李 黎，張 杰

(1.南陽師范學(xué)院 土木建筑工程學(xué)院，河南 南陽 473061；2.濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 濟(jì)源 459000)

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粘土磚再生粗骨料物理性質(zhì)改進(jìn)研究

李 黎1，張 杰2

(1.南陽師范學(xué)院 土木建筑工程學(xué)院，河南 南陽 473061；2.濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 濟(jì)源 459000)

對粘土磚破碎之后的再生粗骨料進(jìn)行級配調(diào)整，測定級配調(diào)整前后骨料的物理性質(zhì).結(jié)果表明如果粘土磚再生粗骨料的級配不良，人工進(jìn)行級配調(diào)整可優(yōu)化其級配，提高再生骨料的堆積密度并降低壓碎指標(biāo).進(jìn)而對級配調(diào)整后的碎磚再生骨料進(jìn)行水泥漿液浸泡、攪拌處理.物理性質(zhì)測試結(jié)果表明，處理后的再生粗骨料吸水率降低，表觀密度增大，強(qiáng)度得到明顯改善.

粘土磚；再生粗骨料；級配調(diào)整；物理性質(zhì)；性能改進(jìn)

建筑垃圾又稱為建筑廢棄物，指對各種建(構(gòu))筑物、道路工程、市政工程等進(jìn)行建設(shè)、拆除、維護(hù)過程中所產(chǎn)生的廢棄混凝土、磚石、渣土及其他廢棄物.統(tǒng)計顯示，建筑垃圾可以達(dá)到我國城市垃圾總量的30%以上，建筑垃圾亂堆亂放不僅占用大量土地，而且污染水、土壤、空氣，影響市容乃至城市的健康發(fā)展；而于此同時我國每年砂石骨料使用量高達(dá)數(shù)十億噸[1-2].近年來，隨著城市棚戶區(qū)改造、城中村改造項目等的快速推進(jìn)，大量的老舊磚混結(jié)構(gòu)房屋被拆除，產(chǎn)生了大量以廢棄粘土磚為主要成分的建筑垃圾.

但是以往對于混凝土再生骨料的物理性質(zhì)以及以其為主要成分的混凝土的研究較多，以廢棄粘土磚再生骨料的物理性質(zhì)為研究對象的成果相對較少.本試驗主要研究了廢棄粘土磚再生骨料級配調(diào)整前后其物理性質(zhì)的變化，進(jìn)而利用預(yù)處理的方法對碎磚粗料進(jìn)行改性以提高其物理性質(zhì).希望本文的研究能夠?qū)U棄粘土磚再生骨料混凝土的應(yīng)用和研究提供幫助.

1 再生粗骨料顆粒級配的調(diào)整

本試驗所使用的原材料來自南陽師范學(xué)院內(nèi)廢棄的磚混結(jié)構(gòu)房屋，建造年代為1999年左右，原為周圍居民住宅樓.在已拆除的舊粘土磚中隨機(jī)抽取18塊，按規(guī)范要求測定其抗壓強(qiáng)度，供試驗時參考，經(jīng)測定粘土磚的強(qiáng)度為MU10，強(qiáng)度未有明顯降低，選取破碎磚塊，進(jìn)一步進(jìn)行人工破碎后用水沖洗.按粒徑進(jìn)行篩分，分為再生粗骨料4.75～31.5 mm，再生細(xì)骨料0.15～2.5 mm，而粒徑0.15 mm的微粉一般應(yīng)去掉.

本文主要是對再生粗骨料的物理性質(zhì)進(jìn)行改進(jìn)研究，由于目前對于再生骨料還沒有規(guī)范進(jìn)行明確的規(guī)定，因此本文試驗均參考《建筑用卵石、碎石》(GB/T 14685-2001)(以下簡稱《規(guī)范》)之規(guī)定的進(jìn)行[3].本文首先對碎磚再生粗骨料級配進(jìn)行了調(diào)整，而后測定其調(diào)整前后一系列物理性質(zhì)的變化.同時，對天然碎石的對應(yīng)物理性質(zhì)也進(jìn)行了測定，以進(jìn)行對比分析.

