废砖细骨料砂浆的制备与基本性能的研究

王显利，陈少清，毕明丽

(1.北华大学,吉林省吉林市 132013； 2.长春工程学院，长春 130012)

废砖细骨料砂浆的制备与基本性能的研究

王显利1，陈少清1，毕明丽2

(1.北华大学,吉林省吉林市 132013； 2.长春工程学院，长春 130012)

近年来，新城建设、旧城改造产生大量的建筑废弃物，造成了环境污染和资源浪费。同时，我国天然砂资源日益短缺，极其需要代替品。针对以上问题，将废弃黏土砖作为砂浆细骨料进行试验研究。结果表明：废砖骨料替代天然砂，会使砂浆的流动性降低，保水性提高。当替代率超过50%后，砂浆的流动性和保水性均不满足使用要求，必须添加一定的附加用水量；得到了M5、M10和M15砂浆的替代率与附加用水量的关系式；用废砖替代部分天然砂可以使砂浆的强度提高，且后期强度提高更加明显。M5和M10砂浆的替代率为50%时，28 d强度达到峰值，M15砂浆则是25%时，达到峰值；制备M5砂浆可以采用100%废砖骨料，制备M10以上的砂浆，替代率应控制在50%以内。

废砖细骨料；再生砂浆；稠度；分层度；抗压强度

随着社会的进步和经济的快速发展，给环境造成了严重的破坏。资源短缺、环境恶化成为当今世界面临的共同问题。一方面，目前我国天然砂的现状已不容乐观，经过数十年的开采，天然砂已经所剩无几，大量的开采河沙严重破坏了河床的稳定，造成了许多灾害。另一方面，每年旧城改造所拆除的建筑物产生了大量的废弃物，它们以废弃的黏土砖块和废混凝土块为主[1-3]。废弃物随意堆放会占用大量土地，对我国土地资源造成浪费，同时对环境造成污染。目前大量建筑垃圾的处理方式是露天堆放或者填埋，带来环境污染的同时也是对资源造成了极大的浪费。

国外对于废弃黏土砖再生利用的研究较早，Fouad M.Khalaf[4]将黏土砖磨碎成4种不同类型的粗骨料，取代天然粗骨料制备混凝土。结果表明，用黏土砖作为粗骨料可以用来制备高强度混凝土，强度可以达到设计标准，而且部分试件的强度超过了普通花岗岩骨料的混凝土。F.Bektas,K.Wang等[5]使用废弃黏土砖碎料，以10%和20%的取代率取代水泥砂浆中的细骨料，制备水泥砂浆，进行流动度、抗压强度、冻融循环、收缩、碱骨料反应等试验。结果表明，10%和20%的取代量对砂浆的抗压强度和收缩性影响都非常小，对砂浆的碱骨料反应也没有太大影响，对抗冻融性有一定的提高。近年来我国学者对于废弃黏土砖的研究也比较多，靳秀芝等[6]人用废黏土砖碎料不同比例替代天然河砂制备水泥砂浆。研究了不同替代率对砂浆抗压、抗折强度的影响规律，结果表明当废砖替代率为40%～60%时，强度达到峰值。总之，国内外大多学者都将其作为粗骨料应用于再生混凝土的研制，而将其作为细骨料应用于再生砂浆的研制相对较少[7-12]。本文将废砖碎料作为细骨料，针对废砖再生砂浆的流动性、保水性、强度等方面进行试验研究。本研究不仅可以节约自然资源，保护生态环境，还可以促进资源的循环再生利用，具有广泛的社会效益和经济效益。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

1.1.1 水泥

试验用的水泥为吉林市冀东水泥厂生产的P.C42.5普通硅酸盐水泥，其物理—力学性能指标见表1，水泥各项指标均符合GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》对水泥的各项技术要求。

表1 水泥基本性能指标

1.1.2 天然砂和废砖细骨料

本试验采用的天然砂为吉林市诚信沙场购买的中砂，废砖细骨料为废弃黏土砖经过清洁、破碎、级配后获得，细度符合中砂要求，二者基本性能指标见表2。采用等质量法，分别用废砖骨料25%、50%、75%和100%替代天然砂获得混合骨料，其筛分析试验结果见表3，级配曲线如图1。

表2 骨料基本性能指标

表3 骨料的筛分析试验结果

图1 骨料级配曲线

1.1.3 水

吉林市自来水。

1.2 试验方法

本文分别设计了M5、M10和M15 3种强度等级的砂浆进行试验研究。每种强度等级的砂浆分别用废砖骨料0%、25%、50%、75%和100% 5种比例替代天然砂，分别研究废砖骨料不同替代率对3种强度砂浆的稠度、分层度、用水量和强度的影响规律。

