段國(guó)偉 杜希榮 沈鍵

摘要：利用HC-1膠凝材料替代水泥與陶粒、磚為主的建筑垃圾作為骨料制備成綠色再生輕骨料混凝土，通過(guò)研究不同取代率，分析混凝土的工作性能及力學(xué)性能;實(shí)驗(yàn)結(jié)論得出最優(yōu)配合比，不同取代率的混凝土坍落度、擴(kuò)展度、干密度、抗壓強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)隨取代率的增加而增大，但靜彈性模量呈降低趨勢(shì)，且具有良好的保溫效果。

Abstract： Green recycled lightweight aggregate concrete was prepared by using HC-1 cementitious material instead of cement， ceramsite and brick as the main construction waste as the aggregate. The working performance and mechanical properties of the concrete were analyzed by studying different substitution rates. The experimental results showed that the optimal mix ratio was obtained， and the slump， expansion， dry density， compressive strength and thermal conductivity of the concrete with different substitution rates were determined. However， the static modulus of elasticity decreases with the increase of temperature， and it has a good heat preservation effect.

關(guān)鍵詞：HC-1膠凝材料;再生輕骨料;最優(yōu)配合比

Key words： HC-1 cementitious material;recycled lightweight aggregate;optimal mix proportion

中圖分類號(hào)：TU528? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）02-0274-03

0? 引言

近年建筑業(yè)的發(fā)速發(fā)展，在現(xiàn)代工程城市建設(shè)中，尤其是結(jié)構(gòu)拆除改造過(guò)程中及農(nóng)村砌體結(jié)構(gòu)房屋拆除過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生較多的建筑垃圾，這些建筑垃圾主要成分是碎混凝土塊、碎磚、砂漿等較復(fù)雜的建筑物。這些建筑垃圾不僅占用大量的土地，還會(huì)污染環(huán)境影響城市建設(shè)，如何處理掉這些建筑垃圾，減少對(duì)環(huán)境的污染，是促進(jìn)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展當(dāng)務(wù)之急的問題。

目前我國(guó)對(duì)建筑垃圾的處理及對(duì)混合骨料的混凝土研究較多，如K.K.Sagoe-Crentsil等人[1]研究結(jié)論表明，在相同配合比的情況下，再生骨料混凝土的工作性能比普通混凝土優(yōu)良。推動(dòng)高性能輕骨料混凝土的研究和應(yīng)用得到了快速發(fā)展，高強(qiáng)輕骨料混凝土、結(jié)構(gòu)輕骨料混凝土已逐步在我國(guó)應(yīng)用[2]。北京建筑大學(xué)宋少民等[3]、河北省建筑科學(xué)研究院付士峰等[4]也把建筑垃圾作為骨料加入到混凝土中，并取得了較好的效果。國(guó)內(nèi)外對(duì)于混合骨料混凝土的研究主要集中在混凝土的配合比設(shè)計(jì)、力學(xué)性能、耐久性能等方面，但沒有對(duì)建筑廢料制備的綠色再生輕骨料混凝土進(jìn)行綜合的研究，在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用比較少，用HC-1凝凝材料替代水泥與陶粒、廢磚為主的建筑垃圾制備的再生輕骨料研究還不成熟。

本文對(duì)綠色再生輕骨料混凝土的配置及力性能研究，研究成果將使綠色再生輕骨料混凝土在建筑工程中的應(yīng)用更加科學(xué)。這種混凝土不但可以減少城鄉(xiāng)區(qū)域建筑垃圾對(duì)環(huán)境的污染，還可以減輕建筑物的自重，同時(shí)為結(jié)構(gòu)構(gòu)件試驗(yàn)及工程應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)及數(shù)據(jù)支持，不僅促進(jìn)建筑材料性能改善，還具有較高的社會(huì)價(jià)值。

1? 試驗(yàn)原材料

1.1 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)所用HC-1高性能混凝土整體膠凝材料，廠家金泰成環(huán)境資源股份有限公司。如表1。

河北石家莊天然河砂，經(jīng)過(guò)篩分析法測(cè)得的砂子細(xì)度模數(shù)為2.81，屬于二區(qū)中砂;河北省廊坊市文安縣恒盛陶粒廠的粉煤灰陶粒作為輕粗骨料。如表2。

