废弃混凝土粉对干混砂浆工作性能的影响分析

2018-07-24福州市建筑科学研究所福建福州350004

中国建材科技 2018年2期

刘升（福州市建筑科学研究所，福建福州 350004）

随着我国城镇化建设的迅猛发展，大量的混凝土建筑和市政设施被拆毁，工程建设过程中也会产生相当数量的混凝土废料，若不能采取合适的措施进行再生利用，必然会对环境产生严重的污染。混凝土废料中含有大量的水化水泥浆体以及粗、细集料，通过部分替代天然集料用于干混砂浆的制备，不仅可以缓解我国建筑行业石料供给的压力，而且还能减少石料开采对生态环境带来的破坏[1]。干混砂浆是20世纪50年代从欧洲发展起来的，干混砂浆在欧洲的应用已很普遍，在亚洲的发展也十分迅速，而我国随着商品混凝土研究和推广，带动了干混砂浆的研究和使用[2]。目前砂浆的发展主要涉及砂浆高性能化和多品种化，然而对于其生态化发展的关注却是远远不够，干混砂浆的生态化是我国建筑行业可持续发展的必然趋势，采用混凝土废料制备干混砂浆也是干混砂浆生态化的具体措施[3]。为满足混凝土废料干混砂浆的工程应用要求，应对干混砂浆工作性进行试验测试和研究。

1 原材料的技术要求

干混砂浆是将水泥、干燥骨料或粉料、添加剂以及根据性能确定的其他组分，按照一定比例，经过在专业生产厂经计量、混合而成的混合物，其具有品种丰富、用途广泛、节能环保的特性，可以满足不同的施工工艺和设计需求。部分学者对废弃混凝土在干混砂浆中的应用进行了探索，得出了一些有益的结论，若能采用废弃混凝土替代部分天然骨料制备出性能优良的干混砂浆，废弃混凝土的再生利用又将增加新的途径。为此，通过将废弃混凝土进行破损处理，将部分废弃混凝土粉替代部分天然骨料制备干混砂浆，并通过室内试验测试其工作性能。

水泥选用海螺牌P.O 42.5普通硅酸盐水泥，其28天抗压强度的实测值为44.4MPa。细集料选用产于闽清的河砂，其技术性能指标见表1。废弃混凝土粉是采用混凝土公司检测强度后废弃的混凝土试块，经手工破碎筛分而成，粒径为5～40mm，再经过球磨机研磨后筛分得到粒径为0.3～4.7mm，级配良好。

2 试验方案

干混砂浆配合比设计依据《砌筑砂浆配合比设计规程》(JGJ/T98－2010)的要求进行。为对比不同废弃混凝土粉取代量对干混砂浆工作性能的影响，得到废弃混凝土粉替代干混砂浆中的天然河砂的比例分别为0%、10%、20%、30%、40%的5种试验方案，干混砂浆各组成材料的用量见表2。

3 干混砂浆工作性的测试分析

工作性是干混砂浆的基本性能要求。常用稠度、分层度、保水性、凝结时间等指标来衡量干混砂浆的工作性能[4]。

3.1 干混砂浆的稠度及2h稠度损失率测试

砂浆水量过多或过少都会影响工作性，水量过多时，砂浆容易流淌，而水量过少时，砂浆不容易抹平，在配合比设计和施工过程中均需控制砂浆的稠度。各方案的干混砂浆稠度及稠度损失测试结果见表3。