依据JGJ/T70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》中的操作规程进行稠度、分层度及强度测试。首先对砂浆拌合物进行稠度和分层度测试，根据稠度值要求调整用水量，将调整后满足稠度要求的拌合物装入70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm试模，每组试件做3块。试件制作后在室温(20±5) ℃的环境下静置(24±2)h后脱模，放在(20±2) ℃，相对湿度95%以上的标准养护箱中养护至相应龄期进行抗压强度测试。具体试验配合比见表4。

表4 砂浆配合比表 单位：kg·m-3

2 试验结果与分析

2.1 废砖掺量对砂浆稠度和分层度的影响

在本研究中，选取在建筑中应用最普遍的稠度要求：50～70 mm。对砂浆拌合过程中的稠度及分层度进行测试，结果见表5。废砖骨料表面具有疏松多孔的特点，这就造成了它具有较高的吸水率的特点。由表5可以看出：在相同的用水量的条件下，A1、B1、C1的稠度值均在50 mm左右，分层度较大。说明天然骨料的砂浆在该用水量下具有较好的流动性，但保水性较差；随着废砖骨料替代率的增加，3种强度砂浆的稠度和分层度均在减小，说明废砖骨料的掺入使砂浆流动性降低，保水性提高。当替代率大于50%后，导致砂浆的流动性不符合要求，甚至丧失流动性。这是因为废砖骨料具有较高的吸水率。当替代率大于50%后，分层度小于10 mm，会导致砂浆过于干稠不易操作，容易出现干缩开裂等问题。因此，为使废砖再生砂浆的流动性满足试验要求，需要对废砖砂浆掺入一定的附加用水，以保证流动度的要求。

表5 稠度及分层度测试结果

2.2 不同废砖掺量对砂浆用水量的影响

附加用水量是指再生砂浆相比于普通砂浆，达到相同稠度值条件下，所需添加的额外用水量。通过试验得出的保证相同稠度的废砖砂浆的附加用水量如图2所示。

由图2可以看出，在保证相同的稠度的条件下，随着废砖骨料替代率的增加，附加的用水量逐渐增加。3种强度砂浆的附加用水量与废砖替代率大致呈线性关系，对其进行拟合可以得到方程(1)～(3)：

y1=0.508x1-2.52，

(1)

y2=0.464x2-1.10，

(2)

y3=0.496x3-3.34，

(3)

式中：y1、y2、y3分别表示强度等级为M5、M10、M15砂浆的附加用水量(%)；x1、x2、x3分别表示M5、M10、M15 3种砂浆的废砖替代率(%)。

3.3 废砖替代率对砂浆强度的影响

本试验分别对3种强度砂浆的3 d、7 d、28 d、56 d的抗压强度进行了测定，试验测试结果见表6，3种强度砂浆的不同废砖替代率、不同龄期与抗压强度的关系如图3～5。

表6 砂浆强度测试结果

图3 M5砂浆的废砖替代率与抗压强度关系

图4 M10砂浆的废砖替代率与抗压强度关系

图5 M15砂浆的废砖替代率与抗压强度关系

从图3可以看出，用废砖骨料替代天然砂制备M5等级砂浆，随着废砖替代率的增加，龄期3 d的强度随替代率增大变化不大。龄期7 d、28 d、56 d的强度变化规律大致相同，均呈现先增大后减小的趋势。峰值均出现在废砖骨料替代率为50%时，此时相比完全天然骨料7 d、28 d、56 d强度分别提高了31.3%、20.4%和14.6%。替代率超过50%后，强度逐渐下降，当替代率为100%时，废砖骨料砂浆的28 d强度为8.1 MPa，虽然小于天然砂砂浆的9.3 MPa，但是强度值仍满足M5等级砂浆要求的强度。

从图4可以看出，用废砖骨料替代天然砂制备M10等级砂浆，随着废砖替代率的增加，其规律与M5砂浆相似，3 d强度呈略有下降的趋势，7 d、28 d、56 d的强度呈先增大后减小的趋势。当替代率为50%时，7 d和28 d强度达到峰值，与天然砂砂浆相比，强度分别提高了29.6%和36.6%。龄期56 d的砂浆，废砖替代率为25%时强度达到峰值，与天然砂砂浆相比，强度提高27.7%。当替代率为100%时，废砖骨料砂浆的强度为9.8 MPa，小于M10砂浆的强度标准。因此，用废砖骨料制备M10砂浆，废砖替代率不宜超过75%，否则强度难以保证。

从图5可以看出，用废砖骨料替代天然砂制备M15等级砂浆，随着废砖替代率的增加，砂浆的强度也呈先增加后减小的趋势。3 d、7 d、28 d、56 d的强度峰值均在废砖掺量为25%时。同时，当废砖替代率为75%时，废砖骨料砂浆强度为14.7 MPa不满足M15砂浆强度要求。因此，用废砖骨料制备M15强度的砂浆，废砖替代率应在50%以内。当替代率为25%时强度最大，28 d强度为18.8 MPa。

