废旧粘土砖再生细集料在砂浆中的试验研究

李文光+王祎璇+王科

摘 要：用废旧粘土砖再生细集料替代天然砂配制再生砂浆。研究了废旧粘土砖再生细集料不同掺量影响因素下砂浆的性能，为再生砂替代天然砂用于天然砂浆提供理论依据。试验结果表明：随着再生细集料掺量的增加，再生砂浆的用水量呈线性增大砂浆的工作性能降低，砂浆的强度先增强然后减弱。

关键词：再生粘土砖；再生砂；再生砂浆；性能

随着基本建设的日益发展，建筑用砂量不断增大，不少地区经过几十年的大量开采，天然砂的资源已经接近枯竭，而对天然砂资源的无序和大量的开采不仅污染环境，破坏自然景观和生态环境，而且还带来了许多安全问题。为此国家和许多地方政府陆续出台了限制天然砂石开采的法律和政策，进一步减少天然砂的来源。另一方面城市公用与民用建筑，市政设施的更新，创造，新建的过程中产生了一系列的建筑垃圾。这些建筑垃圾主要包括建筑渣土，废砖废瓦、废混凝土，散落的砂浆和混凝土等。目前，废旧混凝土以及再生粗骨料的研究利用取得了一定的成果，废旧粘土砖及再生细集料没有得到很好的研究利用，建筑垃圾的利用率低。本文将废旧粘土砖破碎后经过筛分得到的细骨料（称为再生砂）部分或全部取代天然砂，用来生产砂浆（称为再生砂浆），研究了废旧粘土砖再生细集料不同掺量影响因素下砂浆的性能，为再生砂替代天然砂用于天然砂浆提供理论依据，对节约天然砂，减轻建筑垃圾的环境的污染，提高建筑垃圾的再利用，发展循环经济具有积极的意义。

1 试验部分

1.1 原材料

再生砂：主要成分为废旧粘土砖经人工破碎后，通过4.75mm方孔筛筛分后得到的细骨料，它的基本材性见表1。

水泥：中材汉江水泥股份有限公司生产的复合硅酸盐水泥，强度值为32.5MPa。

粉煤灰：宝鸡发电厂出厂的Ⅱ级粉煤灰。

水：自来水。

表1 再生砂的基本材料性质

再生砂材料 细度模数 紧堆密度kg/m3 松堆密度kg/m3 表观密度kg/m3 吸水率% 细粉料量% 压碎指标%

废旧粘土砖 2.224 1010.2 944.5 2500 1h 24h 1.56 19.2

13.5 16.4

1.2 试验方案

在保证水胶比一定的情况下，用不同掺量0%、20%、40%、60%、100%的再生砂配制再生砂浆，研究再生砂浆掺量对砂浆性能的影响。

再生砂浆的配比

用M5作为配制的目标，按照《建筑砂浆配合比设计规程》（JDJ98-2000）及文献进行配合比设计，设计配比见表2。

表2 再生砂浆的配比

再生砂掺量

% 水泥

kg/cm3 粉煤灰

kg/cm3 天然砂

kg/cm3 再生砂

kg/cm3 用水量

kg/cm3 附加用水量

kg/cm3

0 248.8 120 944.5 0 267.39 0

20 248.8 120 755.6 188.9 267.39 25.5

40 248.8 120 566.7 377.8 267.39 51

60 248.8 120 377.8 566.7 267.39 76.5

1.3 方法

再生砂浆的立方体抗压强度、分层度、稠度试验参照JGJ/T70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》及文献进行，其中再生砂浆的立方体抗压强度采用70.7mm×70.7mm×70.7mm的无底试模制成立方体试块，按标准养护条件养护至28天，以3个试件测值的算术平均值的1.3倍作为该组试件的砂浆立方体抗压强度平均值；再生砂浆的抗折和折后抗压试验参考GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》及文献进行。以40mm×40mm×160mm的棱柱体试块进行抗折、抗压强度试验，试验结果见表3。