表1 河砂的技术性能指标

表2 干混砂浆配合比

表3 干混砂浆稠度及稠度损失

由表3可以看出，随着废弃混凝土粉的增加，干混砂浆的稠度总体呈现降低的趋势。方案一基准配比的干混砂浆稠度为56mm，2h稠度损失率为1.8%，符合干混砂浆的基本性能指标中2h稠度损失率应小于30%的要求。采用废弃混凝土粉替代10%、20%、30%天然砂的三种方案2h稠度损失率均在30%以下，均满足干混砂浆的基本性能指标要求，但相比方案一的2h稠度损失率，偏差均较大，而方案四的2h稠度损失率为34.3%，超出了干混砂浆的基本性能指标要求。废弃混凝土中含有大量的水泥粉，其吸水性更强，会导致砂浆稠度的降低，随着废弃混凝土粉用量的增多，干混砂浆的稠度会逐渐减低。在废弃混凝土粉替代率为20%时，2h稠度损失率最小，且稠度与基准比例的干混砂浆的稠度偏差相差最少。因此，在干混砂浆中，利用废弃混凝土粉替代天然河砂的比例不宜太高，可将废弃混凝土粉的替代比例控制在20%左右。

3.2 干混砂浆的分层度测试

分层度是水泥砂浆的保水性指标，分层度太大或者太小都不好，太大保水性不良，而过小时砂浆易开裂。各方案的干混砂浆分层度测试结果见表4。

由表4的测试结果可知，方案一基准配比的干混砂浆的分层度为11mm，废弃混凝土替代比例的增加，分层度呈现先增加后减小的趋势，在替代比例为30%时，分层度达到16mm，与基准配比相比较，偏离值较大。水泥、砂的粗细、用量水是影响干混砂浆的分层度的主要因素，而废弃混凝土粉在砂浆拌和过程会导致级配偏细，在废弃混凝土粉掺量为20%时，与基准干混砂浆的分层度保持一致，同时与砂浆稠度对废弃混凝土粉掺量要求相匹配。

表4 干混砂浆分层度

3.3 干混砂浆的保水性测试

保水性指砂浆拌合物保持水分的性质，它间接地反映硬化后砂浆的密实度以及耐久性。保水性差的砂浆硬化后易形成毛细管渗水通路，因此降低混凝土的抗渗性和抗冻性[5]。各方案的干混砂浆保水性检测结果见表5。

表5 干混砂浆保水性

由表5的测试结果可知，方案一基准配比的干混砂浆保水率为95.2%，保水性良好，而废弃混凝土粉代替干混砂浆中的天然砂比例为10%时，干混砂浆的保水率达到95.9%，保水性良好。随着替代比率的逐渐增加，干混砂浆的保水性有所下降，但是依然达到了90%以上，并且满足干混砂浆的基本性能指标要求，而且在废弃混凝土粉替代比例为10%时，干混砂浆的保水性最佳。

3.4 干混砂浆的凝结时间测试

凝结时间测试的目的是为了确定干混砂浆完全失去塑性的时间，确保干混砂浆在凝结时间完成相应的工程施工。各方案干混砂浆凝结时间的测试结果见表6。

表6 干混砂浆凝结时间

由表6的测试结果可知，各方案的凝结时间均满足干混砂浆的凝结时间为3～8h的要求。方案一干混砂浆试样的凝结时间为7.7个小时，随着废弃混凝土粉替代比例的增加，凝结时间有不同程度减少，方案五干混砂浆的凝结时间最短，凝结时间减少了20%以上，这主要是得益于废弃混凝土粉的吸水效应。由于废弃混凝土粉的需水量较大，使得在水灰比和单位用水量相同的情况下，所得砂浆试样的实际水灰比要小于普通砂浆，从而使其凝结时间缩短。

对比干混砂浆的稠度、分层度、保水性、凝结时间等指标的测试结果可知，在废弃混凝土粉作为再生集料替代天然砂时制备而得的干混砂浆的工作性均能满足干混砂浆的基本性能指标，但是通过与基准配比的干混砂浆工作性相比较，在废弃混凝土粉替代比例为20%时，干混砂浆试样的稠度、2h稠度损失率以及分层度均达到最佳效果，而保水性则是在10%时达到最佳效果，虽然凝结时间在废弃混凝土粉替代比例为20%时不是最短，但满足3～8h的要求。因此在满足干混砂浆的基本性能指标的前提下，基于干混砂浆的整体工作性要求，废弃混凝土粉替代天然砂的比例为20%时，干混砂浆的工作性达到最佳效果。