粉煤灰與廢黏土磚再生混凝土試驗研究

摘要：采用粉煤灰以不同比例取代天然砂，用廢黏土磚以不同比例取代天然石，在不同的水灰比下進(jìn)行了一系列的試驗，得出了粉煤灰取代天然砂及廢黏土磚取代天然石的最佳比例，并配制出了綜合性能較好的再生混凝土。關(guān)鍵詞：粉煤灰；廢黏土磚；再生骨料混凝土中圖分類號：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1000-4637(2005)05-48-030 引　言混凝土是最大宗的建筑材料，目前全世界混凝土年使用量約在20億m3，而生產(chǎn)1m3混凝土約需1700~000kg的砂石?？梢姡炷恋纳a(chǎn)對砂石資源的需求非常巨大，在我國，砂石資源已面臨著枯竭的危險。另一方面，很多舊民宅、建筑等大都使用燒結(jié)磚作為主要建筑材料，隨著這些舊建筑的拆除，大量以黏土磚為主的建筑垃圾的排放量也在不斷增加，再加上目前仍未完全禁止的黏土磚生產(chǎn)廠生產(chǎn)的廢品，廢黏土磚也已成為污染環(huán)境、占用填埋土地的主要污染源之一。再一方面，中國是世界上最大的燃煤國家之一，特別是改革開放以來，電力工業(yè)迅猛發(fā)展，導(dǎo)致粉煤灰排放量逐年銳增，2000年時粉煤灰的排放量已達(dá)1.6億噸，如果不加以綜合利用，將會給能源生產(chǎn)、資源利用和環(huán)境保護(hù)帶來不可估量的嚴(yán)重后果。歐美一些發(fā)達(dá)國家粉煤灰利用率已達(dá)70%~80%，我國的粉煤灰利用率40%~50%，對節(jié)約能源和改善環(huán)境起到重要的作用?；谝陨先矫娴目紤]，本文進(jìn)行了粉煤灰取代天然砂、再生的廢黏土磚取代天然石來配制粉煤灰廢黏土磚再生混凝土的試驗研究，這樣不僅可以節(jié)約天然砂石資源，同時又能對廢黏土磚和粉煤灰加以綜合利用。

1 實驗用原材料

水泥：強(qiáng)度等級為32.5 的普通硅酸鹽水泥。

天然砂：細(xì)度模數(shù)1.9，級配良好。

天然石：最大粒徑為31.5mm。

廢黏土磚粗骨料：來自本校北門建筑物拆下來的廢磚，經(jīng)顎式破碎機(jī)破碎，最大粒徑為31.5mm。其基本物理性能見表%1按天然石的方式檢驗，基本符合級配要求。

2 實驗方案

本文采用粉煤灰以不同的取代率等質(zhì)量取代天然砂，采用廢黏土磚以不同的取代率等質(zhì)量取代天然石，并在不同的水灰比下配制再生混凝土，以100 mm×100mm×100mm模具成型，測定混凝土的坍落度和齡期為7d，28d，60d時的抗壓強(qiáng)度值，來確定粉煤灰對砂及廢黏土磚對天然石的最佳取代率。

3 結(jié)果與分析

表2為1m3再生混凝土中各材料的用量及其性能，編號1~6，為粗骨料為天然石，水灰比為0.6 時，粉煤灰以不同比例取代天然砂時再生混凝土的性能，編號7~10 為廢磚取代天然石30%時，水灰比為0.6，粉煤灰以不同比例取代天然砂時再生混凝土的性能。

從表2、圖1和圖2看出，當(dāng)粗骨料全為天然石時，隨粉煤灰摻量的增加各齡期混凝土的強(qiáng)度出現(xiàn)增長趨勢，這是因為一方面粒徑較天然砂細(xì)小的粉煤灰對混凝土具有填充密實作用，另一方面粉煤灰的火山灰活性，也可以提高混凝土的強(qiáng)度，這從混凝土后

期強(qiáng)度增長率較早期大可以看出；但坍落度出現(xiàn)明顯的下降，這是因為相對于天然砂來說，粉煤灰的顆粒較細(xì)，比表面積較大，加之粉煤灰中含有未燃盡的多孔的碳粒，有著很強(qiáng)的吸水性，所以需水量較天然砂大，致使混凝土流動性出現(xiàn)了下降的趨勢。

