废黏土砖粉混凝土工作性能和力学性能试验研究

车法，徐世伟，张浩

（淄博市公路管理局，山东淄博255038）

废黏土砖粉混凝土工作性能和力学性能试验研究

车法，徐世伟，张浩

（淄博市公路管理局，山东淄博255038）

通过废黏土砖粉作为混凝土掺料部分取代水泥制备再生混凝土的试验，分析了砖粉粒径和砖粉取代率对废黏土砖粉混凝土的工作性能和力学性能的影响规律。结果表明：废黏土砖粉取代水泥制备再生混凝土，降低了新拌混凝土的坍落度；对表观密度影响不大，其值仍为2 400～2 500 kg/m3；废黏土砖粉一定程度上降低了混凝土的抗压强度，但其28 d抗压强度仍可以达到55 MPa；废黏土砖粉混凝土的28 d抗折强度范围为10～12 MPa，与普通混凝土相似；弹性模量范围为15～30 GPa，受砖粉的影响较大。关键词废黏土砖粉；混凝土；砖粉粒径；砖粉取代率；性能试验

近年来，随着我国大规模城镇化建设，拆除了大量的旧建筑物。如何处理旧建筑拆除时所产生的以黏土砖为主的建筑垃圾，成为日益重要的课题。研究人员发现，将废弃黏土砖转化为建筑材料，是保护环境和节约资源的有效办法。目前，国内外对废弃黏土砖再生利用的研究主要集中在将废黏土砖粉用作建筑砂浆或者混凝土的骨料。研究表明，用废黏土砖粉取代粗骨料制备混凝土时，其强度完全可以满足要求，但制备的混凝土流动性差，不易成型。随着废黏土砖粉对粗骨料取代率的增加，再生混凝土的吸水率、收缩和徐变变形都随之增大，抗氯离子渗透性、抗冻性变差［1-8］。部分学者研究了废黏土砖粉部分取代水泥对水泥砂浆性能的影响。结果表明，黏土砖粉在一定程度上降低了再生砂浆的早期抗压强度，但掺加少量砖粉的砂浆后期抗压强度，特别是90 d以后，要大于普通砂浆［9-11］。

本文研究了砖粉粒径和砖粉取代率对新拌混凝土工作性能和硬化混凝土力学性能的影响规律，系统分析了废弃黏土砖粉部分取代水泥制备混凝土的可行性，为进一步研究建筑垃圾的再生利用提供参考。

1　试验原材料及方法

1.1试验原材料

水泥为济南山水集团生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥。试验用废黏土砖粉由建筑垃圾砖破碎、筛分得到，按粒径分为A，B，C 3种。用颗粒分析仪对水泥和砖粉进行粒径分析，得到水泥和3种砖粉的粒径分布曲线（图1）。3种砖粉中A砖粉粒径最小，C砖粉粒径最大，B砖粉粒径居中，但均大于水泥粒径。由X射线衍射（XRD）试验得出砖粉的基本组成成分为Quartz、Rutile和Hematite，通过扫描电子显微镜（SEM）分析3种砖粉的内部微观结构，得到3种砖粉的SEM图（图2）。

图1　水泥和砖粉的粒径分布曲线

图2　砖粉SEM图

依据《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ 52—2006）测试砂的吸水率，试验测得A，B，C3种砖粉的吸水率分别为22.07%，16.45%，12.03%。粗骨料为普通碎石，最大公称粒径为20 mm，包括5～10 mm和10～20 mm 2种规格。细骨料为河砂，细度模数为2.97。减水剂为聚羧酸醚类高效减水剂（RHEOPLUS）。拌合用水为自来水。

1.2试验方法

依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2002）测试混凝土的拌合、成型以及抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、弹性模量等力学性能。依据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080—2002）测试混凝土表观密度和坍落度。混凝土试件在成型24 h后脱模，在标准养护室（温度为20±2℃，相对湿度＞95%）养护至试验龄期。

1.3试验设计

［12］将废黏土砖粉混凝土的水灰比确定为0.28，砂率确定为33%。试验设计采用正交试验方法，用A，B，C 3种不同粒径的砖粉取代部分水泥制备再生混凝土，取代率分别为10%，20%，30%，试验共10组混凝土配合比，见表1。

表1　废黏土砖粉混凝土配合比设计

2　试验结果与分析

2.1新拌混凝土工作性能

通过对新拌混凝土表观密度的测试得出，掺加废黏土砖粉的混凝土表观密度与普通混凝土相似，仍为2 400～2 500 kg/m3，废黏土砖粉对混凝土的表观密度影响不大。新拌混凝土砖粉取代率对混凝土坍落度的影响如图3所示。废黏土砖粉降低了混凝土的坍落度，且砖粉取代率越大，混凝土坍落度越低。对于A，B 2种砖粉，当其取代率达到20%时，混凝土的坍落度有明显地下降，平均降低达到75%以上，而对于C砖粉，当其取代率达到30%时，混凝土的坍落度明显降低。混凝土的坍落度随着砖粉粒径的增大而升高，这是由于砖粉粒径越大，其吸水率和黏性越小。

