粉煤灰再生混凝土的物理力学性能研究(一).pdf

文章编号：1 0 0 9 9 4 4 1 ( 2 0 1 0 ) 0 2 一0 0 0 4 0 3 粉煤灰再生混凝土的物理力学性能研究( 一) 口口程清波1 ，王武祥2( 1 许昌大成建设( 集团) 有限公司，河南许昌4 6 1 0 0 0 ；2 中国建筑材料科 学研究总院绿色建筑材料国家重点实验室，北京1 0 0 0 2 4 ) 摘要：研究了自然养护粉煤灰再生混凝土的物理力学性 能。结果表明，固定再生原料用量，掺加适量粉煤灰可提高 再生混凝土的抗压强度，增强效果因再生原料组成与用量的 不同而异。随着粉煤灰掺量的增加，再生混凝土的绝干密度 和抗压强度将出现极大值，但出现极值时的粉煤灰掺量并不 一致。再生混凝土的吸水率和混合料拌和用水量则随粉煤 灰掺量的提高而不断增加。在制备再生混凝土及制品时，应 合理确定粉煤灰掺量。 关键词：粉煤灰再生混凝土；物理力学性能；建筑垃圾；自然 养护 中图分类号：X 7 9 9 1 ；T U5 2 8 。0 4文献标识码：A 引言 废混凝土和废烧结砖是建筑垃圾的主要组分， 通过回收加工成为再生原料( 废混凝土再生原料和 废烧结砖再生原料) ，可用于制备低强度等级的混 凝土及制品。采用普通颚破工艺加工的再生原料， 其颗粒棱角多、表面粗糙，导致再生混凝土混合料级 配不佳、孔隙率大，影响再生混凝土的浆体性能、物 理力学性能和耐久性。同时，因建筑垃圾来源和组 成复杂，再生原料质量波动大、均匀性差，造成再生 混凝土质量极不稳定。研究表明，采用选择性拆除、 建筑垃圾分类回收技术、再生原料预处理技术、配合 比优化设计和添加活性混合材，可有效控制再生混 凝土及制品质量稳定性；利用粉煤灰取代再生原 料或骨料，可显著改善再生混凝土的物理力学性能 和表观质量口o 。本文主要研究自然养护条件下粉 煤灰再生混凝土的物理力学性能，探讨粉煤灰对再 生混凝土的增强效果。 1 试验 1 1 原材料 ( 1 ) 水泥：北京琉璃河水泥厂生产的P O4 2 5R 水泥。 ( 2 ) 再生原料：用颚式破碎机将回收的废混凝 土和废烧结砖破碎成最大粒径 8m m 的再牛原料， 即废混凝土再生原料( 代号R c ) 和废烧结砖再生原 料( 代号R b ) 。 ( 3 ) 人工砂：最大粒径 5 0H i m ，粒径 0 1 6i n t o 的细粉含量2 0 。 ( 4 ) 粉煤灰：北京石景山发电厂产级干排粉 煤灰。 1 2 试件制作 按设定比例计量水泥、粉煤灰、废混凝土再牛原 料、废烧结砖再牛原料、人工砂和水，使用砂浆搅拌 机搅拌1 8 0S ，然后采用胶砂试模成型，成型时在胶 砂振动台上振动1 2 0S 。在标准试验环境下养护2 4h 后脱模，然后密封自然养护至2 8d 。 1 3 性能测试 试件尺寸为4 0m m 4 0m i l l 1 6 0m m 。抗压强 度的测试参照G B T1 7 6 7 1 - - 1 9 9 9 ( 水泥胶砂强度检 验方法( I S O 法) 进行，绝干密度和吸水率的测试参 照G B T4 1 l l 1 9 9 7 混凝土小型空心砌块试验方 _ 纠一* * 廿* 寸 - * 一* 挣_ _ 嘞势酗 _ 书洛_ 啪蛤卜呻卜制挣 - 吲挣一* * 一妊* 诤t * * 一一* 挣_ 卜刊静碡_ _ 喇挣- 卜喇 * b e n e f i c i a lt o e n e r g yc o n s e r v a t i o n ，e n v i r o n m e n t p r o t e c t i o na n du t i l i z a t i o no ft h ew a s t ea n dt h e r e f o r eh a s g o o de c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t s K e yw o r d s ：s o i l - c e m e n t ；f l ya s h ；g y p s u m ；l i m e ；c a r b i d e s l a g ；c o m p r e s s i o ns t r e n g t h 作者简介：储钢( 1 9 8 8 一) ，男，江苏丹阳人，东南大学材料科 学与工程专业在校本科生。 收稿日期：2 0 0 9 1 2 1 0 ( 编辑盛晋生) 基金项目：“十一五”国家科技支撑计划项目( 2 0 0 6 B A J 0 2 8 0 5 ) ；国家“8 6 3 ”计划资助项目( 2 0 0 9 A A 0 3 2 3 0 1 ) 4 R e s e a r c h & A p p l i c a t i o no fB u i l d i n gM a t e r i a l s 万方数据 法进行。 2 试验结果与分析 按再生原料组成的不同，分别研究粉煤灰再生 混凝土的物理力学性能。