碎砖瓦再生细骨料对再生普通砂浆性能试验分析

管旭东，邓夺，陈慧娜

（北京市建筑节能与建筑材料管理事务中心，北京 101160）

0 引言

随着城市化进程加快，一方面天然砂石等自然资源日益枯竭，供不应求，另一方面建筑拆迁产生的碎砖瓦废弃物空前增加，污染环境，因此，加快建筑垃圾资源化是发展循环经济、保护生态环境的客观要求。目前，旧城改造拆除的建筑物以砖混结构居多，大量的废弃砖瓦类建筑垃圾资源化利用问题亟待解决[1]。建筑砂浆是重要的建筑材料，对建筑物使用功能和使用寿命影响较大，据测算，我国每年砂浆用砂量约占建筑工程用砂总量的1/3，水泥用量约占建筑工程水泥用量的1/4。长期以来，由于建筑砂浆不是主体结构性材料，被认为单体工程用量小、影响小而不被重视，尤其忽视砂浆骨料研究，通常依靠提高水泥用量达到砂浆使用要求[2]。因此，开展建筑砂浆再生细骨料应用研究，推进再生普通砂浆工程应用，不仅可以解决天然砂资源短缺等问题，还可以提高建筑砂浆质量，减轻能源压力、资源消耗和环境污染，产生较大经济社会和生态效益[3]。

为破解碎砖瓦再生细骨料技术瓶颈，本文建立试验模型，在保持砂浆流动性基本一致条件下，通过掺加不同比例碎砖瓦再生细骨料配制再生普通砂浆，对砂浆强度、收缩率、保水性、用水量等性能进行分析。

1 试验

1.1 原材料

1）水泥：钻牌P·O42.5，表观密度3100kg/m3，28d抗压强度47.8MPa，抗折强度8.69MPa。

2）天然细骨料：Ⅱ区中砂，细度模数2.8，表观密度2600kg/m3，堆积密度1500kg/m3，空隙率42.3%，含泥量2.3%，泥块含量0.8%，无潜在活性。

3）再生细骨料：碎砖瓦再生砂0～4.75mm，属II区中砂，细度模数3.0，表观密度2350kg/m3，堆积密度1380kg/m3，空隙率41.3%，压碎指标值27.2%，含泥量13.7%，泥块含量2.2%，MB值1.5，无潜在活性。参考GB/T 25176-2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》[4]。

4）粉煤灰：Ⅱ级，需水量比98%。

5）拌和水：自来水。

1.2 试验方法

再生砂浆抗压强度试验参考JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》[5]，采用有底钢模，试件尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm，以3个试件测值的算术平均值的1.3倍作为该组试件的砂浆立方体抗压强度平均值。砂浆保水性、拉伸粘结强度分别按照JG/T 230-2007《预拌砂浆》[6]附录A、附录B进行。其他各项性能试验按照JGJ/T 70-2009进行。

1.3 配比设计

分别以M5、M7.5、M10为配制目标，在保证流动性在75～90mm情况下，改变再生砂掺量分别为0%、20%、40%、60%、80%、100%。

1）M5再生砂浆配合比：水泥：粉煤灰：（天然砂+再生砂）=156:134:1890 (kg/m3)

2）M7.5再生砂浆配合比：水泥：粉煤灰：（天然砂+再生砂）=175:135:1890 (kg/m3)

3）M10再生砂浆配合比：水泥：粉煤灰：（天然砂+再生砂）=195:135:1890 (kg/m3)

2 结果及分析

2.1 试验结果

砂浆流动性基本一致条件下，碎砖瓦再生砂浆性能试验结果见表1。

表1 流动性基本一致的再生砂浆性能Tab.1 Performance of recycled mortar with basically consistent fluidity

2.2 结果分析

2.2.1 再生砂浆抗压强度

再生砂浆强度试验结果见图1。图1显示，不同等级的砂浆随着再生砂掺量的增加均呈先增加后降低的趋势，掺量60%时最高，但总体相差不大，强度变化在5%范围内。结合再生砂对砂浆用水量的分析，可见需水量的增加对砂浆的强度并没有明显影响。这是因为再生砂中含有一定量细粉料，细粉料掺入天然砂中，填充了砂之间的孔隙，优化了砂的级配。随着再生砂掺量增加，这种优化作用越来越明显，在掺量60%时达到了最优级配，粗颗粒的骨架作用得以充分发挥的同时，细颗粒的填充也达到最大密实，强度最大。当掺量进一步提高，粗细颗粒的比例发生变化，由骨架密实结构向悬浮密实结构变化，骨架作用被削弱，从而强度降低，在掺量为100%时强度最低。同时，再生砂的颗粒缺陷也是导致再生砂浆抗压强度降低的重要原因，一是利用碎砖瓦生产的再生细骨料微观形态不稳定、吸水率高，特别是在再生砂掺量较高的情况下实际需水量增加，再生砂浆整体水灰比提高，抗压强度降低，二是由于利用碎砖瓦生产的再生细骨料孔隙率高、强度较低，在拌合砂浆过程中会与水泥浆体形成界面过渡区，研究表明[7]，水泥浆界面过渡区是再生混凝土和再生砂浆中最薄弱的环节，其孔隙率较高，孔径比本体浆体更大，C-S-H凝胶较少，因此水泥浆同骨料的粘结强度降低，从而影响了再生砂浆整体强度。