邯鄲全有生態(tài)建材公司提供的建筑垃圾，紅磚顆粒占90%，其余為廢舊混凝土塊，廢舊建筑裝飾材料碎塊。如表3。

滿足試驗(yàn)要求的實(shí)驗(yàn)室自來(lái)水;試驗(yàn)所用的減水劑為石家莊長(zhǎng)安育才產(chǎn)的高性能聚羧酸減水劑，減水劑的最佳摻量為膠凝材料總量的0.8-1.2%。如表4。

1.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)與性能測(cè)試

①輕骨料混凝土的配合比設(shè)計(jì)應(yīng)滿足抗壓強(qiáng)度密度和工作性的要求，并以合理使用材料和節(jié)約膠凝材料為原則。根據(jù)《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》（JGJ 51-2002）中的規(guī)定，輕骨料混凝土的試配強(qiáng)度必須要達(dá)到95%的保證率。

②先前實(shí)驗(yàn)成果得到最優(yōu)配合比及輕骨料配合比設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)本文最優(yōu)配比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，本文僅調(diào)整膠凝材料摻量，以強(qiáng)度為主要依據(jù)，綜合考慮工作性、干密度相關(guān)指標(biāo)通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)指標(biāo)調(diào)整了最優(yōu)配合比。

③混凝土的工作性、力學(xué)性能是混凝土材料最具有實(shí)際工程的基本性能指標(biāo)，根據(jù)先前實(shí)驗(yàn)的配合比來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，分別探究了不同再生骨料取代率（0、20%、30%、40%、50%、60%、100%）對(duì)這些性能的影響，為實(shí)際工程應(yīng)用提供參考。如表5。

2? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析

2.1 最優(yōu)配合比

為探究不同的膠凝材料用量對(duì)其抗壓強(qiáng)度與干表觀密度的影響，在設(shè)計(jì)綠色再生輕骨料混凝土配合比（見表6）時(shí)，將膠凝材料用量以30kg/m3為一梯度從420kg/m3增加至540kg/m3。

每增加30kg/m3的HC-1膠凝材料，輕骨料混凝土的強(qiáng)度能夠增加8%左右。根據(jù)《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》（JGJ 51-2002）中的規(guī)定，計(jì)算C30綠色再生輕骨料混凝土的試配強(qiáng)度理論計(jì)算值為38.2MPa，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，編號(hào)3試驗(yàn)結(jié)果強(qiáng)度最符合試配強(qiáng)度要求，同時(shí)工作性及干密度符合相關(guān)設(shè)計(jì)要求，如表7。

2.2 不同再生骨料取代率對(duì)混凝土工作性的影響

從圖1中可以看出不同再生骨料取代率對(duì)混凝土和易性、坍落度和擴(kuò)展度的影響。隨著再生骨料取代率的逐漸變大，混凝土的坍落度和擴(kuò)展度不斷增大。參照Farid Debieb等人[5]、Topcu等人[6]研究得出再生骨料的吸水性及不同取代率會(huì)對(duì)再生輕骨料混凝土產(chǎn)生不同影響。本文研究分析得出當(dāng)綠色再生輕骨料混凝土的坍落度大于200mm時(shí)，輕骨料混凝土?xí)a(chǎn)生部分骨料上浮現(xiàn)象，造成混凝土和易性變差，不能較好的滿足使用要求。

2.3 不同骨料取代率對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度影響

依據(jù)李俊等人[7]建立的再生骨料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系式。本文研究了不同再生骨料取代率對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，從圖2中分析可得，隨著再生骨料顆粒的增加，混凝土的強(qiáng)度逐漸上升。在混凝土中隨著再生骨料量的不斷提高，混凝土中的陶粒量在降低，陶粒骨料的筒壓強(qiáng)度高，有利于提高混凝土的強(qiáng)度，但陶粒由于多孔的結(jié)構(gòu)，容易吸水，導(dǎo)致混凝土水膠比較高，對(duì)強(qiáng)度具有一定影響，由于再生骨料顆粒中存在大量的裂縫等薄弱面，骨料強(qiáng)度較陶粒偏低，在混凝土受力時(shí)，這些薄弱區(qū)中的裂縫，不斷擴(kuò)展，導(dǎo)致混凝土弱化，混凝土強(qiáng)度降低。提高再生骨料取代率，會(huì)降低混凝土水膠比，由于水膠比降低提高的強(qiáng)度完全可以彌補(bǔ)骨料強(qiáng)度降低的混凝土強(qiáng)度，因此隨著再生骨料顆粒的不斷增加，混凝土的強(qiáng)度逐漸上升。

