再生陶瓷骨料混凝土抗压强度性能试验研究

摘 要：本研究旨在探究再生陶瓷骨料混凝土抗压强度性能，通过制备不同比例的再生陶瓷骨料混凝土试块，并进行抗压强度测试，分析其抗压性能及破坏形态。实验结果表明：随着再生陶瓷骨料替代粗骨料的比率升高，混凝土3d强度值和28d强度值均表现出先降低再升高后又降低的趋势；随着再生陶瓷骨料替代细骨料的比率升高，混凝土3d强度值和28d强度值均同步降低；随着再生陶瓷骨料同时替代粗、细骨料的比率升高，混凝土3d强度值和28d强度值出现先走低、后升高、再走低的趋势。本研究可为再生陶瓷骨料混凝土的应用提供参考，同时也可为混凝土材料的可持续发展提供新的思路。

关键词：陶瓷骨料；混凝土；抗压强度；性能分析

1 前言

改革开放以来，随着城镇化水平的不断提高我国的陶瓷业发展迅猛。以陶瓷砖、陶瓷卫生洁具等为代表的陶瓷产品产量超过了世界总产量的60%。这在一定程度上改善了人们的生活水平，为我国经济建设也做出了突出贡献。但随之而来的巨量陶瓷废料也给我国的生态环境带来一定压力。如何将陶瓷废料变废为宝、再循环使用对节能减排、保护环境、推动循环经济发展都具有重要意义。首先，陶瓷废料作为生产原料再利用，就减少了对新原料的需求，从而节约自然资源的消耗。同时也可以减少生产过程中的能源消耗，降低生产成本。其次，陶瓷废料的再利用可以减少陶瓷废渣对环境的污染，降低对土地和水资源的压力，有助于保护环境。同时陶瓷废料的再利用是推动循环经济的重要手段之一，通过再利用废弃物，实现资源的循环利用，促进经济的可持续发展。我国在陶瓷废料资源化利用方面做出了积极地探索与尝试。例如，利用陶瓷废料制备多孔砖、轻质陶粒等新型建材；利用陶瓷废料中的有益成分，制备陶瓷釉料和色料，用于陶瓷制品的表面装饰；从陶瓷废料中提取有价值的元素，如稀土元素、金属元素等，用于制备高性能陶瓷材料、电子元器件等。近年来在工程建设领域，将陶瓷废料处理后作为骨料来制备混凝土成为陶瓷废料再利用领域应用的热点。工程建设项目为陶瓷废料的资源化利用提供了广阔的舞台。本文通过对再生陶瓷骨料混凝土的抗压强度进行测试，探讨陶瓷废料制备混凝土技术的可行性，为陶瓷废料的资源化利用提供积极的理论依据。

2 再生陶瓷骨料的制备

再生陶瓷骨料是将废弃陶瓷块经破碎、筛分后按照一定比例混合而成的骨料，该工艺包括收集、清洗、破碎、筛分、磁选、干燥等流程。收集废弃陶瓷：从各种来源（如建筑废料、工业废弃物等）收集废弃陶瓷材料。清洗：将收集的废弃陶瓷进行清洗，以去除表面的污垢、油渍和其他污染物。清洗方法可以使用水冲洗、机械擦洗或化学清洗等。破碎：将清洗后的废弃陶瓷进行破碎，以减小其尺寸并增加其比表面积。破碎方法可以使用机械破碎（如颚式破碎机、反击式破碎机等）或研磨（如球磨机）等。筛分：将破碎后的陶瓷颗粒进行筛分，以去除过大或过小的颗粒，得到符合要求的骨料粒径分布。筛分方法可以使用振动筛、旋转筛等。磁选：通过磁选去除废弃陶瓷中的铁磁性杂质，提高骨料的纯度。干燥：将筛分后的陶瓷颗粒进行干燥，以去除水分并提高骨料的强度。干燥方法可以使用自然干燥、机械干燥（如烘干机）等。

制备过程中需要注意，收集的废弃陶瓷应进行分类和挑选，避免混入其他不相关的材料。清洗时应彻底去除陶瓷表面的污染物，以免影响再生骨料的性能。破碎和筛分时应控制骨料的粒径分布，以满足不同应用场合的需求。

3 再生陶瓷骨料混凝土配置

3.1 混凝土材料

（1）水泥。

本次试验选用的是龙口市泛林水泥有限公司生产的丛林河P.O42.5普通硅酸盐水泥，主要的技术指标见表1。

（2）骨料。

配置高性能混凝土的粗骨料应符合以下要求：粗骨料的强度应该是设计混凝土强度的1.5～2.0倍，以保证混凝土具有足够高的强度。粗骨料的颗粒级配应符合规定，一般应为10～20mm为宜，这有助于减少混凝土内部的缺陷，提高混凝土的密实性和强度。最大粒径根据需要可适当放大。粗骨料还应具有较低的吸水率，以保证混凝土的水灰比稳定，从而提高混凝土的强度和耐久性。粗骨料还应尽量选用表面粗糙、外形有棱角的碎石，以提高混凝土的抗拉强度和抗折强度。针片状颗粒含量应控制在一定范围内，以减少混凝土的开裂倾向。

对于细骨料的选用应符合以下要求：要保证颗粒级配应符合规定，以确保混凝土的质量和性能。细度模数一般应控制在2.3～3.0之间。含泥量、含有害杂质含量也要达标，以保证混凝土的强度和耐久性。其中含泥量不应大于3.0%、泥块含量不应大于1.0%。细骨料的密度和吸水率应符合规定，以确保混凝土的体积稳定性和抗渗透性。细骨料应进行碱活性检验，并应符合预防混凝土碱骨料反应技术规范的技术要求。本次试验所用砂石骨料均为青岛安顺砂石加工厂生产。

