碎砖粗骨料再生混凝土力学性能研究.docx

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1、引言目前我国的城镇化发展较为迅速，城镇化发展的同时必将产生大量的建筑垃圾。据统计，旧城改造的建筑垃圾中废砖占50%70%,建筑施工中废砖占建筑垃圾的30喧50%。处理废砖最好的方式就是再生利用。可以将其破碎为粗骨料或细骨料添加到混凝土中用以部分或者全部替代石子、砂子，也可以将其研磨成粉状添加到混凝土中，目前国内研究较多是将废砖破碎为粗骨料添加到混凝土中。宗兰等对碎砖粗骨料再生混凝土进行了试验研究，并最终得出利用碎砖再生粗骨料是完全可以配制出符合强度要求的再生混凝土的结论。刘子振等认为试验前让砖骨料吸足水是试验成功的关键，而且利用砖骨料代替碎石，采用等体积代换比等质量代换效果要好。卢建忠等对利用

2、体积取代法设计的碎砖粗骨料再生混凝土的力学性能进行了试验研究，研究发现取代比例在40%70%之间时，再生混凝土的性能和强度均较为稳定，是最合理的取代比例。Hamed等利用试验对粘土砖碎料作为100%骨料制备混凝土的可能性进行了研究，得到的结论为：采用碎粘土砖作为骨料，混凝土的密度降低，吸水率显著提高，其抗压强度降低近15%,由此产生的混凝土可用于制造非结构构件。Zheng等研究了再生粘土砖骨料（RBA）替代天然粗骨料（NCA）对硬化混凝土抗压强度的影响，结果表明，用RBA代替NCA后，C25级混凝土28d抗压强度下降11机以上研究配制的碎砖骨料再生混凝土的强度均非常低，大部分低于30MPa,对

3、于利用碎砖粗骨料配制高强度再生混凝士及其力学性能方面的研究较少。本文综合国内研究的基础，尝试利用碎砖粗骨料配制强度等级超过C30的再生混凝土,并且利用试验研究碎砖粗骨料体积取代率对再生混凝土力学性能的影响。1、试验部分1.1原材料及碎石砖粗骨料的制备水泥：海螺牌水泥，P-042.5普通硅酸盐水泥，密度3100kgm砂:天然河砂,中砂,表观密度2730kgA泥块含量0.1%,含泥量0.6%,细度模数2.7。粉煤灰：优质I级特细粉煤灰，密度2400kg硅灰：表观密度2200kgnA硅灰中细度小于IU1n的占80%以上,平均粒径0.1-0.3Um。聚酸酸系标准型高性能减水剂：表观密度1070kg减水

4、率32机碎石：人工碎石，质量致密坚硬，表面粗糙，表观密度2700kgm粒形为近似球形，针、片状含量小,粒径范围540mm,级配良好。碎砖:采用人工破碎的方法获得。水：自来水。碎砖粗骨料的破碎方法为：首先对砖块进行锤击、分拣等破碎预处理；然后利用磁铁对预处理后的碎砖进行磁性分选，消除废铁料，手动分选清除木料、塑料等杂质；分选完成后，进一步对碎砖进行破碎处理；最后筛分碎砖，去除5mm以下的碎砖，对大于40n的碎砖继续进行破碎、筛分处理，最终获得公称粒径540mm之间且具有连续级配的碎砖再生粗骨料（如图1所示），该粗骨料要符合JGJ52-2006普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准中的要求。图1碎砖

5、再生粗骨料制备碎砖再生粗骨料时应注意建筑废砖表面的水泥砂浆、泥砂等尽量清洗掉，保证材料的干净和均匀性；并且破碎废砖时应按照不同的粒径范围将其筛分从而得到各粒径段的骨料，再将各粒径段的骨料按比例组合，形成可以使用的粗骨料的粒径范围。对再生碎砖粗骨料进行颗粒级配、表观密度、吸水率、压碎指标等基本性能的试验测定。结果见表1、表2。由表1可知，再生碎砖粗骨料属于连续粒级，且其累计筛余的数值介于规范给出的最大值和最小值之间，故木试验再生碎砖粗骨料的级配满足要求。由表2可知，再生碎砖粗骨料的24h吸水率17.34%远高于天然碎石骨料。表1再生碎砖粗骨料筛分试验结果（粒径531.5mm）筛孔尺寸（方孔筛）m

6、m累计筛余（按重量）/%2.3699.84.7599.79.599.116.089.419.081.426.542.331.520.837.50表2再生碎砖粗骨料基本性能测试结果表观密度/(kgr3)24h吸水率/%压碎指标/%165217.3430.11.2配合比设计以再生碎砖粗骨料体积取代率R为设计变量,设计了7组混凝土配合比，见表3,其中,Z1Z6为复掺硅灰和粉煤灰的混凝土。儿的计算见式(I)o号(1)式中，匕为再生碎砖粗骨料体积(n?)；匕为粗骨料体积(n?)。表3碎砖粗骨料再生混凝土配合比及试验结果编号水股比水泥原材料用量/(kg?)高效减水剂再生碎砖体积取代率/%摒落度mm抗压强度