1.1 級配調(diào)整方法

采用篩分法，測得碎石骨料與碎磚再生骨料的累計篩余百分率(見表1).由于碎磚再生骨料強(qiáng)度較低,因此破碎時，產(chǎn)生了大量小粒徑的骨料，所以級配較差，為了更好的滿足試驗及工程使用需要，本試驗對碎磚再生骨料級配進(jìn)行了調(diào)整.調(diào)整方法中肖建[4]莊等提出的方法，結(jié)合參考文獻(xiàn)[5-7]中的研究結(jié)論，再生骨料在利用時，應(yīng)較多利用大顆粒的骨料，而減少小顆粒比例.因此，主要將粒徑9.5～16 mm之間的骨料進(jìn)行了增加，調(diào)整后的再生骨料級配也列入了表1(再生骨料1為調(diào)整前，再生骨料2為調(diào)整后，后文不再贅述)，級配曲線(見圖1).從級配曲線中可以明顯看到，調(diào)整后的級配曲線與天然碎石骨料更為接近，級配趨于合理.

表1 天然骨料與再生骨料累計篩余百分率

粗骨料種類累計篩余百分率/%191613.29.54.752.36碎石骨料7.629.856.378.695.397.4再生骨料101.95.614.360.196.9再生骨料201.919.858.296.498.5

圖1 碎石骨料與再生骨料級配曲線圖

1.2 級配調(diào)整對強(qiáng)度的影響

粗骨料的強(qiáng)度用壓碎指標(biāo)來表示.依《規(guī)范》規(guī)定:建筑工程所用粗骨料，Ⅰ類碎石其壓碎指標(biāo)值應(yīng)小于10%、Ⅱ類碎石其壓碎指標(biāo)值應(yīng)小于20%、Ⅲ類碎石其壓碎指標(biāo)值應(yīng)小于30%[3].本項目研究人員對碎石粗骨料和級配調(diào)整前后的碎磚再生骨料分別進(jìn)行了壓碎值指標(biāo)的測定.

試驗表明，碎石骨料壓碎指標(biāo)為16.3%，符合《規(guī)范》對Ⅱ類碎石要求.但廢棄粘土磚的強(qiáng)度較低，再生粗骨料1壓碎指標(biāo)高達(dá)39.5%，而骨料配合比進(jìn)行調(diào)整之后，再生骨料2壓碎指標(biāo)降至34.8%，降低了11.9%，但是仍然達(dá)不到《規(guī)范》對Ⅲ類碎石壓碎指標(biāo)的要求.碎石骨料與再生骨料壓碎指標(biāo)柱狀圖(見圖2)，顯然，如果按照《規(guī)范》，碎磚再生骨料的壓碎指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，對于碎磚再生骨料應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步的性能改進(jìn).

1.3 級配調(diào)整對堆積狀態(tài)的影響

按《規(guī)范》規(guī)定，對碎磚再生粗骨料和天然碎石粗骨料進(jìn)行了表觀密度與堆積密度(包括松散堆積密度和緊致堆積密度)的測定.天然碎石骨料與再生碎磚骨料的表觀密度、堆積密度的測定結(jié)果(見表2).

試驗結(jié)果表明：由于粘土磚相對于混凝土表觀密度偏小，且再生骨料內(nèi)部存在大量的裂隙，再生骨料表觀密度及堆積密度均小于天然碎石骨料.級配進(jìn)行調(diào)整之后，再生骨料2相對于再生骨料1松散堆積密度和緊致堆積密度分別提高了2.0%和3.5%，有一定提高，但提高幅度不大.有關(guān)研究表明，由于再生骨料比天然碎石骨料表觀密度小，再生混凝土的表觀密度比普通混凝土降低5%左右.該特性使其自重降低，對減輕結(jié)構(gòu)自重、增大構(gòu)件跨度是有利的.

