1、建筑垃圾再生骨料混凝土配合比试验研究 张正亚 邢振贤 龙晋豫 郑州工商学院 华北水利水电大学 郑州市惠济区市政管理中心 摘 要： 采用城市拆迁过程中产生的建筑垃圾作为配制再生混凝土的粗骨料, 利用正交试验法分析粉煤灰掺量、再生骨料掺量及水胶比三因素变化对再生骨料混凝土性能的影响。试验结果表明:满足再生骨料混凝土强度要求的较优配比为:A1B1C1, 即:粉煤灰掺量为 15%, 再生骨料掺量为 25%, 水胶比为 0.55。关键词： 再生混凝土; 正交试验; 强度; 作者简介：张正亚 (1979 年生) , 女, 汉族, 平顶山人, 硕士研究生, 讲师, 研究方向:混凝土材料方面的教学及研究, 专
2、业:结构工程。1 引言目前, 我国是世界上城市建设规模最大的国家之一, 据估计, 我国每年城市产出建筑垃圾为 24 亿吨左右, 已占城市垃圾总量的 40%, 每万吨建筑垃圾约占用填埋场 1 亩的土地。预计到 2020 年底, 我国建筑垃圾将达到 50 亿吨左右1。其中, 北京、上海和广州这 3 个城市的平均单位施工面积建筑垃圾产生量为22.62t/ (100m) , 而以河南的许昌地区为例, 在 2009 到 2012 年这四年中, 建筑垃圾总量达到 1838.9 万吨2。我国的大部分建筑垃圾是未经处理, 直接被搬运到郊外或农村露天堆放或填埋, 对水体、大气和土壤造成了极大的污染, 同时影响了
3、市容和环境卫生, 已经成为城市发展不容忽视的问题, 而将建筑垃圾经过资源化处置后, 95%以上可成为工程建设的原材料并能应用在建设工程中。日本, 在 1977 年就制定了再生骨料和再生混凝土使用规范, 对建筑垃圾实行零排放策略, 极大促进了建筑垃圾的回收, 使回收率从 1995 年的 42%增加到2011 年的 97%3。大部分拆除混凝土被用作路基材料或者回填材料, 有时经过破碎、分选、筛分后用于市政工程、景观或者用作混凝土的骨料。将建筑垃圾中的废弃混凝土破碎后重新加工成骨料, 全部或部分代替天然骨料, 按一定配合比可制成再生骨料混凝土, 将其应用在建设工程中, 可以节约自然资源, 减轻建筑垃
4、圾对环境的污染。但是, 由于原材料中再生骨料品质的随机性和地区差异性, 再加上配合比的差异, 使得不同研究者的试验结果差异较大4-10。因此, 建筑垃圾配制再生骨料混凝土有待于进行进一步系统的研究。本研究通过正交试验分析了粉煤灰掺量、再生骨料掺量、水胶比三因素对混凝土强度的影响, 提出了较优配比, 为建筑垃圾再生混凝土的系统研究提供依据11。2 正交试验2.1 原材料本试验所用水泥为河南孟电水泥有限公司生产的普通硅酸盐水泥, 强度等级为42.5MPa。水泥的技术指标为:细度 0.8%, 初凝时间 72min, 终凝时间 5.47h, 烧失量为 0.9%, 抗压强度为 47.5Mpa。本实验所用
5、再生骨料为郑州市郑密路杨沟村建材公司提供, 来源于城市拆迁过程中建于 20 世纪 60-70 年代的房屋, 颗粒组成为:包裹水泥浆的石子约占 51%, 碎砖块占 33%, 纯水泥砂浆占 11%, 少量的沥青块和碎瓷片等杂质约占 5%。再生骨料的技术指标见表 2-1。表 2-1 再生骨料的基本性能 下载原表 粉煤灰采用山西长治市易天粉煤灰开发有限公司生产的级粉煤灰, 其化学组成见表 2-2。表 2-2 粉煤灰的基本性能 下载原表 细骨料采用级配良好的中砂;碎石采用连续级配的石灰岩碎石;水采用郑州市自来水。2.2 试验设计本实验选取粉煤灰掺量、再生骨料掺量和水胶比三因素, 用量分别取:粉煤灰掺量为