7、/MPa劈裂抗拉强度/MPa水碎砖碎石河砂粉煤灰硅灰Z10.4138021101026513904560180.358.76.1Z20.413802111258215139045620161.751.25.6Z30.413802112516165139045640150.844.64.8ZA0.413802113764105139045660139.439.34.1Z50.413802115022055139045680126.534.83.7Z60.41380211627051390456100115.230.13.2Z70.415152116270513006100104.127.12.8

8、在混凝土的试拌过程中发现，由于碎砖的吸水率较高，导致拌合物的和易性差，而且当水泥浆体体积较少时，其对碎砖的包裹性较差。为了获得更为均匀的拌制效果及较好的和易性，水泥与水的用量通过试拌最终确定为380、211kgm3,1.3试件制备与试验方法采用改进二次搅拌工艺，具体工艺步骤为：先将细骨料、水泥、粉煤灰、硅灰和高效减水剂充分均匀搅拌，然后加入总水量的30%均匀搅拌，再投入粗骨料(碎砖+碎石)均匀搅拌，然后加入剩余的70%水继续均匀搅拌。经充分搅拌后发现，再生碎砖体积取代率越高，混凝土拌合物越干稠，这是因为碎砖块的吸水率较大，部分碎砖块无法被水泥浆体均匀包裹，且碎砖块与水泥浆体之间的粘结性较差。将

9、混凝土拌合物倒入150mmX150mmX150mm立方体标准试模中，并用电动振动台进行振捣，在养护室中养护48h后脱模，再养护28d进行抗压试验和劈裂抗拉试验。2、结果及分析2.1混凝土的和易性对不同碎砖体积取代率的再生混凝土拌合物进行坍落度试验。坍落筒提起后，混凝土拌合物锥体无稀浆从底部析出，表明再生混凝土的保水性良好；在已坍落的再生混凝土锥体一侧轻打，锥体在轻打后渐渐下沉，表明再生混凝土的粘聚性良好。每组配合比取3个有效坍落度试验结果的平均值，由表3可知，随着碎砖再生粗骨料掺量的增加，混凝土的坍落度逐渐降低。这是由于碎砖粗骨料本身具有较多的孔隙，其吸水性较强，加之在破碎过程中内部产生大量微

10、裂纹，导致吸水率进一步提高。2.2混凝土的抗压与劈裂抗拉强度采用微机电液伺服压力试验机对试件进行抗压强度及劈裂抗拉试验试验，试验分别以0.5.0.05MPas的速度连续而均匀地加荷。2.2.1试件抗压破坏形态图2为Z4试件的破坏过程。由图2可知，随着荷载的增大，再生混凝土试件内部应力不断增加，表面逐渐出现微小裂缝；随着荷载的进一步增大，临近的界面裂缝延伸、汇合成连续裂缝，同时界面裂缝向内迅速扩展，竖向裂缝明显变多、变宽，试件四角部分开始外鼓；随着竖向裂缝的不断增加，试件四角混凝土开始大量剥落，荷载开始下降，混凝土最终破坏。碎砖粗骨料再生混凝土破坏形态比普通混凝土更为复杂，主要表现为碎砖再生粗骨

11、料的破坏。裂缝发展初期裂缝发展中期图2Z4试件抗压破坏过程裂缝发展后期2.2.2抗压强度与劈裂抗拉强度抗压强度、劈裂抗拉强度与碎砖再生粗骨料体积取代率的关系分别如图3、图4所示。由图3可知，碎砖再生粗骨料的取代率与抗压强度之间近似呈二次抛物线关系。对数据进行非线性拟合，得到再生混凝土抗压强度Z与取代率R之间的经验公式见式（2）。力=10E一30.2耳+58.6O20406080100取代率/%图3碎砖再生粗骨料在不同取代率时混凝土的抗压强度020406080100取代率/%图4碎砖再生粗骨料在不同取代率时混凝土的劈裂抗拉强度由图3、图4可知，对比ZZ6,随着碎砖再生粗骨料取代率的增大，再生混凝

12、28d抗压强度、劈裂抗拉强度呈下降趋势。主要原因一是碎砖粗骨料再生混凝土受压破坏主要表现为碎砖再生粗骨料的破坏，而碎砖再生粗骨料的压碎值本身就很低；二是由于再生骨料在与混凝土其他组分同时搅拌时吸收大量的水分，随着水泥水化、多余的水分蒸发后，在水泥砂浆内形成大量的空隙，使得混凝土受压时产生应力集中，从而降低再生混凝土的抗压、劈裂抗拉强度。与Z7试件相比，Z6试件的抗压强度、劈裂抗拉强度分别提高了11.1%,14.3%,由此可见，复掺粉煤灰与硅灰可以显著提高再生混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度。结论(1)碎砖本身具有大量的孔隙，而且在破碎过程中碎砖内部也将产生大量微裂纹，导致其表观密度、压碎值比较低，而吸水率却比较高。(2)当水泥浆体体积较少时，其对碎砖的包裹性较差，为了获得密度更均匀、和易性更好、强度更高的再生混凝土需要增加水泥及用水量。(3)碎砖粗骨料再生混凝土受压破坏主要表现为碎砖再生粗骨料的破坏。随着碎砖再生粗骨料取代率的增大，再生混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度呈下降趋势；复掺粉煤灰与硅灰可以显著提高再生混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度。