砖渣轻骨料泵送混凝土工程应用研究*

姚源，罗作球，张凯峰，秦志勇，孟刚，刘江非，王佳敏，欧阳平，杨宝帅

（中建西部建设北方有限公司，陕西 西安 701116）

0 前言

随着我国的城市化建设不断加快，在建筑过程中，不可避免的产生了大量的建筑垃圾[1]，不但对资源产生了浪费，也给环境造成了污染。据调查，预计到 2020 年国内建筑垃圾总量将超过 50 亿吨（其中粘土砖、混凝土等成分占建筑垃圾总量的五分之四左右），我国目前每年拆除旧建筑物产生的建筑垃圾超过 4000 万吨。本文结合当前国内建筑垃圾再利用形势，突破建筑垃圾再生轻骨料混凝土应用技术，科学设计，制备了性能良好的砖渣轻骨料混凝土，并成功泵送施工，对缓解资源压力有重要意义。

1 试验原材料及试验方法

1.1 原材料性能

（1）水泥：富平生态 P·O42.5 水泥，初凝时间 180min，终凝时间 285min，标准稠度用水量 29%，安定性合格。

（2）粉煤灰：铜川华能Ⅱ级粉煤灰，细度 15.6%，需水量 96%，烧失量 4.2%，含水率 0.2%。

（3）砂：渭河产水砂，中砂，细度模数 2.3，级配 Ⅱ 区，含泥量 1.3%，泥块含量 0.4%，堆积密度 1550kg/m3。

（4）轻骨料：根据 GB/T 17431.1—2010《轻集料及其试验方法 第 1 部分：轻集料》的有关规定，优选出龙凤实业砖渣进行应用探索，其基本检测指标如表 1 所示。

表1 砖渣轻骨料基本性能检测

（5）外加剂：自有外加剂厂生产的砖渣轻骨料专用外加剂，减水率 27%，含气量 2.8%。

1.2 试验方法

（1）水泥、粉煤灰、外加剂、砂石骨料等原材料的检测参照相应国家标准进行检测。砖渣轻骨料按照 GB／T 17431.1—2010 的有关规定。

（2）混凝土配合比参照 JGJ 12—2019《轻骨料混凝土应用技术标准》进行。混凝土工作性能试验方法参照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行。混凝土力学性能试验参照 GB/T 50081—2019《普通混凝土力学性能试验方法》。

2 配合比设计

2.1 理论分析

根据流体力学的基本原理，砖渣轻骨料在混凝土中的运动状态可以用公式 (1) 表示：

式中：

ρ——轻骨料的颗粒密度，g/cm3；

ρc——水泥浆体的密度，g/cm3；

r——颗粒半径，cm；

η——混凝土的粘性系数，P, dyn·s/cm²；

ν——颗粒的运动速度，cm/s。

由式 (1) 分析可以得出：轻骨料的颗粒粒径、浆体粘度，轻骨料与浆体之间的密度差是影响混凝土工作性能的关键性因素[2]。

为了保持新拌轻骨料混凝土的工作性能可以从以下几方面进行探索：

（1）尽量减小骨料粒径，所以本试验选用 5～ 10mm 的再生砖渣作为粗骨料。

（2）满足施工要求的情况下尽量提高混凝土浆体黏度。

（3）为了降低密度差，选用粉煤灰作为掺合料，并尽量提高其掺量。[3]

（4）运用砖渣轻骨料专用外加剂，调节专用外加剂的保坍组分，提高轻骨料混凝土工作性能及工作性能保持能力。

（5）通过控制轻骨料预湿程度及轻骨料混凝土入泵工作性能指标，并结合专用外加剂，提高轻骨料混凝土泵送保持能力。[4]

根据以上原则，对砖渣轻骨料泵送混凝土的原材料进行优选，对涉及到砖渣轻骨料泵送指标的关键技术进行重点攻关。

2.2 混凝土配制

遵照 JGJ 12—2019《轻骨料混凝土应用技术标准》，本试验采用体积法对轻骨料混凝土配合比进行设计，混凝土配合比和性能如表 2 所示。

由表 2 可知，混凝土试配状态良好，但是 A1 和 A3 的 1h 坍落度损失较大。最终综合考虑强度、工作性能和经济性，选用 A4 作为生产基准配合比。

表2 砖渣混凝土配合比试配和性能

3 工程应用

根据前期的试配试验结果，经过多次中试后将砖渣轻骨料混凝土应用于西安某项目宿舍楼顶板屋面，施工中采用车泵泵送一次性浇注完成，泵送高度 30m。砖渣轻骨料混凝土生产配合比和性能如表 3 所示。

表3 砖渣混凝土生产配合比及性能

砖渣轻骨料混凝土运送至现场后，经检测，工作性能良好，泵后损失小，为保障浇筑效果，混凝土泵送过程中尽量保持连续供应不断料。

砖渣轻骨料混凝土工作性能良好，扩展度达到了 680mm，泵送损失小，只有 30mm，泵后依旧保持了较高的流动性，达到了自密实状态，减少了施工时间，为后续的施工过程提供了时间保障。

项目泵送完成后，对项目进行实体取样，对混凝土强度增长规律进行检测，结果如图 1 所示。

图1 项目应用砖渣轻骨料混凝土早期强度

从图 1 中可以看出，混凝土强度发展良好，尤其是早期强度发展得较快，为后续的工程提供了时间保障。

4 成本核算

利用再生砖渣替代陶粒生产轻骨料混凝土，通过对细骨料搭配调整以及粉料体系优化调整，满足现场施工性能以及强度要求情况下，大幅度降低了轻骨料的应用成本，陶粒轻骨料混凝土和再生砖渣轻骨料混凝土成本核算对比结果如表 4 所示。

表4 成本核算对比 元

5 结论

（1）通过对流体力学原理的分析，轻骨料混凝土若要工作性能良好，尽量满足以下条件：尽量减小骨料粒径；提高混凝土浆体黏度；选用轻质掺合料，并尽量提高其掺量；优选外加剂。

（2）通过调整砖渣混凝土配合比，制备出了施工性能良好、强度有保障的轻骨料混凝土配合比，扩展度最高达到 680mm，倒坍时间 2.9s，强度最高达到 40.4MPa。经过多次中试后将砖渣轻骨料混凝土应用于西安某项目宿舍楼顶板屋面，容重达 1820kg/m3，施工过程顺利，后期强度发展良好，泵后扩展度 650mm，倒坍时间 3.0s，28d 强度 32.4MPa。

（3）利用再生砖渣替代陶粒生产轻骨料混凝土，通过对细骨料搭配调整以及粉料体系优化调整，满足现场施工性能以及强度要求情况下，大幅度降低了轻骨料的应用成本，具有巨大的推广意义。