3.2 混凝土配合比

本次试验混凝土设计强度为C30，按照《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55-2011）的相关规定，计算后的混凝土配置强度为38.20MPa、水灰比为0.52、单位体积混凝土用水量为215kg、单位体积混凝土水泥用量为413kg。本次试验粗骨料碎石最大粒径为20mm、设计塌落度为90mm，结合水灰比0.52的取值，查表后得到砂率为0.35。

本次试验采用质量法来确定配合比中粗骨料和细骨料的用量：

由公式1和公式2可求得每立方米混凝土中粗骨料用量为1152kg，而细骨料用量为620kg。

3.3 试验方案设计

本次试验为了对再生陶瓷骨料混凝土的强度性能进行分析，对试验方案进行了如下设计：

测定再生陶瓷骨料含量为0%时标养条件下混凝土试块的3d和28d抗压强度和抗折强度；

测定再生陶瓷替代粗骨料25%、50%、75%以及100%时标养条件下混凝土试块的3d和28d抗压强度和抗折强度；

测定再生陶瓷替代细骨料25%、50%、75%以及100%时标养条件下混凝土试块的3d和28d抗压强度和抗折强度；

测定再生陶瓷同时替代粗、细骨料25%、50%、75%以及100%时标养条件下混凝土试块的3d和28d抗压强度和抗折强度；

每项测试设置三组试块，取三组测试结果的算术平均值为该组试块最终的评定值。代表值的最终确定采取“一超取中、两超作废”的评定原则。

抗压强度试块尺寸为150mm×150mm×150mm；抗折强度试块尺寸为600mm×150mm×150mm。

3.4 混凝土试块制作工艺

按照上述试验设计，本次试验共制作了156个混凝土试块，制作工艺流程如下：石子、砂、陶瓷混合搅拌3min。加入水泥继续搅拌1min。加入自来水继续搅拌1min后卸料。将混凝土浆料置于振动台进行振捣。混凝土浆料入模后置于养护室进行养护，温度设置为20℃、相对湿度设置为95%，分别养护3d和28d。脱模。

4 再生陶瓷骨料混凝土抗压强度分析

4.1 抗压强度试验

（1）试验步骤及注意事项。

将试块从标养室取出后检查其外观并擦拭干净，确保试块表面平整、无损伤和污渍。测量棱长（精确值1mm）并记录。将试块成型时的侧面为底面放置在试验机的下压板上，确保试块的中心与试验机下压板中心对准。由于本次测试的试块设计强度等级为C30，设置试验机的加荷速度为0.5MPa/s。启动试验机，使试块受到均匀的压缩荷载。观察试块在荷载作用下的变形和破坏情况，并记录破坏荷载。在进行抗压强度测试前，应对试验设备进行检测和校准，确保设备的准确性和可靠性。在试验过程中，应保持加载速率的稳定，避免突然加速或减速导致测试结果不准确。当试件接近破坏时，应停止调整试验机油门，直至破坏。

（2）试验结果计算。

混凝土试块抗压强度的计算公式为：

fcc=F/A （公式3）

公式中fcc——试块的抗压强度，单位MPa；

F——试块破坏时所遭受的荷载值，单位N；

A——试块与试验机压板的接触面积，单位mm2。

按照试验方案设计，每项测试均设置了三组试块，取三组试块抗压强度的算术平均值作为其最终强度的评定值（精确值0.01MPa）。当三个数值中最大或最小值有一个与中间值的差值超过中间值15%时，则取中间值为最终的抗压强度评定值；而当最大或最小值均与中间值的差值超过中间值15%时，则该次测试结果无效。所有试块测试后的抗压强度见表2。

4.2 抗压强度分析

本次试验中将再生陶瓷骨料替代粗、细骨料的比率仅设置了0%、25%、50%、75%以及100%五个方案，测试所得结果对混凝土抗压强度的影响规律无法做到定量判断，但不影响定性分析。从图1可以看出：随着再生陶瓷骨料替代粗骨料的比率升高，混凝土mC2zIcjsfXld30I+sLfCjVnZMCgd/PSEfHJeTQoNz/Y=3d强度值和28d强度值的发展趋势一致；当替代率为25%时，混凝土强度明显降低。随着替代率的升高，混凝土强度逐渐走高，在替代率为75%时强度达到了最高值，且远高于替代率为0%时的强度；当粗骨料替代率为100%时，3d强度值和28d强度值回落至与替代率为0%时相当的水平。从图2中可以看出：随着再生陶瓷骨料替代细骨料的比率升高，混凝土3d强度值和28d强度值同步降低。这说明再生陶瓷骨料替代细骨料明显降低了混凝土的抗压强度。从图3可以看出：随着再生陶瓷骨料同时替代粗、细骨料的比率升高，混凝土3d强度值和28d强度值出现先走低、后升高、再走低的趋势。总体来看，再生陶瓷骨料替代细骨料对于混凝土抗压强度有明显的消极作用。陶瓷骨料替代粗骨料比率为75%时，混凝土抗压强度最高。

5结 语

本研究通过系统地制备与测试不同比例再生陶瓷骨料替代传统粗细骨料的混凝土试块，深入探究了其对混凝土抗压强度性能的影响。实验数据清晰地揭示了再生陶瓷骨料替代率与混凝土抗压强度之间的复杂关系，不仅为再生陶瓷骨料在混凝土中的应用提供了宝贵的实验依据，也为推动混凝土材料的绿色、低碳及可持续发展路径开辟了新视野。随着再生资源利用技术的不断进步和环保意识的增强，再生陶瓷骨料混凝土有望在更多实际工程中得到广泛应用，为实现建筑行业的可持续发展目标贡献力量。

参考文献

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