体抗压强度增长较为明显。(3)在耐久性能方面,随着陶瓷粗骨料掺量增加,再生骨料混凝土抗碳化性能和抗氯离子渗透性能明显增强，抗C25-15%C30-25%-C30-0C35-15%C30-15%1020龄期/d图3混凝土碳化深度口电通量+氯离子迁移系数1050C25-15%C30-0C30-15%C30-25%C35-15%收缩性能小幅度提升。陶瓷粗骨料掺量在2 5%以下时,再生骨料混凝土的干燥收缩率值都未超过同条件的普通混凝土。3040506015参考文献：1 VERONICA T.Ceramic technology and cultural change in sicilyfrom the 6th to the 11th century ADDJ.UK,University of Sheffield,2018.2 NISHIHORA R K,RACHADEL P L,NOVYQUADRI M 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