2.4 不同骨料取代率對(duì)靜彈性模量的影響

陳力[8]研究表明再生粗骨料取代率同彈性模量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且不同取代率對(duì)混凝土彈性模量的影響。如圖3表明隨著再生骨料顆粒的不斷增加，混凝土的靜彈性模量呈降低趨勢(shì)，與抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)成反比。分析原因是由于輕骨料的原因，陶粒骨料骨料致密，強(qiáng)度高，彈性模量大，由于再生骨料疏松的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部開放性裂隙較多，造成再生骨料強(qiáng)度與硬度較低，因此用其作為骨料制備的混凝土靜彈性模量也降低。

2.5 不同再生骨料取代率對(duì)混凝土密度的影響

依據(jù)張績(jī)[9]研究結(jié)論表明通過(guò)混凝土自密實(shí)改變混凝土的工作性能。只有在保證混凝土滿足工作性能的基礎(chǔ)上，研究不同再生骨料取代率對(duì)混凝土性能才有應(yīng)用價(jià)值。本文通過(guò)調(diào)整用水量使混凝土坍落度在200mm左右的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究不同再生骨料取代率對(duì)混凝土其它性能的影響。通過(guò)圖4可得隨著再生骨料取代率的逐漸變大，混凝土的干密度逐步增大，再生磚-骨料的密度高于陶粒，隨著再生骨料取代率的增加，混凝土水灰比逐步減小，硬化水泥漿中的孔隙率也隨之減小，孔隙填充的自由水減少，造成了含水率逐漸減小，在干燥過(guò)程中，將會(huì)有較少的自由水揮發(fā)，故干表觀密度逐漸增大，從圖中得出即使全部為再生輕骨料時(shí)，混凝土的干密度仍滿足輕骨料混凝土的密度要求。

2.6 不同再生骨料取代率對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響

輕骨料混凝土內(nèi)孔隙密布，且具有很多空腔，孔隙率較普通混凝土大，導(dǎo)熱系數(shù)較普通混凝土小。因此選用輕骨料混凝土作墻體材料，較普通混凝土或?qū)嵭恼惩链u相比，可節(jié)約30-50%的能源。如圖5不同取代率混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的影響可得，不同再生骨料取代率隨著再生骨料顆粒的不斷增加，混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)逐漸增大，由于陶粒骨料表觀密度較建筑垃圾廢磚小，陶粒骨料內(nèi)部封閉孔隙多，原本導(dǎo)熱系數(shù)就小，并且輕骨料混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)隨著干密度的增大而增長(zhǎng)的，隨著再生骨料的取代率的增加，混凝土干密度逐漸增大，導(dǎo)熱系數(shù)也相應(yīng)的增大，但即使當(dāng)再生骨料取代率為100%，混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)仍然大大優(yōu)于普通混凝土，因此具有良好的保溫節(jié)能效果。

3? 結(jié)語(yǔ)

①綠色再生輕骨料混凝土最優(yōu)配合比：HC-1膠凝材料480kg/m3，陶粒396kg/m3，砂子645kg/m3，建筑垃圾顆粒264kg/m3，減水劑4.8kg/m3，水192kg/m3。

②隨著綠色再生輕骨料取代率的增加，配置成的混凝土坍落度、擴(kuò)展度、密度逐漸增大，再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸增大，但靜彈性模量呈降低趨勢(shì)。

③再生骨料取代率的增加，再生骨料混凝土的干密度及導(dǎo)熱系數(shù)逐步增大，但干密度仍屬于輕骨料混凝土范疇。即使當(dāng)再生骨料取代率為100%，混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)仍然優(yōu)于普通混凝土，具有良好的保溫節(jié)能效果。

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