建筑垃圾再生微粉对生土材料性能的影响

2022-10-26刘学智

科学技术创新 2022年29期

刘学智

（青海省建筑建材科学研究院有限责任公司,青海西宁 810008）

生土材料是一类制备简单、取材方便的传统建筑材料,由于其具有热工性能好、湿度可调节的优势,因此在建筑材料发展史上得到了广泛的应用。经过长期的发展与完善,生土材料目前已经逐渐摆脱了落后、陈旧的负面印象,在现代化工程建设中展现出突出的应用优势。但是,生土材料当受到雨水侵蚀、循环冻融等的影响时,其力学性能、耐久性能都将发生劣化,导致结构使用寿命产生折损[1-2]。所以,为了促进生土材料能够适应更为综合化、多样化的工程需求,就应当确保其兼具更加优良的综合性能。当前,在工程实践中,已经出现了掺加水泥、石灰等来改善材料性能的先例,使得生土材料的应用得到进一步的拓展。而在建筑垃圾的复合应用中,则大多针对再生骨料这一组分展开研究。为了深化建筑垃圾的再生利用率、改进其对土工材料的改良作用,就需要建立起完善的再生制品标准并探究再生微粉的各项掺加标准[3-4]。

1 复掺再生微粉、水泥的力学性能分析

在本研究中,主要采用的再生微粉有RBP 及RCP 两种,其主要成分分别来自于废粘土砖及废混凝土。同时,根据我国现行规范要求,基于研磨时间可将两类再生微粉划分为I、II 类,其各自的细度及筛余量指标见表1。

表1 I/Ⅱ级下RBP 和RCP 的细度及筛余量

1.1 常温养护条件下的抗压强度

对复掺再生微粉、水泥处理得到的生土材料进行抗压试验。试验结果表明,从龄期、微粉类型上来分析,常温条件下经RBP 及水泥复掺处理后的生土材料较未处理组别在各龄期的抗压强度均表现出显著的增长。其中,在7 d-28 d 的龄期内,使用I 级、II 级微粉时的增幅分别达到了32%～53%及30%～57%。

复掺再生微粉、水泥处理得到生土材料的掺量-28 d 抗压强度关系曲线见图1。根据图1 可以发现,复掺RBP、水泥的组别与复掺RCP、水泥均在掺量为10%附近出现下降拐点。但相较于后者,前者复掺所用不论为Ⅰ级或Ⅱ级微粉,在不同掺量下的抗压强度均更高,且掺量越大,两者间的差值越大。这也表明I/II级RBP 微粉、水泥在复掺生土材料中具有更好的复合效果。为了在此基础上优化微粉的掺量,应当将试验结果与对照组做比对分析。

图1 复掺生土材料的掺量-28 d 抗压强度关系

分别测定复掺处理得到的生土材料及对照组的28 d 抗压强度。与DZ-1 对照组进行比对,复掺RBP、水泥组别的抗压强度呈现出了一定程度的上升,其中Ⅰ级微粉组的增幅为26%～52%,II 级微粉组的增幅为18%～41%。此外,复掺RCP、水泥组别的抗压强度也有一定程度的上升。在常温条件下复掺RBP、水泥对于改善生土材料的抗压强度具有显著效果,其中当掺加6%～14%的I/II 级RBP 微粉、掺加2%～10%的I/II 级RCP 微粉时生土材料的28 d 强度增幅最大。除此之外,RBP 微粉对于提升单掺水泥生土材料抗压强度也存在促进作用,当Ⅰ级掺量为6%～14%、II 级掺量为10%时效果最为显著。

1.2 炎热养护条件下的抗压强度

对复掺再生微粉、水泥处理得到的生土材料进行抗压试验。试验结果表明,从龄期、微粉类型上来分析,炎热条件下经RBP 及水泥复掺处理后的生土材料较未处理组别在各龄期的抗压强度均表现出显著的增长。其中,在7 d-28 d 的龄期内,使用I 级、II 级微粉时的增幅分别达到了13%～23%及6%～20%。此外,根据试验数据,当在炎热条件下掺加RCP 及水泥进行处理时,生土材料在7 d-28 d 的龄期内,使用I级、II 级微粉时的增幅分别达到了6%～12%及2%～7%,但整体水平要低于同龄期掺加RBP 及水泥进行处理的组别。也即在炎热条件下掺加RBP、RCP 对于生土材料的抗压强度具有负面作用,其中RCP 微粉的负面影响更为严重。

复掺再生微粉、水泥处理得到生土材料的掺量-28 d 抗压强度关系曲线见图2。根据图2 可以发现,复掺RBP、水泥的组别,不论I/II 级微粉均在掺量为10%附近出现下降拐点。复掺RCP、水泥的组别,不论I/II 级微粉均在掺量为6%附近出现下降拐点。这就表明RBP 微粉对于单掺水泥组别温度适应能力的影响比较微弱,允许掺加更高的微粉掺量；而RCP 微粉对于单掺水泥组别温度适应能力的影响比较显著,为了保障炎热条件下生土材料的养护效果,应当将其与常温养护组别进行比对。