從圖2還可以看出，用廢磚取代30%的天然粗骨料時，在不同的粉煤灰摻量及不同的齡期下再生混凝土的強(qiáng)度均有提高，這是由于天然石子的表面光滑致密，而廢磚的表面粗糙且多孔，而且廢磚密度比天然骨料要小，采取等質(zhì)量取代的方法，同質(zhì)量的廢磚的體積要比石子的體積大，增加了粗骨料的比表面積，而且廢磚粗糙的表面構(gòu)造使其更容易與水泥漿粘結(jié)，所以結(jié)合界面強(qiáng)度比較大，隨著廢磚取代比例的增加，混凝土強(qiáng)度也會增大。但從圖1也可以看到，此時再生混凝土的流動性出現(xiàn)急劇的下降，這是由于廢磚表面粗糙、多孔、吸水率大所致。廢磚吸水率遠(yuǎn)大于天然石所以混凝土中的有效水灰比減小，也是致使再生混凝土強(qiáng)度提高的原因之一。

由圖2可見，當(dāng)粉煤灰取代天然砂30%，廢磚取代天然石30%時，混土的強(qiáng)度最高28d時的強(qiáng)度達(dá)到了MPa，而60d時強(qiáng)度達(dá)到了36.1MPa，分別較不摻加廢磚(粉煤灰取代百分比也為30%)時增加了40%和25%。但此時混凝土幾乎沒有流動性，考慮到粉煤灰與廢磚均是需水量高的材料，所以將水灰比分別提高到0.8，1.0 來調(diào)整,見表2中編號11~16、17~22和圖3、圖4。從表2中編號11~16、17~22和圖3、圖4可以看出，在同樣粉煤灰和廢磚摻量下，隨水灰比的提高，各齡期混凝土的強(qiáng)度均出現(xiàn)明顯的下降趨勢；水灰比在0.8時混凝土的綜合性能較好，但在三種水灰比下粉煤灰摻量均是在30%時混凝土的強(qiáng)度最大。

為了盡量多的使用再生骨料，對廢磚的摻量進(jìn)行了研究，表2中編號為23~27和28~31及圖5圖、6可以看出，在水灰比為0.8時廢磚取代天然石40%和50%時混凝土性能隨粉煤灰取代砂百分比變化的情況。從表2中編號23~27和28~31 及圖5圖、6可以看出，在水灰比為0.8，粉煤灰取代砂30%及廢磚取代天然石40%時，混凝土的強(qiáng)度最高，坍落度也能滿足要求，當(dāng)廢磚取代天然石50%時，混凝土的強(qiáng)度有所下降，坍落度也不能滿足要求，這是因為當(dāng)廢磚以等質(zhì)量取代天然石時，由于其密度小，所以其實際體積要較天然石大，且隨著摻量的增多，體積相差也越大，這必然會導(dǎo)致混凝土中粗骨料體積過大，混凝土中骨料的級配變差，另外，由于廢磚的強(qiáng)度較天然石低，所以當(dāng)取代率超過40%時，混凝土強(qiáng)度反而出現(xiàn)下降。

綜上所述，在水灰比為0.8，粉煤灰對天然砂的取代率在30%、廢磚對天然石的取代率為60%時，混凝土的28d和60d的抗壓強(qiáng)度可達(dá)到27.2MPa和31.8MPa，較骨料全為天然砂石的混凝土同齡期的強(qiáng)度20.0MPa、23.4MPa分別提高了36%和35.9%。與此同時，還可節(jié)約30%的天然砂資源和40%的天然石資源，同時還消化利用了相當(dāng)量的粉煤灰和廢磚。

在此要提及的是，本文現(xiàn)階段僅研究了粉煤灰、廢磚對再生混凝土的流動性及其強(qiáng)度的影響，關(guān)于再生混凝土的耐久性將在后續(xù)工作中進(jìn)行研究，并將另行撰文。

4結(jié)論

1 在本實驗所用原材料及實驗條件下，無論水灰比及廢磚對天然石的取代率如何變化，粉煤灰對天然砂的最佳取代率均是30%，此時混凝土的綜合性能最好。

2 在本實驗所用原材料及實驗條件下，在水灰比為0.8時，廢磚對天然石的最佳取代率為40%，此時混凝土的綜合性能最好。

3 當(dāng)水灰比為0.8時，粉煤灰對天然砂的取代率在30%、廢磚對天然石的取代率為40%時，再生混凝土28d和60d的抗壓強(qiáng)度到27.2MPa和31.8MPa，較骨料全為天然砂石的混凝土同齡期的強(qiáng)度20.0MPa、23.4MPa，分別提高了36%和35.9%。

4 用粉煤灰與廢磚部分代替天然砂石資源配制混凝土不僅可提高混凝土的強(qiáng)度，而且還可節(jié)約天然砂石資源、消化利用粉煤灰和廢黏土磚，具有較好的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

作者簡介：程海麗，女，高級工程師。
通訊地址：北京，北方工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院
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