2.2抗压强度

图4反映了砖粉取代率对混凝土抗压强度的影响。可见，废黏土砖粉的掺加降低了混凝土的抗压强度，且砖粉取代率越大，混凝土的抗压强度越小。掺加砖粉混凝土的后期抗压强度（28 d以后）增长要快于纯水泥混凝土。对于C砖粉混凝土，当砖粉取代率分别为10%，20%，30%时，混凝土抗压强度从28 d到56 d的增长率分别为1.91%，3.64%，8.55%，从56 d到90 d时抗压强度增长率为7.05%，3.84%，6.30%，而纯水泥混凝土从28 d到56 d、从56 d到90 d，抗压强度分别只增长了0.01%，0.64%。由此可见，砖粉在一定程度上促进了混凝土后期的水化作用。

图3　砖粉取代率对混凝土坍落度的影响

图4　砖粉取代率对混凝土抗压强度的影响

对于相同粒径的砖粉，随着砖粉取代率的增加，混凝土的抗压强度逐渐降低，特别是取代率为20%和30%时，强度降低效果尤为明显。对于B砖粉混凝土，当砖粉取代率从0增加到10%，20%，30%，7 d抗压强度分别降低了8.23%，18.25%，25.30%，28 d抗压强度分别降低了4.92%，16.81%，22.31%，90 d抗压强度分别降低了5.79%，4.96%，12.40%。说明砖粉的粒径相同时，砖粉取代率越大导致混凝土抗压强度减小的趋势越明显。

当砖粉取代率相同时，随着砖粉粒径越大，混凝土抗压强度的减小越明显，A砖粉对混凝土的抗压强度影响最小。这是由于A砖粉的粒径与水泥粒径相近，对混凝土抗压强度影响有限。

2.3抗折强度

图5、图6分别为混凝土7 d和28 d抗折强度。由图可知，掺加砖粉后，混凝土的抗折强度有所降低，且随着砖粉取代率的增大呈不断减小的趋势。砖粉对混凝土7 d抗折强度的影响较大，平均降低幅度超过32%，但对混凝土的28 d抗折强度影响很小。可知，掺加砖粉的混凝土后期抗折强度增长较快。砖粉粒径对混凝土的后期抗折强度影响较小，对于A，B和C砖粉混凝土，其3种不同取代率的28 d平均抗折强度分别为11.46，11.32，10.80 MPa，相差不大。

图5　混凝土7 d抗折强度

图6　混凝土28 d抗折强度

2.4弹性模量

图7为混凝土28 d弹性模量。由图可知，砖粉在一定程度上降低了混凝土的弹性模量，且弹性模量随着砖粉取代率的增加而明显降低。与普通混凝土相比，10%，20%，30%3种砖粉取代率时，混凝土的弹性模量平均降低18.49%，33.82%，47.55%。而砖粉粒径对混凝土弹性模量的影响较小，A，B，C砖粉混凝土在3种取代率下的平均弹性模量分别为22.55，21.66，20.78 GPa，相差不大。

图7　混凝土28 d弹性模量

3　结论

1）掺加废黏土砖粉后混凝土的坍落度降低，且砖粉取代率越大，混凝土的坍落度越低；砖粉的粒径越大，混凝土坍落度越高。与普通混凝土相似，砖粉混凝土的表观密度范围为2 400～2 500 kg/m3。

2）废黏土砖粉取代部分水泥降低了混凝土的抗压强度，但废黏土砖粉混凝土的后期抗压强度增长较快，其28 d抗压强度仍可以达到55 MPa以上。随着砖粉取代率以及砖粉粒径的增大，混凝土抗压强度逐渐减小。

3）掺加砖粉后，混凝土的7 d抗折强度有所降低，砖粉取代率越大，混凝土的7 d抗折强度越低；废黏土砖粉混凝土的28 d抗折强度范围为10～12 MPa，受砖粉的影响较小。

4）砖粉对混凝土的弹性模量影响较大，且砖粉取代率越大，混凝土的弹性模量越低。

参考文献

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Experimental Study on Working and Mechanical Performance of Concrete with Waste Clay Brick Powder

CHE Fa，XU Shiwei，ZHANG Hao
（Zibo Highway Administration Bureau，Zibo Shandong 255038，China）

W aste clay brick powder（CBP）was used to replace part of Portland cement to prepare concrete.T he effects of particle size and replacement rate of brick powder on working and mechanical performance of concrete were investigated.T he results show that waste CBP can reduce the slump of fresh concrete，and has little effect on its apparent density，which is still between 2 400～2 500 kg/m3；W aste CBP can reduce compressive strength of concrete in a certain extent，but 28 d compressive strength of waste CBP concrete can still reach 55 M Pa；T he 28 d flexural strength of waste CBP concrete is between 10～12 M Pa，which is similar to that of ordinary concrete；Elastic modulus of waste CBP concrete is between 15～30 M Pa，which is greatly influenced by brick powder.

W aste clay brick powder；Concrete；Brick powder particle size；Brick powder replacement rate；W orking performance；M echanical performance

TU528.04

ADOI：10.3969/j.issn.1003-1995.2016.09.35

1003-1995（2016）09-0139-04

（责任审编周彦彦）

2016-03-13；

2016-05-17

山东省交通运输厅交通科技项目（鲁交科技［2012］18号）

车法（1976—），男，研究员，博士。