图2 复掺生土材料的掺量-28 d 抗压强度关系

将常温、炎热条件下生土材料试验测得的28 d抗压强度进行比对。研究发现,相较于常温条件组别,复掺RBP、水泥组别在掺量为6%时达到峰值,在大于该掺量后呈现出小范围下降的变化,其中Ⅰ级微粉的降幅为1%～3%,II 级微粉的降幅为5%～8%；复掺RCP、水泥组别也在掺量为6%时达到峰值,在大于该掺量后呈现出大范围下降的变化,其中Ⅰ级微粉的降幅为5%～9%,II 级微粉的降幅为4%～12%。这也就表明炎热条件下,向单掺水泥的生土材料中掺加微粉对其28 d 抗压强度的影响,在I/II 级RBP 微粉的掺量处于2%～14%、Ⅰ级RCP 微粉掺量处于2%～14%、II 级RCP 微粉掺量处于2%～6%时比较小。

2 复掺再生微粉、水泥的耐久性分析

2.1 耐水浸泡性能

通过耐水浸泡试验得到生土材料的微粉掺量-吸水速率关系曲线见图3。从微粉掺量这一自变量来看,复掺RBP、水泥组别与复掺RCP、水泥组别的吸水速率均在掺量为2%达到峰值,且其整体水平远低于DZ-1 对照组、略低于DZ-2 对照组。综合考虑复掺生土材料的微粉掺量、耐水延迟指数之间的关系,对于复掺RBP、水泥组别及复掺RCP、水泥组别而言,耐水延迟指数从掺量为2%处即开始上升,且其整体水平远高于DZ-1 对照组、略高于DZ-2 对照组。这也就说明了掺加RBP、RCP 都会对于单掺水泥生土材料的耐水浸泡性能产生积极影响,且其掺量以6%～14%为最优。

图3 微粉掺量- 吸水速率关系曲线

2.2 吸放湿性能

复掺微粉、水泥的生土材料质量在养护的前7 d始终处于高速增长的过程中,待养护至7 d 后增速逐渐放缓,在养护的13 d 时吸湿质量达到峰值,所以在本研究中将试件的13 d 质量看作稳定吸湿质量[5]。在测定吸放湿性能时得到的试验数据见图4。

图4 生土材料吸放湿性能试验结果

根据生土材料中微粉掺量、吸水率之间的关系可以发现,对于复掺RBP、水泥组别及复掺RCP、水泥组别而言,微粉掺量为6%～10%时所对应的吸湿率远低于DZ-1 及DZ-2 对照组。但当微粉掺量不处于该范围时,试件所对应的吸湿率则将接近或超过DZ-1及DZ-2 对照组。综合考虑生土材料中微粉掺量、自然干燥速率之间的关系,对于复掺RBP、水泥组别及复掺RCP、水泥组别而言,微粉掺量为6%～10%时所对应的自然干燥速率接近或低于DZ-1 及DZ-2 对照组。但当微粉掺量不处于该范围时,试件所对应的吸湿率则将超过DZ-1 及DZ-2 对照组。这一规律表明了当微粉掺量处于较低水平时难以填充密实生土材料的孔隙,而当微粉掺量处于较高水平时则将产生大量孔隙,使得材料的吸放湿性能劣化,仅当微粉掺量处于6%～10%的范围内时能够取得较好的吸放湿性能。

2.3 干湿循环性能

在测定干湿循环性能时得到的试验数据见图5。

图5 生土材料干湿循环性能试验结果

根据生土材料中微粉掺量、质量损失率之间的关系可以发现,对于复掺RBP、水泥组别及复掺RCP、水泥组别而言,当微粉掺量高于2%时其所对应的质量损失率均呈现出上升的变化趋势,且远低于DZ-1 对照组而高于DZ-2 对照组,但两者均满足低于10%的限值要求。此外,相较于复掺RCP、水泥组别,复掺RBP、水泥组别在Ⅰ/Ⅱ级微粉下的质量损失率均更低,且随着掺量的提高两类Ⅰ/Ⅱ级微粉所对应的质量损失率差值逐渐增大。综合考虑生土材料中微粉掺量、强度损失率之间的关系,对于复掺RBP、水泥组别及复掺RCP、水泥组别而言,强度损失率在掺量高于2%后逐渐上升,但当掺量大于10%后其所对应的强度损失率大于DZ-2 对照组。这也表明了掺加RBP、RCP 微粉都将使得单掺水泥生土材料的干湿循环性能发生变化,当掺量在2%～10%的范围内时这一影响较为微弱。

2.4 冻融循环性能

在测定冻融循环性能时得到的试验数据见图6。

图6 冻融循环试验结果

根据生土材料中微粉掺量、质量损失率之间的关系可以发现,对于复掺RBP、水泥组别及复掺RCP、水泥组别而言,当微粉掺量高于2%时其所对应的质量损失率均呈现出上升的变化趋势,且远低于DZ-1 对照组,满足低于5%的限值要求。此外,当微粉掺量大于6%时,相较于复掺RBP、水泥组别,复掺RCP、水泥组别在Ⅰ/Ⅱ级微粉下的质量损失率均更低,且随着掺量的提高两类Ⅰ/Ⅱ级微粉所对应的质量损失率更为接近DZ-2 对照组。综合考虑生土材料中微粉掺量、强度损失率之间的关系,对于复掺RBP、水泥组别及复掺RCP、水泥组别而言,强度损失率在掺量高于2%后逐渐上升,且整体高于DZ-2 对照组。当掺量大于10%后其所对应的强度损失率不满足强度损失率的相应要求。这也表明了掺加RBP、RCP 微粉都将使得单掺水泥生土材料的冻融循环性能发生负面变化,在I/II级RBP 微粉的掺量处于2%～6%、Ⅰ级RCP 微粉掺量处于2%～6%时这一影响比较微弱。