陳福松，陸小軍，伊 立（. 鎮(zhèn)江建科建設(shè)科技有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 000；. 鎮(zhèn)江建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 000)

目前，天然砂資源日漸減少，使得天然砂價(jià)格居高不下，依賴天然砂生產(chǎn)的干粉砂漿成本大幅度增加。本文通過(guò)對(duì)建筑垃圾進(jìn)行分離，利用機(jī)械破碎再生細(xì)集料，研究利用再生細(xì)集料取代天然砂制備干粉砂漿，綜合考察各種原材料的用量對(duì)干粉砂漿性能的影響，得出再生細(xì)集料干粉砂漿的最佳原材料配比。

1 原材料及試驗(yàn)方案

1.1 原材料

制作干粉砂漿的原材料包括再生細(xì)集料、天然砂、水泥、粉煤灰和保水劑等。

1.1.1 再生細(xì)集料

再生細(xì)集料由建筑垃圾中廢棄混凝土、碎磚塊和廢棄砂漿經(jīng)破碎過(guò) 4.75 mm 篩所得，化學(xué)組成如表1 所示；依據(jù)GB/T 14684─2011《建筑用砂》檢測(cè)其顆粒級(jí)配，細(xì)度模數(shù)為 2.3，如表2 所示。

表1 再生細(xì)集料化學(xué)組成

表2 再生細(xì)集料的顆粒級(jí)配

1.1.2 天然砂

天然砂采用從市場(chǎng)購(gòu)得的天然河砂，依據(jù)GB/T 14684─2011 檢測(cè)其顆粒級(jí)配，如表3 所示。細(xì)度模數(shù)為2.6。

表3 天然砂的顆粒級(jí)配

1.1.3 水泥

采用江蘇某水泥有限公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥，其標(biāo)號(hào)為 P˙O 42.5。其物理性能依據(jù)GB 175─2007《通用硅酸鹽水泥》進(jìn)行檢測(cè)，如表4 所示；其化學(xué)組成如表5 所示。

表4 水泥的物理性能

表5 水泥的化學(xué)組成

1.1.4 粉煤灰

采用江蘇某發(fā)電有限公司生產(chǎn)的二級(jí)粉煤灰，其主要化學(xué)組成如表6 所示。按照 GB/T 1596─2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求。

表6 粉煤灰的主要化學(xué)組成

1.1.5 保水劑

保水劑采用羥丙基甲基纖維素醚，系白色固體粉末，黏度為 100 Pa˙s。

1.2 試驗(yàn)方案

利用再生細(xì)集料取代干粉砂漿中的天然砂，考察不同摻量下的粉煤灰、保水劑的用量變化對(duì)干粉砂漿抗壓強(qiáng)度和施工性能的影響。

2 試驗(yàn)與分析

2.1 不同再生細(xì)集料摻量對(duì)砂漿性能的影響

目前，干粉砂漿市場(chǎng)使用量較多的為DMP 5.0。本文以DPM 5.0 為基礎(chǔ)，分別考察再生細(xì)集料取代天然砂的摻量為0、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100% 時(shí)，干粉砂漿的各項(xiàng)性能。不同摻量再生細(xì)集料取代天然砂的原材料配比，如表7 所示。

表7 不同摻量的再生細(xì)集料取代天然砂的原材料配比

根據(jù)表7 中的配比，參照 JGJ/T 70─2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，測(cè)定不同摻量再生細(xì)集料制備干粉砂漿的初始稠度和 28 d 抗壓強(qiáng)度，結(jié)果如表8 所示。

表8 不同摻量再生細(xì)集料制備干粉砂漿的性能

從表8 可見，隨著再生細(xì)集料的摻量增大，砂漿初始稠度減小，28 d抗壓強(qiáng)度增加。一方面，因?yàn)樵偕?xì)集料料中含 20%左右的灰粉，這部分灰粉主要由石粉和水泥硬化后破碎的灰粉組成，所以使得再生細(xì)集料的吸水率高于天然砂。成型砂漿試樣時(shí)所添加的水分，一部分被再生細(xì)集料中灰粉所吸收，使得稠度減小，但在水化后期時(shí)，由于砂漿內(nèi)部水分的大量減少，這部分水分又會(huì)重新釋放出來(lái)。這使得砂漿內(nèi)的膠凝材料水化更徹底，從而增大了強(qiáng)度。另一方面，因?yàn)橥烊簧跋啾龋偕?xì)集料的棱角比較多，所以使得再生細(xì)集料與水泥水化產(chǎn)物之間有更大的機(jī)械嚙合力。這也是強(qiáng)度增大的一個(gè)原因[1]。水泥在加入水后攪拌，水泥與水的混合物填充到集料內(nèi)的空隙中，不僅提高了再生細(xì)集料內(nèi)部的密實(shí)度，而且也使水泥基體與集料間的界面結(jié)合更牢固，從而提高了砂漿的抗壓強(qiáng)度。

從表8 可見，當(dāng)再生細(xì)集料摻量達(dá)到 80% 、90%、100% 時(shí)，砂漿的初始稠度和抗壓強(qiáng)度無(wú)法顯示。由于再生細(xì)集料中含有較多的灰粉，所以隨著摻量增加，稠度減小，砂漿工作性能下降，現(xiàn)場(chǎng)施工困難，同時(shí)較多的灰粉也會(huì)帶來(lái)開裂的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)再生細(xì)集料摻量達(dá)到80% 時(shí)，加水量已無(wú)法拌合干粉砂漿，需加大用水量。這使得水灰比增大，砂漿抗壓強(qiáng)度隨之下降。

