付士峰1,2，  張廣田3，4，  劉娟紅3

  （1河北工業大學土木工程學院，天津300401;2河北省建筑科學研究院，石家莊050021：

3北京科技大學土木與環境工程學院，北京100833；4河北建研科技有限公司，石家莊050021）

[摘要]  利用陶粒和以廢磚顆粒為主的建筑垃圾制備再生輕骨料自密實混凝土，采用單因素法研究了不同粉煤灰摻量、水膠比、建筑垃圾取代量對混凝土工作性能和強度的影響，在此基礎上得出最優配合比；并測試了最優配合比混凝土的耐久性與導熱系數。試驗結果表明：粉煤灰的摻量占膠凝材料總量的30%左右、建筑垃圾顆粒摻量為總質量的40%時，混凝土的品質最好；并且通過調整水膠比的值，能有效減小建筑垃圾帶來的弱化作用。

[關鍵詞]  配合比優化；再生輕骨料；強度；耐久性

中圖分類號：TU525  文章編號：1002-848X(2016)12-0041-04

0  引言

 隨著我國建筑業的快速發展，混凝土作為重要的建筑材料，需求量越來越大，而現在合格骨料的儲量越來越少，導致性能優良的混凝土制備越來越困難。同樣，現代老舊砌體結構拆除產生的大量的建筑垃圾中含有大量的廢舊磚塊、砂漿塊以及部分砌塊顆粒。由于這些建筑垃圾成分比較復雜，并且隨著建筑物的不同，垃圾成分會有極大的變化。如何處理這些建筑垃圾，減少對環境的污染，成為現代社會發展的一個重要難題。

 北京建筑大學宋少民等、同濟大學肖建莊等已經把建筑垃圾作為骨料加入混凝土中，取得了較好的效果。他們利用的建筑垃圾的主要成分為廢舊混凝土塊或者用廢舊混凝土塊與石子組成的混合骨料。這樣不僅可以緩解優質骨料缺少帶來的問題，還可以利用建筑垃圾，為我國現在綠色節約型社會的建設貢獻一份力量。但目前關于將以廢舊磚顆粒為主的建筑垃圾與陶粒作為骨料制備成再生輕骨料自密實混凝土的研究還是空白。

 本文在前期試驗的基礎上，把以廢舊磚顆粒為主的建筑垃圾與陶粒混合配制成輕骨料自密實混凝土，利用現代混凝土的理論與方法對配合比進行了優化，并研究了混凝土的工作性、力學性能和耐久性。研究結果可以為再生輕骨料自密實混凝土工程應用提供一定的借鑒與參考。

1  試驗概況

1.1試驗原材料

 水泥：普通硅酸鹽水泥(P.0 42. 5)，主要指標見表1；陶粒：使用前預濕，主要指標見表2；中砂：細度模數為2.6，表觀密度為2 640kg/m3，含泥量為3%，產地為石家莊；水：自來水；以廢舊磚為主的建筑垃圾顆粒：顆粒粒徑有5~ 10mm，10~20mm，兩者按2:3進行混合，使用前預濕，主要指標見表3；減水劑：自己制備的高性能減水劑，固含量20%，最佳摻量為膠凝材料總量的0.8%；粉煤灰：二級灰。

1.2混凝土配合比設計與性能測試

1.2.1混凝土最優配合比的確定

 (1)為了使最優配比混凝土性能良好，在前期試驗的基礎上，砂率確定為0. 56。

 (2)在粉煤灰摻量保持不變的情況下，在混凝土中摻加建筑垃圾顆粒，摻量為粗骨料質量的20%，30%，40%，50%，60%。同時調整混凝土的水膠比，得出的配合比見表4。并測試不同建筑垃圾取代量對混凝土3，7，28，56d抗壓強度的影響。

 (3)在保持骨料摻量不變的情況下，粉煤灰的摻量按膠凝材料重量的10%，20%，30%，40%摻加，得出配合比見表4。并測試不同粉煤灰含量對混凝土坍落度、擴展度的影響結果以及對3，7，28，56d抗壓強度的影響。

 (4)由于粉煤灰等質量取代水泥，且粉煤灰的密度小于水泥密度，通過調整水膠比來保持每立方混凝土中漿體的體積恒定，得出配合比見表4。測試不同水膠比變化對混凝土坍落度、擴展度的影響結果以及對3，7，28，56d抗壓強度的影響。

 (5)通過上述步驟得出相應的指標，綜合分析，得出混凝土的最優配合比。

1.2.2最優配合比混凝土性能測試

 依據《普通混凝土力學性能試驗方法標準》( GB/T 50081-2002)以及《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》( GB/T 50082-2009)中的方法，測試最優配合比混凝土的工作性指標，28d抗凍性能，28，56d氯離子滲透性能，并測定了混凝土的導熱系數。

2  試驗結果及分析

2.1不同建筑垃圾顆粒摻量對再生輕骨料混凝土強度的影響

 圖1為不同建筑垃圾顆粒摻量對再生輕骨料混凝土強度的影響結果。建筑垃圾顆粒摻量對3，7d強度影響較小，對28，56d強度影響較大。隨著顆粒摻量的不斷增大，混凝土的強度值略有上升，摻量為40%時，混凝土強度最高，然后略有下降。這是由于隨著顆粒摻量的增加，所加陶粒的量減少，陶粒的吸水率要高于建筑垃圾顆粒。在保持混凝土工作性一致的情況下，調整了混凝土的水膠比，使得水膠比降低，但是建筑垃圾顆粒屬于再生骨料，其中含有的裂縫等缺陷較多，在摻量較小的時候，水膠比減少帶來的增強作用大于建筑垃圾顆粒的弱化作用。由于摻量為40%時，混凝土強度達到最高，故確定混凝土中建筑垃圾顆粒的最佳摻量為40%。此時混凝土的表觀密度為1896kg/m3，屬于輕骨料混凝土的范疇。