圖2 碎石骨料與再生骨料壓碎指標(biāo)圖

表2 天然粗骨料與再生粗骨料的密度

骨料種類表觀密度/(kg/m3)松散堆積密度/(kg/m3)緊致堆積密度/(kg/m3)碎石骨料259614811639再生骨料1237110481152再生骨料2237110691192

1.4 級配調(diào)整對吸水率與含水率的影響

按《規(guī)范》規(guī)定，對碎磚再生粗骨料和天然碎石粗骨料吸水率與含水率進(jìn)行了測定.試驗測定的天然碎石粗骨料和碎磚再生粗骨料的吸水率及含水率指標(biāo)(見表3).

試驗表明，再生骨料的吸水率為17%左右，而天然碎石的吸水率只有1.86%，碎磚所制再生粗骨料的吸水率遠(yuǎn)高于天然碎石.碎磚再生骨料吸水率之所以遠(yuǎn)高于碎石，有多方面原因：

(1)粘土磚吸水率比較高；

(2)再生粗骨料表面往往覆蓋著砂漿層，砂漿層使得再生粗骨料表面粗糙度更高、棱角也更多，而粘土磚在拆除、破碎過程中存在著明顯的累積損傷，使其表面覆蓋的砂漿層存在大量細(xì)微的裂隙；

(3)再生骨料中含有大量的細(xì)小顆粒，比表面積遠(yuǎn)大于天然骨料，也會提高吸水率.而級配調(diào)整后，再生骨料2相對于再生骨料1，吸水率有所降低，這主要是因為級配調(diào)整時大粒徑的骨料有所增加，而小粒徑的骨料有所減少，從而使比表面積減少所造成的.

考慮到粘土磚再生骨料吸水率較大，因此在再生骨料混凝土拌制之前應(yīng)該對再生骨料進(jìn)行飽和面干處理(即再生混凝土拌制之前，將再生骨料先浸泡而后晾干)，以減小其對與混凝土流動性降低的不利影響.

表3 天然粗骨料與再生粗骨料的吸水率含水率

2 再生粗骨料預(yù)處理

在對碎磚再生骨料混凝土進(jìn)行級配調(diào)整的基礎(chǔ)上，選擇級配調(diào)整后的再生骨料2進(jìn)行骨料的進(jìn)一步處理.為改善碎磚再生粗骨料的性能，參考混凝土再生粗骨料預(yù)處理方法，對碎磚再生骨料進(jìn)行預(yù)處理，主要方法：將碎磚再生骨料倒入已拌制好的漿體中，而后進(jìn)行一段時間的攪拌，由于本文的目的主要是進(jìn)行骨料的物理性質(zhì)研究，因此等漿體將要初凝之前，應(yīng)撈出碎磚再生骨料，瀝干，在同條件下人工養(yǎng)護(hù)至28 d，期間適量灑水，而后自然風(fēng)干.

2.1 預(yù)處理所用漿體材料

試驗中預(yù)處理所用漿液為1 ∶1純水泥漿，水泥采用南陽市伏牛山水泥廠所生產(chǎn)的伏牛山牌普通硅酸鹽水泥，標(biāo)號為P·O42.5級，各項性能指標(biāo)(見表4).拌制用水為南陽市市政自來水.

表4 水泥的物理力學(xué)性能指標(biāo)

2.2 預(yù)處理后骨料的物理性質(zhì)

按《規(guī)范》規(guī)定，對預(yù)處理后碎磚再生骨料的主要物理性能指標(biāo)進(jìn)行了測定(見表5)，表中再生骨料3表示預(yù)處理后的碎磚再生粗骨料.

試驗表明，預(yù)處理后的碎磚骨料強(qiáng)度提高較大，再生骨料3和再生骨料2相比，壓碎指標(biāo)降低，表觀密度增加，吸水率降低.壓碎指標(biāo)降低16.38%，基本達(dá)到Ⅲ類碎石的壓碎指標(biāo)要求；吸水率減小20.12%；表觀密度增加3.88%.由此可見，預(yù)處理后水泥漿對再生骨料的孔隙起到明顯的填充作用，水泥漿體對界面過渡區(qū)起到了很好的改善作用降低了碎磚再生骨料的孔隙率，使其表觀密度增加，吸收率降低；提高了強(qiáng)度，使壓碎指標(biāo)降低.