2.4 不同替代率的M10砂浆强度和龄期的关系

由图6可以看出，除3 d强度以外，废砖替代率小于50%的废砖骨料砂浆的强度均高于完全天然砂砂浆。同时，通过对比不同龄期下，掺入和未掺入废砖骨料的砂浆可看出，用废砖骨料适当替代天然骨料可以提高砂浆强度，且后期强度提高更加明显，掺入25%废砖骨料的砂浆56 d强度提高了27.7%。这是因为废砖骨料的成分比较特殊，它由黏土、煤矸石等原料焙烧而成，一些学者研究表明，黏土砖粉末具有一定的火山灰性质。废砖骨料中的微小粉末具有活性成分，可以与Ca(OH)2结合生成新的胶凝物质，从而使后期强度得到提高。

3 结语

1)废砖骨料表面疏松多孔，具有较高的吸水率。将废砖替代天然砂制备砂浆，随着废砖替代率的增加，会使砂浆的稠度值逐渐降低，流动性越来越差，但保水性提高。当替代率超过50%后，会使砂浆的流动性和保水性均不满足使用要求，必须添加一定的附加用水量。

图6 M10砂浆强度与龄期关系

2)通过分析得出，3种强度砂浆的附加用水量与废砖替代率大致呈线性关系，并通过拟合得到了二者的关系式。

3)用废砖一定比例的替代砂浆中的天然砂，可以使砂浆的强度得到提高。M5和M10等级砂浆在废砖替代率为50%时获得的28 d强度最高。M15等级砂浆在废砖替代率为25%时获得的28 d强度最高。用废砖骨料可以100%替代天然砂制备强度等级的M5砂浆，但需要加入一定的附加用水量。用废砖骨料制备M10以上强度较高的砂浆，则替代率应控制在50%以内。

4)用废砖骨料替代天然砂制备砂浆，对砂浆的后期强度提高较为明显，M10级砂浆掺入25%的废砖骨料，其56 d强度提高了27.7%。

[1] 郭瑞亮.全级配再生粘土砖骨料在混凝土和砂浆中的应用研究[D].天津：天津大学，2009.

[2] 郑丽.废粘土砖粉混凝土的性能研究[D].济南：山东大学，2012.

[3] 袁帅.砖、砼再生细骨料砂浆力学性能及应用研究[D].长沙：长沙理工大学，2013.

[4] Khalaf Fouad M.Using crushed clay brick as coarse aggregate in concrete[J].Journal of Material in Civil Engineering， 2006，18(4)：518.

[5] Bektas F,Wang K，Ceylan H.Effects of crushed clay brick aggregate on mortar durability[J].Construction and Building Materials，2009，23(5):1909-1914.

[6] 李新建，韩涛，靳秀芝，等.废黏土砖颗粒对砂浆强度的影响[J].建材技术与应用，2011(3)：1-3.

[7] 程海丽.粉煤灰与废茹土砖再生混凝土试验研究[J].混凝土与水泥制品，2005(5):48-50.

[8] 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(7):15-19.

[9] 王穆芝，刘晓军.水泥混凝土技术与生态环境[J].科技信息，2008(23):440-443.

[10] 田洪臣，段绪胜，王福忠，等.建筑垃圾的综合应用[J].山东农业大学学报：自然科学版，2006(1):109-112.

[11] 梁倚，邓志恒，黄廷剑，等.以废砖粉和废砂浆为细骨料的再生混凝土受力性能试验研究[J].混凝土,2009(3):44-46.

[12] 曾路春.废混凝土作粗骨料、废砖作细骨料制备再生混凝土的试验研究[J].墙材革新与建筑节能，2006(8):35-36.

The Research on Preparation and Basic Properties of Recycled Brick Aggregate Mortar

WANG Xian-li，et al.

(BeihuaUniversity，JilinJilin132013，China)

In recent years，with the new town construction and old city reconstruction massive building waste has been produced，causing environmental pollution and resource waste.Meanwhile，the sand resources increasingly scarce in China，and the replacement is needed extremely.To solve above problems，in this paper，the recycled brick aggregate has been used as mortar aggregate in the test.The results show that recycled brick aggregate used as natural mortar can make the fluidity of mortar decrease and water retention improve.After the replacement rate more than 50%，liquidity and water retention of mortar can not meet the requirements of operating.The additional water must be added；The results obtain the relation between replacement and additional water of the mortar as M5，M10 and M15；The replacement to natural sand with recycled brick can raise the strength of cement mortar，and later the strength increases more obviously.When the replacement of M5 and M10 reaches 50%，the 28 d strength reaches peak，the M15 mortar is about 25% at peak.Preparation of M5 mortar can use 100% recycled brick aggregate，and replacement rate should be controlled within 50% when preparation of mortar about M10 or above.

brick aggregate；recycled mortar；consistence；segregation degree；strength

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.01.007

2017-01-12

王显利(1972-)，男(汉)，吉林辽源，博士，教授 主要研究土木工程新材料。

TU521

A

1009-8984(2017)01-0030-04