图1 再生砂掺量对抗压强度的影响Fig.1 Influence of recycled fine aggregate’s content on recycled mortar’s compressive strength

2.2.2 再生砂浆收缩率

再生砂收缩率结果见图2。由图2可见，对不同等级、不同龄期的再生砂浆，随再生砂掺量增加，砂浆收缩率均逐渐增加；不同掺量的再生砂浆，28d收缩率均大于14d收缩率；掺量在60%以下增幅不明显，超过60%时28d收缩率迅速增加，其中M5再生砂浆在100%掺量时相比天然砂浆提高了200%以上，较M7.5再生砂浆和M10再生砂浆收缩率变化更明显。因此，再生砂的掺加会提高砂浆收缩率，不利于再生砂浆的体积稳定，尤其全部由再生砂代替天然砂配制的再生砂浆，体积稳定性不佳，质量稳定性较差。分析原因，主要是再生砂的多孔结构阻缩能力较低，同时由于用水量增加，水泥石的收缩同样会增大。但再生砂掺量在60%以下时，掺量的增加有利于优化级配，从而提高砂浆密实度，对降低收缩有利，所以收缩率提高并不明显，超过60%后细骨料总体级配随着掺量的增加而逐渐变差，因而收缩率显著提高。

图2 再生砂掺量对收缩率的影响Fig.2 Influence of recycled fine aggregate’s content on recycled mortar’s shrinkage rate

2.2.3 再生砂浆保水性

再生砂浆分层度试验结果见图3。图3显示，随着再生砂掺量增加，在砂浆稠度基本不变的前提下，再生砂浆需水量大幅增加，砂的分层度逐渐增大，但总体保水性良好；从M10的保水率试验结果看，保水性呈提高的趋势，且整体良好。这是由于在砂浆拌合后一部分水分被再生砂迅速吸收，所以稠度降低较快；同时再生砂的粗糙表面和较多细粉料进一步提高了对水的吸附能力，使得砂浆表面泌水减少，提高了再生砂浆保水能力。从M7.5的保水率试验结果看，随着再生砂掺量增加，保水性总体呈提高的趋势，但是存在一定程度的离散。从M5的保水率试验结果看，随着再生砂掺量增加，保水性存在波动，分层度值离散性较大。这主要因为M10砂浆水泥含量提高，一定程度提升了砂浆质量稳定性，抵消了再生砂的材性缺陷。

图3 再生砂掺量对保水性的影响Fig.3 Influence of recycled fine aggregate’s content on recycled mortar’s water retention performance

2.2.4 再生砂浆用水量

再生砂浆用水量试验结果见图4。图4显示，随着再生砂掺量的增加，要保持砂浆流动性基本不变，再生砂浆的需水量呈线性增加，强度等级越高，用水量的增加就越明显；掺量100%的M10再生砂浆，其最高值用水量达到469kg/m3，是天然砂浆的116%。这是由于再生砂与天然砂相比，孔隙率高，吸水性强，比表面积大，造成需水量明显增大；再生强度等级增加，配比水泥比例提高，相应用水量增大。

图4 再生砂掺量对砂浆用水量的影响Fig.4 Influence of recycled fine aggregate’s content on recycled mortar’s water consumption

3 结论

1）再生细骨料替代天然砂比例为60%时再生砂浆抗压强度最高，替代比例超过60%后再生砂浆收缩率明显增加，因此，生产企业应控制再生细骨料掺入比例，适当提高水泥比例，保障建筑砂浆应用强度要求和质量稳定，避免抹灰后产生裂缝等质量问题。

2）再生细骨料明显提升了再生砂浆保水性能，但是低强度再生砂浆保水性能稳定性较差；对于吸水性能较强的墙体材料基层抹灰时，建议考虑强度M10以上高保水抹灰砂浆。

3）再生普通砂浆的用水量随着再生细骨料掺量比例的增加而线性增长，因此，施工现场预拌砂浆应根据再生细骨料掺入比例来确定相应加水量，保障流动性，便于施工作业。