表5 預(yù)處理前再生粗骨料與預(yù)處理后再生粗骨料物理性質(zhì)

3 結(jié) 論

碎磚再生骨料如果不進(jìn)行級配的調(diào)整，則其級配曲線較差，堆積密度較小，強(qiáng)度較差；而通過適當(dāng)增加大粒徑骨料比例，級配調(diào)整之后碎磚再生骨料級配曲線明顯改善，堆積密度增大，強(qiáng)度提高.由于該方法不需要增加材料投入，但是可以有效改善碎磚再生粗骨料的性能，是一種可行的方法，但由于增加了施工的工序，實際應(yīng)用時，還應(yīng)對成本進(jìn)行進(jìn)一步的分析.

碎磚再生骨料經(jīng)水泥漿液浸泡攪拌處理后，其吸水率降低，表觀密度增大，強(qiáng)度得到明顯改善，基本可以達(dá)到《規(guī)范》Ⅲ類碎石的壓碎指標(biāo)要求.且該強(qiáng)化方法簡單易行，只需在拌制混凝土?xí)r投料順序和攪拌時間稍加控制即可實現(xiàn).但該方法僅適用于中低強(qiáng)度的混凝土，如果需要配置高強(qiáng)度的混凝土，則需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究.

另外，由于碎磚再生粗骨料的性能有別于天然粗骨料，亦又別有混凝土再生粗骨料，本文直接套用《規(guī)范》有不妥之處，而《再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》[8]對于粘土磚再生骨料有關(guān)規(guī)定亦不十分明確，因此應(yīng)該對廢磚類再生粗骨料拌制的混凝土進(jìn)行充分的研究，進(jìn)而提出一個合理且更適合于廢棄粘土磚再生粗骨料的分類標(biāo)準(zhǔn).

[1] 孫耀東，肖建莊.再生混凝土骨料[J].混凝土，2004(6):33-36.

[2] 馬剛平，岳昌盛，王 榮,等.建筑垃圾再生骨料生產(chǎn)工藝及應(yīng)用研究[J].環(huán)境工程，2013，6(3)：116-117.

[3] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢役總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 14685-2001建筑用卵石、碎石[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[4] 肖建莊，林壯斌，朱 軍.再生骨料級配對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響[J].四川大學(xué)學(xué)報(工程科學(xué)版)，2014，7(4)：154-160.

[5] 孫躍東，王 濤.再生骨料強(qiáng)化對再生混凝土基本力學(xué)性能的影響[J].四川建筑科學(xué)研究，2010，8(4)：212-215.

[6] 王四清，蔣 榮，彭建文.建筑垃圾自保溫混凝土多孔磚的研制[J].硅酸鹽通報，2015，1(1)：255-259.

[7] 徐 蔚，金世偉.再生混凝土基本性能的影響研究[J].浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報，2009，21(1)：68-71.

[8] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ/T 240-2011再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2011.

Research on Physical Properties Improvement of Clay Brick Recycled Coarse Aggregate

LI Li1, ZHANG Jie2

(1.Academy of Civil Engineering and Architecture, Nanyang Normal University, Nanyang 473061, China; 2.Jiyuan Vocational and Technical College, Jiyuan 459000, China)

Gradation of recycled coarse aggregate after breaking of clay brick are adjusted, and the physical properties of aggregate before and after adjustment of gradation are determined. Results showed that the gradation curve of clay brick recycled coarse aggregate was not fine enough, the gradation modification was a way to optimize the gradation curve of clay brick recycled coarse aggregate, and the respective bulk density was increased and the crushing index was reduced. And then, the recycled aggregate was soaked by the cement slurry and stirred. The determination of physical properties showed that the water absorption rate of recycled coarse aggregate is decreased, apparent density increases, and the intensity is improved obviously.

clay brick; recycled coarse aggregate; gradation adjustment; physical properties; performance improvement

2015-07-11

河南省科技廳重點科技攻關(guān)項目(112102310516);南陽師院校級項目(QN2015022)

李 黎(1986-)，男，河南南陽人，研究生學(xué)歷，講師，主要從事建筑材料與結(jié)構(gòu)工程相關(guān)研究.

TU522.2+1

A

1008-536X(2015)09-0058-04