表3 再生砂浆（28d）的强度

再生砂掺量 立方体抗压强度

（MPa） 抗折强度

（MPa） 抗后压强度（MPa） 稠度值mm 分层度值

mm

10min 30min

0 14.5 3.68 20.47 116 73 43

20 12.5 3.18 16.98 92 47 45

40 12.7 3.72 16.56 80 39 41

60 7.2 2.47 11.18 18 18 0

2 试验结果分析

2.1 再生砂对再生砂浆用水量的影响

由表2和图1可以看出：在固定的水胶比下，随着再生砂的掺量的增加，再生砂浆的用水量增大，并且呈线性增加。这是由于再生砂吸水率大，由表1可知，再生砂1h的吸水率是13.5%、24h的吸水率为16.4%，在进行再生砂浆的配制时，为了保证再生砂浆的流动性，充分考虑再生砂的吸水性，在进行再生砂浆配制设计时，增添了附加用水，使再生砂浆的用水量增大。

图1 再生砂对再生砂浆用水量的影响

2.2 再生砂浆的和易性

砂浆的和易性包括流动性和保水性两个方面。（1）流动性方面。由表2和图2可知，随着再生砂掺量的增加，再生砂浆的稠度值降低，流动性减弱 。这是由于经人工破碎，筛分处理的废旧粘土砖再生砂和天然砂相比，再生砂的质量轻、颗粒相对较大，表面粗糙、棱角较多并且内部有较多的孔隙，吸水性强，使得再生砂浆的稠度值降低，另一方面由于再生砂浆放置时间对其流动性也产生一定的影响，随着再生砂掺量放置时间的增长，再生砂浆的稠度值下降较多。（2）再生砂浆的保水性能。通过分层度进行再生砂浆保水性测定，由表2和图3可以看出：随着再生砂掺量的增加，尽管再生砂浆的用水量增加较多，而再生砂浆的保水性却逐渐提高。这是由于再生砂浆在拌合过程中一部分水被再生砂吸收，同时由于再生砂粗糙的表面和粉煤灰细粉料的加入，增加了再生砂的比表面积，进一步提高了再生砂对水的吸附能力，分层度值逐渐下降，再生砂浆的保水性提高。

图2 再生砂掺量对再生砂浆流动性的影响

2.3 再生砂对再生砂浆强度的影响

随着再生砂掺量的增加，再生砂浆的强度先提高后下降，掺量40%时最高。从表3和图3可以看出：在做成的砌体砂浆试块中，掺量40%的再生砂浆试块强度最大，其次为20%的再生砂浆试块，100%掺量再生砂浆比天然砂浆略高，且用水量的增加对砂浆的强度并没有影响。原因为：（1）废旧粘土砖再生砂的细度模数是2.224和天然砂的细度模数2.6接近，按照天然砂粗细程度的判别标准，属于中砂。并且再生砂和到天然砂的掺和，优化了砂的颗粒级配，从而提高了再生砂浆的强度。（2）在再生砂浆中加入了一定量的粉煤灰填充了砂之间的孔隙，改善了再生砂浆的和易性，提高了再生砂浆的密实性，提高再生砂浆的强度。在掺量为40%时，再生砂和天然砂的颗粒级配达到了最优化，粗颗粒的骨架作用得以充分发挥的同时，细颗粒的填充也达到了最大密实，强度最大。随后如果掺量进一步增大，粗细颗粒的比例发生变化，由骨架密实结构向悬浮密实结构变化，骨架作用被削弱，从而强度降低。（3）再生砂的吸水率较大，在进行再生砂浆和配比设计和试验时，只是加了再生砂因吸水率因素影响下的用水量，并没有改变设计的水胶比，同时再生砂的压碎指标较小，其承受压力作用的能力要高。在保证流动性基本一致的情况下，再生砂浆的用水量随着再生砂浆掺量的增加和用水量增大对再生砂浆的强度并没有影响。

图3 再生砂掺量对再生砂浆保水性的影响

图4 再生砂掺量对再生砂浆强度的影响

2.4 再生砂对再生砂浆收缩性的影响

在试验过程中我们发现随着再生砂替代率的增加，再生砂浆试块有一定的收缩性，掺量在40%以下不太明显，在超过40%取代率的时候，我们发现在28d收缩值比天然砂的收缩率大一些。由此可见，再生砂的掺加对再生砂浆的体积稳定性有不利的影响。再生砂的掺量在40%以下时，掺量的增加有利于优化级配，从而提高砂浆密实度，所以收缩值的提高并不明显，但超过40%后，级配随掺量的增加越来越差，因而收缩值显著提高。