2.2 不同粉煤灰摻量對(duì)再生細(xì)集料干粉砂漿性能影響

再生細(xì)集料中灰粉量為 20%，因此可以考慮利用再生細(xì)集料中 10% 灰粉取代部分粉煤灰，再來(lái)研究對(duì)抗壓強(qiáng)度和施工性能的影響。試驗(yàn)原材料配比，如表9 所示。

表9 再生細(xì)集料中 10% 灰粉取代部分粉煤灰的原材料配比

根據(jù)表9 中的配比，參照J(rèn)GJ/T 70─2009的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定砂漿的稠度、保水率和 28 d 抗壓強(qiáng)度，如表10 所示。

表10 再生細(xì)集料中 10% 灰粉取代部分粉煤灰的性能檢測(cè)

從表10 中可以看出，隨著再生細(xì)集料摻量的增加，粉煤灰的用量在減少，灰粉的用量在增加，砂漿的初始稠度在減小。這是由于再生細(xì)集料對(duì)水的吸收比較大，同時(shí)灰粉量的增多也增加了吸水量，所以導(dǎo)致保水率不斷減小，砂漿的施工性能降低。

從表10 中的抗壓強(qiáng)度數(shù)值可以看出，隨著再生細(xì)集料摻量的增加，抗壓強(qiáng)度先是增加，當(dāng)摻量達(dá)到 50% 時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值 7.1；隨著再生細(xì)集料摻量繼續(xù)增加，抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。這是由于粉煤灰的微集料填充效應(yīng)，提高水泥基體的密實(shí)性，所以在粉煤灰摻量較小的時(shí)候，隨著粉煤灰摻量的增加，砂漿試樣的抗壓強(qiáng)度會(huì)先增大。另外，在摻入少量粉煤灰時(shí)，粉煤灰中的活性 SiO2與水泥的水化產(chǎn)物 Ca(OH)2進(jìn)行二次水化反應(yīng)，生成難溶的C-S-H 凝膠，沉積在集料-水泥石界面的孔隙內(nèi)。這樣降低了粗大結(jié)晶、改善了界面結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)明顯改變、更趨致密，從而增強(qiáng)了干粉砂漿的抗壓強(qiáng)度。但隨著粉煤灰摻量的增加，由于粉煤灰有一部分很大程度上不能參與灰粉反應(yīng)，只起到干粉砂漿漿體的填料作用，所以不能提高干粉砂漿的抗壓強(qiáng)度[2]。

2.3 不同保水劑摻量對(duì)再生細(xì)集料干粉砂漿性能影響

從表10 還可以看出，再生細(xì)集料的摻量在 50%、60%、70%時(shí)，制備的干粉砂漿的力學(xué)性能較高，但是其施工性能還有待進(jìn)一步提高。由于保水劑的保水增稠效果明顯，還能調(diào)節(jié)體系用水量、降低產(chǎn)品的干收縮率、有效提高產(chǎn)品的綜合性能，所以可以通過(guò)增加保水劑摻量，提高其工作性能。不同保水劑摻量下的原材料配比，如表11 所示。

表11 不同保水劑摻量下的原材料配比 kg

根據(jù)表11 中的配比，參照 JGJ/T 70─2009 測(cè)定砂漿的初始稠度、保水率和 28 d 抗壓強(qiáng)度，如表12 所示。

表12 不同保水劑摻量的砂漿性能檢測(cè)結(jié)果

從表12 可見，干粉砂漿的初始稠度和保水率隨著保水劑摻量的增大而逐漸增大。這是由于保水劑為羥丙基甲基纖維素，其分子結(jié)構(gòu)上含有羥基等基團(tuán)，這些基團(tuán)與水分子產(chǎn)生分子間的氫鍵，鎖住水分，所以增加了砂漿的稠度，起到了保水作用。相同的保水劑摻量，隨著再生細(xì)集料摻量的增加保水率減小。這是由于再生細(xì)集料中的灰粉吸附了一定量的保水劑，所以減弱了保水劑的保水作用。

干粉砂漿試樣的 28 d 抗壓強(qiáng)度隨著保水劑摻量的增加而呈總體下降趨勢(shì)。在再生細(xì)集料干粉砂漿中加入保水劑后，相當(dāng)于在干粉砂漿集料孔隙中填充入了柔性聚合物。這些柔性聚合物在復(fù)合基體受剪切應(yīng)力時(shí)，起不到連接作用，從而使砂漿的抗壓強(qiáng)度下降；同時(shí)保水劑的纖維素乳膠顆粒吸附在水泥顆粒表面，影響了水泥的正常水化反應(yīng)[5]，使干粉砂漿的力學(xué)性能降低。雖然纖維素乳膠顆粒在受到較大壓應(yīng)力時(shí)，對(duì)干粉砂漿的漿體有不利作用，但其摻入提高了干粉砂漿的稠度，并使干粉砂漿的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度得到較大提高。

綜合考慮初始稠度、保水率和 28 d 抗壓強(qiáng)度，根據(jù)表11 中 PB5-4、PB6-4 的原材料配比制備的 DPM 5.0 干粉砂漿，各項(xiàng)性能均能滿足 GB/T 25181─2010《預(yù)拌砂漿》的指標(biāo)要求。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文研究利用固體廢棄物再生細(xì)集料取代部分天然砂：通過(guò)調(diào)節(jié)粉煤灰和保水劑摻量改善其施工性能和力學(xué)性能，制備出DPM 5.0干粉砂漿，其各項(xiàng)性能均能滿足GB/T 25181─2010的指標(biāo)；DPM 5.0干粉砂漿的最佳原材料配比為 110（水泥）∶40（粉煤灰）∶510（再生細(xì)集料）∶340（天然砂）∶0.26（保水劑）；相應(yīng)的再生細(xì)集料利用率可達(dá) 50%～60%。本文的研究成果可以節(jié)約資源，降低成本，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。