2.2不同粉煤灰摻量對再生輕骨料混凝土坍落度、擴展度與強度的影響

 圖2為不同粉煤灰摻量對再生輕骨料混凝土坍落度和擴展度的影響結果。隨著粉煤灰摻量的不斷增大，混凝土的坍落度和擴展度不斷增加。但當粉煤灰摻量為膠凝材料總量的20%時，混凝土的坍落度達到最大值245mm，當粉煤灰摻量為30%時，混凝土的坍落度為240mm，兩者相差不大。擴展度在粉煤灰摻量為30%的時候達到最大值660mm，隨后降低。

 圖3為在其他組成材料不變的情況下，不同粉煤灰摻量對再生輕骨料混凝土3，7，28，56d強度的影響結果。隨著粉煤灰的摻量的增加，再生輕骨料混凝土3，7d強度不斷降低。28d強度則緩慢增長，粉煤灰摻量為30%時，強度達到最高值44MPa。再生輕骨料混凝土56d強度隨著粉煤灰摻量的增加較為快速的增長，混凝土中粉煤灰摻量為30%時強度最高57MPa，隨后降低。

 由于粉煤灰中存在大量的玻化微珠，具有較高的形態效應，而且粉煤灰的表觀密度小于水泥的表觀密度，等質量取代水泥后，使混凝土中漿體的體積增加。由于漿體不僅填充在骨料的空隙中，并包裹在骨料的表面上，形成潤滑層，使混凝土的坍落度和擴展度大幅度提高。當混凝土中粉煤灰的含量達到30%左右時，組成漿體的材料之間達到最好的比例，使混凝土的擴展度達到最高，和易性好。混凝土早期水化過程中，粉煤灰基本上不參與水化反應，主要起到物理填充作用。由于粉煤灰水化很少，粉煤灰取代了一部分水泥，使得水泥水化產物在早期的時候較少，混凝土界面的粘結力比較弱，再生骨料混凝土3，7d強度隨粉煤灰的摻量增加而減小。隨著齡期的提高及粉煤灰的水化不斷進行，在固定水膠比的情況下，摻入的粉煤灰可以優化混凝土中的孔隙，使得混凝土中的大孔變小，提高混凝土結構的密實度。另外，由于二次水化的原因使得粉煤灰中的活性SiO2及活性Al2 O3大量參加反應，生成的C-S-H，AF t等水化產物，可以有效地使混凝土界面的粘結性能更強，大量消耗氫氧化鈣，減少其在界面處的定向生長，使得中心質效應加強，提高了再生輕骨料混凝土的強度。另外由于輕骨料在水化過程中不斷返水，便過渡區的水化更充分，界面粘結性更好，再生輕骨料混凝土強度更高。

 在再生輕骨料混凝土中未水化的水泥顆粒與粉煤灰顆粒屬于次中心質，為H粒子。而有膠凝材料水化產生的水化凝膠產物是次介質，為L粒子。在空隙率一定的情況下，H粒子與L粒子比值越大，水泥石的強度越高，但是超過H粒子與L粒子比值的最佳值之后，強度就會下降，所以粉煤灰摻量為30%時．7，28d強度達到最大，隨后降低。

2.3按粉煤灰摻量調整混凝土水膠比對坍落度、擴展度及強度的影響

 圖4，5為隨著粉煤灰的摻量調整水膠比對再生骨料混凝土坍落度、擴展度和強度的影響結果。可以看出水膠比≤0. 39時，混凝土的坍落度和擴展度變化較大。水膠比>0. 39時，坍落度和擴展度變化較小。3，7d強度變化較小，28，56d強度變化相對較大，但是基本都符合水膠比≤0. 39時，混凝土強度變化幅度小，水膠比>0. 39時，變化幅度較大的規律。綜合考慮混凝土的強度和工作性的要求，混凝土的水膠比選0. 39比較合適。

2.4再生輕骨料混凝土的最佳配合比確定

 結合上述試驗結果，得出再生輕骨料混凝土的最優配合比，見表5。表6，7為最優配合比混凝土其他工作性、耐久性、導熱系數的測試結果。最優配合比混凝土的測試指標可以達到現在工程自密實混凝土的要求。由于組成混凝土原材料之間達到最佳比例，使得再生輕骨料混凝土具有良好的工作性、耐久性及較好的力學性能。

3  結論

 (1)當粉煤灰的摻量占膠凝材料總量的30%左右時，再生輕骨料混凝土的擴展度最高，和易性較好，混凝土的28，56d強度最高，抗凍性和抗氯離子滲透性能較好。

 (2)建筑垃圾顆粒摻量為總質量的40%時，混凝土的強度達到最高，通過調整水膠比，可以有效減小碎磚顆粒帶來的弱化作用。

 (3)利用以廢舊磚顆粒為主的建筑垃圾與陶粒也可以配置出性能優良的自密實輕骨料混凝土，并且由于陶粒中和碎磚顆粒中的孔隙較多，使混凝土的導熱系數較小。