3 结论

3.1 在保证再生砂浆稠度基本一致的条件下，再生砂浆的用水量比天然砂浆高，但是保水性较好，再生砂将具有较好的和易性。

3.2 废旧粘土砖再生砂可以替代天然砂，再生砂替代天然砂对砂浆强度有一定的影响，一定的掺量对砂浆强度具有良好的效果，可以获得良好的骨料级配，提高强度。

3.3 再生砂的不同替代率对再生砂浆的性能影响不是太大，不同取代率的再生砂浆的用水量不同，且取代率越大其用水量越大，但强度会有一定的变化。

参考文献

[1] 王武祥.建筑垃圾的循环利用[J].中国建材，2005（8）23-27.

[2] 周文娟，陈家珑，路宏波.绿色再生砂浆试验研究[J].武汉理工大学学报，2009（4）：16-18.

[3] 蔡秀兰.再生细集料混合砂浆配和比及物理性能试验研究[D].郑州大学硕士学位论文，2010.

[4] 程海丽.废旧砖在建筑砂浆中的应用研究[J].北方工业大学学报，2005（3）89-93.

基金项目：陕西省大学生科技创新训练项目（1732）。

作者简介：李文光，陕西理工学院土木工程与建筑学院；指导教师：薛丽皎。

图2 再生砂掺量对再生砂浆流动性的影响

2.3 再生砂对再生砂浆强度的影响

随着再生砂掺量的增加，再生砂浆的强度先提高后下降，掺量40%时最高。从表3和图3可以看出：在做成的砌体砂浆试块中，掺量40%的再生砂浆试块强度最大，其次为20%的再生砂浆试块，100%掺量再生砂浆比天然砂浆略高，且用水量的增加对砂浆的强度并没有影响。原因为：（1）废旧粘土砖再生砂的细度模数是2.224和天然砂的细度模数2.6接近，按照天然砂粗细程度的判别标准，属于中砂。并且再生砂和到天然砂的掺和，优化了砂的颗粒级配，从而提高了再生砂浆的强度。（2）在再生砂浆中加入了一定量的粉煤灰填充了砂之间的孔隙，改善了再生砂浆的和易性，提高了再生砂浆的密实性，提高再生砂浆的强度。在掺量为40%时，再生砂和天然砂的颗粒级配达到了最优化，粗颗粒的骨架作用得以充分发挥的同时，细颗粒的填充也达到了最大密实，强度最大。随后如果掺量进一步增大，粗细颗粒的比例发生变化，由骨架密实结构向悬浮密实结构变化，骨架作用被削弱，从而强度降低。（3）再生砂的吸水率较大，在进行再生砂浆和配比设计和试验时，只是加了再生砂因吸水率因素影响下的用水量，并没有改变设计的水胶比，同时再生砂的压碎指标较小，其承受压力作用的能力要高。在保证流动性基本一致的情况下，再生砂浆的用水量随着再生砂浆掺量的增加和用水量增大对再生砂浆的强度并没有影响。

图3 再生砂掺量对再生砂浆保水性的影响

图4 再生砂掺量对再生砂浆强度的影响

2.4 再生砂对再生砂浆收缩性的影响

在试验过程中我们发现随着再生砂替代率的增加，再生砂浆试块有一定的收缩性，掺量在40%以下不太明显，在超过40%取代率的时候，我们发现在28d收缩值比天然砂的收缩率大一些。由此可见，再生砂的掺加对再生砂浆的体积稳定性有不利的影响。再生砂的掺量在40%以下时，掺量的增加有利于优化级配，从而提高砂浆密实度，所以收缩值的提高并不明显，但超过40%后，级配随掺量的增加越来越差，因而收缩值显著提高。

3 结论

3.1 在保证再生砂浆稠度基本一致的条件下，再生砂浆的用水量比天然砂浆高，但是保水性较好，再生砂将具有较好的和易性。

3.2 废旧粘土砖再生砂可以替代天然砂，再生砂替代天然砂对砂浆强度有一定的影响，一定的掺量对砂浆强度具有良好的效果，可以获得良好的骨料级配，提高强度。

3.3 再生砂的不同替代率对再生砂浆的性能影响不是太大，不同取代率的再生砂浆的用水量不同，且取代率越大其用水量越大，但强度会有一定的变化。

参考文献

[1] 王武祥.建筑垃圾的循环利用[J].中国建材，2005（8）23-27.

