废弃砖粉对水泥基材料性能影响研究

刘 昆 刘娟红 冯 杰

(北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083)

我国目前对建筑垃圾研究及应用较为广泛的主要是集中在再生集料和再生混凝土等方面［1］。国外对于建筑垃圾施行的办法大多是“建筑垃圾源头消减策略”［2］。HasanBoke 等的研究结果表明，砖粉中主要的组分是火山灰，它能够与砂浆、石灰、硬膏剂混合来制备出墙体材料，RamamurthyK 等分别把废旧砖和模具制砖加工制成粗骨料［3-5］。郑州理工大学的王雪［6］对废砖在轻质墙体新型材料方面进行了实验研究，并取得较好的成果。另外，在低水胶比条件下，低活性矿物掺合料的弱点被掩盖，而矿物掺合料降低混凝土水化温升等一系列优点更加明显地得到体现［7］。在再生骨料的生产过程中，会产生粒径小于2mm 的富含水泥浆颗粒，而这些颗粒往往不被用做再生骨料而被废弃［8］。而对废弃砖粉用于混凝土掺合料方面的研究较少，基于砖粉具有潜在活性的考虑，本文研究废弃砖粉对水泥基材料流动性和力学性能影响。

1 试验原材料及试验方法

1.1 试验原材料包括

水泥:北京金隅股份有限公司生产的P.O42.5水泥(水泥主要性能指标见表1);

矿渣粉:S95 型磨细矿渣，细度为1.0%(45μm筛余)，需水量比为96.2%;

粉煤灰:Ⅱ级粉煤灰，细度为6.5% (45μm 筛余)，需水量比为97.6%;

石灰石粉:细度为2.8%(45μm 筛余)，需水量比为94.4%，亚甲蓝值为0.5;

砖粉:废弃砖是由实验室的建筑垃圾破碎、筛分后得到的，将收集好的碎砖磨制细度在45μm 方孔筛筛余≤15%，需水量比为100%，亚甲蓝值0.5;

混凝土用砂石材料:粗骨料为普通碎石，分别为5mm～10mm 的细石子与10mm～20mm 的粗石子;细骨料为普通河砂，细度模数为2.5 的中砂，含泥量为0.07%;

减水剂:西卡聚羧酸减水剂，含固量15%左右;

1.2 试验方法

砖粉的制备工艺:试验的砖粉制备采用人工键击或者分拣的方法清除砖块的杂质，然后应用水泥试验磨进行磨碎，最后用标准筛筛分;水泥净浆流动度的测试参考GB/T-2419 -2005《水泥流动度测定方法》;胶砂试验水胶比为0.35，，按照GB/T17671 -1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO 法)》进行试验;混凝土坍落度的试验依据《普通混凝土拌合物性能测试方法标准》;混凝土试件的抗压性能测试严格按照规范GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》。

表1 水泥主要性能指标

2 试验结果与分析

2.1 砖粉等二元复合掺合料对净浆流动度的影响

研究砖粉等掺合料掺入量对净浆流动度的影响，在水泥:掺合料=7:3，矿渣粉占胶凝材料的6%，9%，12%情况下，三种掺合料(砖粉、粉煤灰、石灰石粉，下同)依次掺入24%，21%，18%，进行净浆流动度试验，各掺合料的用量及流动度见表2。

表2 二组分复合掺合料的净浆流动度表(材料单位为g)

分析表2 中的数据可知:当矿渣粉分别与砖粉或粉煤灰双掺时，随着砖粉或粉煤灰取代率的增大，净浆流动度有减小趋势，这是由于砖粉和粉煤灰的需水量比略高于矿渣粉;矿渣粉与石灰石粉双掺时，净浆流动度都较大，这是由于四种掺合料中石灰石粉的需水量比最小，

所以矿渣粉与石灰石粉双掺流动度最大;掺入相同比例的砖粉和粉煤灰时，矿渣粉和砖粉双掺的净浆流动度与矿渣粉和粉煤灰双掺的净浆流动度相当，因此，在流动度方面，砖粉完全可以替代二级粉煤灰并且效果更好。

2.2 砖粉等二元复合掺合料对胶砂强度的影响

考虑表2 各组掺合料的比例，计算出胶砂的实际配比。考虑到现代混凝土水胶比较低，胶砂强度的水胶比为0.35。在水泥:掺合料=7:3，矿渣粉占胶凝材料的6%，9%，12%情况下，三种掺合料依次掺入24%，21%，18%，进行胶砂强度试验，各组配比及7d 和28d 强度见表3。

表3 二组分复合掺合料的配比及胶砂7d、28d 强度(材料单位为g)

分析表3 数据可知:矿渣粉与砖粉、粉煤灰、石灰石粉双掺时，随着矿渣粉的减少，水泥胶砂7d 和28d 的抗压强度均逐渐减小;矿渣粉与砖粉、石灰石粉双掺时，随着其取代率的增大，7d 和28d 的抗折强度逐渐减小，而随着粉煤灰取代率的增大，7d 和28d的抗折强度逐渐增大。矿渣粉与砖粉双掺的7d 和28d 的抗折强度和抗压强度均大于矿渣粉与石灰石粉双掺的;三种掺合料取代率小于80%(指砖粉、粉煤灰、石灰石粉分别占掺合料总量的百分比，下同)时，矿渣粉与砖粉双掺胶砂7d、28d 的抗折强度和抗压强度均大于矿渣粉与石灰石粉双掺的，与矿渣粉与粉煤灰双掺相当。因此，在强度方面，砖粉可以取代二级粉煤灰。