6、 15%、25%、35%三个水平, 再生骨料掺量为 25%、50%、75%三个水平, 水胶比为 0.55、0.60、0.65 三个水平进行正交试验, 确定最佳掺量。正交设计见表2-3, 试验各原材料用量见表 2-4。表 2-3 正交设计表 下载原表 表 2-4 各原材料用量 下载原表 试验中由于再生骨料表面有较高的孔隙率, 因此, 在试验之前, 先在再生骨料表面洒水润湿, 使其达到饱和面干状态;然后分阶段向搅拌机内投料, 第一阶段先投入细骨料、水泥和粉煤灰, 搅拌均匀后, 加水, 待砂浆充分搅拌均匀后, 第二阶段再投入粗骨料, 直到搅拌均匀为止。每一阶段搅拌时间控制不少于90s, 以保证拌和均
7、匀。2.3 正交试验结果对再生骨料混凝土按照设计的正交试验方案中各原材料用量进行试验, 测得混凝土的坍落度、弹性模量、轴心抗压强度和立方体抗压强度, 试验结果见表 2-5。表 2-5 正交试验结果 下载原表 2.4 结果分析(1) 总体分析。以上 9 组实验的混凝土拌合物和易性基本良好, 满足施工要求, 但 7 组粘聚性较差, 8 组有少量泌水。这是由于这两组中的水泥及细骨料用量较少, 致使水泥浆较稀, 粘结力差, 拌合物就容易出现分层离析及泌水现象。(2) 极差分析。对试验结果进行极差分析, 可以得到再生骨料掺量、粉煤灰掺量和水胶比三因素对混凝土坍落度、弹性模量及抗压强度影响的显著性, 见表
8、2-6。表 2-6 极差分析结果 下载原表 根据表 2-6 极差值的大小, 可以判断: (1) 再生骨料混凝土坍落度影响因素的主次顺序为 CAB 即水胶比粉煤灰掺量再生骨料掺量; (2) 再生骨料混凝土弹性模量及不同抗压强度影响因素的主次顺序均为 ACB, 即粉煤灰掺量水胶比再生骨料掺量。可见, 再生骨料混凝土的坍落度的最主要因素为 C (水胶比) ;影响弹性模量及强度的最主要因素为 A (粉煤灰掺量) 。3 结语(1) 粉煤灰掺量的变化, 对再生骨料混凝土的坍落度、弹性模量及各个强度影响均为显著, 除了坍落度外, 其余各项性能均随着粉煤灰掺量的增加而显著降低。(2) 随着再生骨料掺量的增加,
9、 坍落度和弹性模量均是先降低后增加的, 但降低的幅度要大于增加的幅度;随着再生骨料掺量的增加, 各种强度均降低。(3) 随着水胶比的增加, 坍落度显著增加;其他各种性能随着水胶比的增加, 均为降低, 水胶比小于 0.6 时降低较快, 当水胶比大于 0.6 时降低缓慢。(4) 由此可以看出, 满足再生骨料混凝土强度要求的最佳配比为:A 1B1C1, 即:粉煤灰掺量为 15%, 再生骨料掺量为 25%, 水胶比为 0.55。(5) 正交试验使用的再生骨料在破碎过程中含有一些细石粉粒, 这些杂质会影响水泥水化程度, 并降低了水泥石内各项界面间的粘结力, 再加上再生骨料本身强度较天然骨料低, 因此,
10、造成了强度降低的现象。另外, 试验中使用的粉煤灰颗粒较粗大, 因此, 随着粉煤灰掺量的增加, 后期的强度虽然提高, 但是提高的幅度并不大, 在后期的研究中应当注意细化粉煤灰颗粒。参考文献1赵军, 刘秋霞, 等.大城市建筑垃圾产生特征演变及比较J.中南大学学报 (自然科学版) , 2013, 3 (44) :1299-1304. 2张学元.再生骨料在高性能混凝土中的应用研究J.混凝土, 2017 (2) :87-89. 3乔宏霞, 关利娟, 等.再生骨料混凝土研究现状及进展J.混凝土, 2017 (7) :77-82. 4肖建庄, 林壮斌, 等.再生骨料级配对混凝土抗压强度的影响J.四川大学学报
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