[2] 周文娟，陈家珑，路宏波.绿色再生砂浆试验研究[J].武汉理工大学学报，2009（4）：16-18.

[3] 蔡秀兰.再生细集料混合砂浆配和比及物理性能试验研究[D].郑州大学硕士学位论文，2010.

[4] 程海丽.废旧砖在建筑砂浆中的应用研究[J].北方工业大学学报，2005（3）89-93.

基金项目：陕西省大学生科技创新训练项目（1732）。

作者简介：李文光，陕西理工学院土木工程与建筑学院；指导教师：薛丽皎。

图2 再生砂掺量对再生砂浆流动性的影响

2.3 再生砂对再生砂浆强度的影响

随着再生砂掺量的增加，再生砂浆的强度先提高后下降，掺量40%时最高。从表3和图3可以看出：在做成的砌体砂浆试块中，掺量40%的再生砂浆试块强度最大，其次为20%的再生砂浆试块，100%掺量再生砂浆比天然砂浆略高，且用水量的增加对砂浆的强度并没有影响。原因为：（1）废旧粘土砖再生砂的细度模数是2.224和天然砂的细度模数2.6接近，按照天然砂粗细程度的判别标准，属于中砂。并且再生砂和到天然砂的掺和，优化了砂的颗粒级配，从而提高了再生砂浆的强度。（2）在再生砂浆中加入了一定量的粉煤灰填充了砂之间的孔隙，改善了再生砂浆的和易性，提高了再生砂浆的密实性，提高再生砂浆的强度。在掺量为40%时，再生砂和天然砂的颗粒级配达到了最优化，粗颗粒的骨架作用得以充分发挥的同时，细颗粒的填充也达到了最大密实，强度最大。随后如果掺量进一步增大，粗细颗粒的比例发生变化，由骨架密实结构向悬浮密实结构变化，骨架作用被削弱，从而强度降低。（3）再生砂的吸水率较大，在进行再生砂浆和配比设计和试验时，只是加了再生砂因吸水率因素影响下的用水量，并没有改变设计的水胶比，同时再生砂的压碎指标较小，其承受压力作用的能力要高。在保证流动性基本一致的情况下，再生砂浆的用水量随着再生砂浆掺量的增加和用水量增大对再生砂浆的强度并没有影响。

图3 再生砂掺量对再生砂浆保水性的影响

图4 再生砂掺量对再生砂浆强度的影响

2.4 再生砂对再生砂浆收缩性的影响

在试验过程中我们发现随着再生砂替代率的增加，再生砂浆试块有一定的收缩性，掺量在40%以下不太明显，在超过40%取代率的时候，我们发现在28d收缩值比天然砂的收缩率大一些。由此可见，再生砂的掺加对再生砂浆的体积稳定性有不利的影响。再生砂的掺量在40%以下时，掺量的增加有利于优化级配，从而提高砂浆密实度，所以收缩值的提高并不明显，但超过40%后，级配随掺量的增加越来越差，因而收缩值显著提高。

3 结论

3.1 在保证再生砂浆稠度基本一致的条件下，再生砂浆的用水量比天然砂浆高，但是保水性较好，再生砂将具有较好的和易性。

3.2 废旧粘土砖再生砂可以替代天然砂，再生砂替代天然砂对砂浆强度有一定的影响，一定的掺量对砂浆强度具有良好的效果，可以获得良好的骨料级配，提高强度。

3.3 再生砂的不同替代率对再生砂浆的性能影响不是太大，不同取代率的再生砂浆的用水量不同，且取代率越大其用水量越大，但强度会有一定的变化。

参考文献

[1] 王武祥.建筑垃圾的循环利用[J].中国建材，2005（8）23-27.

[2] 周文娟，陈家珑，路宏波.绿色再生砂浆试验研究[J].武汉理工大学学报，2009（4）：16-18.

[3] 蔡秀兰.再生细集料混合砂浆配和比及物理性能试验研究[D].郑州大学硕士学位论文，2010.

[4] 程海丽.废旧砖在建筑砂浆中的应用研究[J].北方工业大学学报，2005（3）89-93.

基金项目：陕西省大学生科技创新训练项目（1732）。

作者简介：李文光，陕西理工学院土木工程与建筑学院；指导教师：薛丽皎。