2.3 砖粉等二元复合掺合料对混凝土力学性能的影响

矿渣粉占胶凝材料的6%，9%，12%情况下，三种掺合料依次掺入24%，21%，18%进行配合比设计，C30 和C40 混凝土各组掺合料的配合比及坍落度见表4 和表5，混凝土试件7d 和28d 的抗压强度见图1。C30 混凝土的W/C=0.47，C40 混凝土的W/C=0.39。

表4 二组分复合掺合料C30 混凝土配合比及坍落度(材料用量单位:kg)

表5 二组分复合掺合料C40 混凝土配合比及坍落度(材料用量单位:kg)

分析表4 和表5 数据可知:在C30 混凝土中，矿渣粉与砖粉双掺时，随着砖粉取代率的增大，坍落度减小，但降低不多;矿渣粉分别与石灰石粉、粉煤灰双掺时，随着石灰石粉、粉煤灰取代率的增大，坍落度变化不明显。在C40 混凝土中，坍落度的变化规律和C30 混凝土相一致。

图1 矿渣粉与砖粉、石粉、粉煤灰双掺对混凝土强度的影响

分析图1 数据可知:在C30 混凝土中，矿渣粉与砖粉、石灰石粉、粉煤灰双掺时，随着砖粉、石灰石粉、粉煤灰取代率的增大，7d 和28d 抗压强度均有所降低。砖粉、石灰石粉、粉煤灰掺量从60%提高到80%时，矿渣粉与砖粉、石灰石粉、粉煤灰双掺的抗压强度分别由44.7MPa、39.5MPa、47.7MPa 降低到38.7MPa、35.9MPa、42.9MPa。分别降低了13.42%、9.11%、10.06%。在C40 混凝土中，矿渣粉与砖粉、石灰石粉、粉煤灰双掺时，随着砖粉、石灰石粉、粉煤灰取代率的增大，7d 和28d 抗压强度均有所降低。砖粉、石灰石粉、粉煤灰掺量从60%提高到80%时，矿渣粉与砖粉、石灰石粉、粉煤灰双掺的抗压强度分别由61.2MPa、52.1MPa、63.8MPa 降低到56.5MPa、44.7MPa、58.4MPa。分别降低了7.68%、14.2%、8.46%。综上所述，矿渣粉和砖粉双掺的混凝土试块抗压强度与矿渣粉和粉煤灰双掺的相当，高于矿渣粉和石灰石粉双掺的，因此，在强度方面，砖粉可以取代二级粉煤灰作为混凝土的矿物掺合料。

3 结论

(1)在净浆流动度方面，掺入相同比例的砖粉和粉煤灰时，矿渣粉和砖粉双掺的净浆流动度与矿渣粉和粉煤灰双掺的净浆流动度相当，因此，砖粉完全可以替代二级粉煤灰并且效果更好。

(2)在胶砂强度方面，三种掺合料取代率小于80%时，矿渣粉与砖粉双掺胶砂7d、28d 的抗折强度和抗压强度均大于矿渣粉与石灰石粉双掺的，和矿渣粉与粉煤灰双掺相当，因此，砖粉可以替代二级粉煤灰。

(3)在混凝土性能方面，三种掺合料在坍落度方面表现相当;矿渣粉和砖粉双掺的混凝土试块抗压强度与矿渣粉和粉煤灰双掺的相当，高于矿渣粉和石灰石粉双掺的，因此，砖粉可以替代二级粉煤灰作为混凝土的矿物掺合料。

综上所述，砖粉可以替代二级粉煤灰作为混凝土矿物掺合料而不降低混凝土的性能，即建筑垃圾废砖粉作为混凝土矿物掺合料的应用是可行的。

［1］杨久俊，毋雪梅，张海涛，等.建筑垃圾作矿物掺料对水泥物理力学性能的影响［J］.粉煤灰，2005，2:12 -14

［2］石峰，宁利中，刘晓峰，等.建筑固体废物资源化综合利用［J］.水资源与水工程学报，2007，18(5):39 -46.

［3］Hasan Boke，Sedat Akkurt，Basak Ipekoglu，et al.Characterics of brick used as aggregate in historic brick -lime mortars and plaster［J］.Cement and Concrete Research，2006，(36):1115 -1122.

［4］Asheesh Kumar Yadav，C.P.Kaushik，Anil Kumar Haritash，et al..Defiuoridation of groundwater using brick powder as an adsorbent［J］.Journal of Hazardous Materials，B128(2006):289 -293.

［5］Ramamurthy K，Gumaste K S..Propertie of Recycled Aggregate Concrete［J］.The Indian Concrete Jouinal，1998，72(1):49 -53.

［6］王雪.废砖制备新型轻质墙体材料的试验研究［D］.昆明:昆明理工大学，2009.

［7］陈益民，贺行洋，李永鑫，等.矿物掺合料研究进展及存在的问题［J］.材料导报，2006，20(8):28 -31.

［8］刘娟红，宋少民著.绿色高性能混凝土技术与工程应用.北京:中国电力出版社，2011.