由废混凝土冉生原料制 备的再牛混凝土( R c C ) ；由废烧结砖再生原料制 备的再生混凝土( R b C ) ；由不同比例的废混凝土 再生原料和废烧结砖再生原料组成的混合再生原料 制备的再生混凝土( R c b C ) 。 在再生混凝土配合比设计时，固定水泥用量 ( 1 2 ) ，再牛原料设计7 5 、6 0 、4 5 和3 0 等4 个用量，保持再生混凝土混合料稠度基本一致。 探讨粉煤灰掺量为5 、1 0 、1 5 、2 0 和2 5 时对再生混凝土物理力学一阵能的影响。 2 ，l 粉煤灰掺量对R c C 性能的影响 2 1 1 R c 用量为7 5 时R c C 的性能 R c 用晕为7 5 时，利用R c 、水泥、人工砂和粉 煤灰制备的R c C 配合比及性能见表1 。结果表明， 固定R c 和水泥用量，掺加5 的粉煤灰( 人工砂的 比例相应减小，下同) 后R c C 的抗压强度显著提高， 增幅达1 9 6 。而R c C 的绝干密度和吸水率只略 有变化，前者增加0 4 ，后者增加7 5 。 表1 粉煤灰掺量对R c C 性能的影响( R c 用量为7 5 ) R c C 配合比R c C 性能 编号 粉煤人工绝下密度 吸水率抗压强度 R c 水泥水 灰砂 ( k s m 3 ) M P a l l7 5O1 31 2l O 819 7 71 0 62 1 4 l l l7 5581 21 0 8l9 8 71 1 42 5 6 采用颚式破碎机加工的R c 颗粒棱角多、表面 粗糙，影响了R c C 的密实度，孔隙率较高。在设计 的4 个再牛原料用量中，R c 用量为7 5 时R c C 的 密实度最差。掺加的粉煤灰由于填充TR c C 中的 孑L 隙，提高了R c C 的密实度，因而提高了绝干密度。 由于粉煤灰取代了一部分人工砂，再生混凝土的吸 水率有所提高。粉煤灰在碱性激发条件下叮表现出 较好的活性，掺加5 粉煤灰后R c C 的抗压强度明 显提高。本研究采用自然养护工艺，与蒸汽养护工 艺相比，粉煤灰的火山灰效应没有充分发挥出来，因 而再生混凝土抗压强度增幅有限。 2 1 2R c 用鼙为6 0 时R c C 的性能 当R c 用量由7 5 降至6 0 时，R c C 中的人工 砂用蟹相应增加1 5 。表2 列出了不同粉煤灰掺 量下R c C 的配合比和性能。结果表明，R c C 的物理 力学件能随着粉煤灰掺跫的增加而出现明显变化。 当粉煤灰掺量为5 、1 0 和1 5 时，R c C 的抗压 强度分别提高1 7 9 、1 I 4 、2 5 ；但当粉煤灰 掺量进一步增加至2 0 时，R c C 的抗压强度出现下 降，降幅达1 5 9 ，表明粉煤灰掺量存在着一个适 宜值。随着粉煤灰掺量的增加，R c C 绝干密度的变 化规律与抗压强度基本一致，但适宜掺量不同。 R c C 吸水率和混合料拌和用水量随着粉煤灰掺量的 增加而同步提高。 当R c 用量由7 5 降至6 0 时，由于适宜掺量 的粉煤灰填充了R c C 的孔隙，从而提高了R c C 的密 实度和强度。当粉煤灰掺量超过适宜掺量后，粉煤 灰大量取代了人工砂，减少了作为骨架的人工砂体 积，不但R c C 密度下降，而且抗压强度增幅减小；当 粉煤灰掺量过高后，抗压强度甚至出现下降( 粉煤 灰掺量为2 0 时) 。由于粉煤灰和人工砂等质量 取代，而两者的密度差别悬殊，提高粉煤灰掺量必然 引起R c C 吸水率和混合料拌和用水量的显著增加。 表2 粉煤灰掺量对R c C 性能的影响( R c 用量为6 0 ) R c C 配合肜R c C 性能 编号 粉煤人工绝干密度吸水率抗压强度 R c 水泥 水 灰砂 ( k s m 3 ) M P a 1 26 0O2 81 2l O 8 l9 7 5 l O 4 2 0 1 1 2 l6 052 31 21 1 0l9 8 61 1 52 3 7 1 2 26 01 01 81 21 2 019 3 31 2 1 2 2 。4 1 2 36 0 1 51 31 21 5 2l8 6 21 3 42 0 6 1 2 46 02 081 21 6 1l8 0 41 4 71 6 9 2 1 3R c 用量为4 5 时R c C 的性能 R c 用量占4 5 时，利用R e 、水泥、人工砂和粉 煤灰制备的R c C 配合比及性能见表3 。结果表明， 固定R c 和水泥用量，粉煤灰掺量对R c C 性能的影 响规律与R c 用量占6 0 的R c C 基本一致。但粉 煤灰掺量对R c C 抗压强度、绝干密度、吸水率和混 合料拌和用水量的影响程度有所不同。 表3 粉煤灰掺量对R c C 性能的影响( R c 用量为4 5 ) R c C 配合比R e C 性能 编号 粉煤人工绝干密度吸水率抗压强度 R c 水泥水 灰砂 ( k s m 3 ) M P 日 1 34 50 4 3 1 2 1 0 820 0 19 81 9 9 1 3 14 553 81 2l I 120 3 7“O2 1 5 1 3 24 51 03 31 21 2 1l9 6 l1 1 52 3 5 1 3 34 51 5 2 8 1 2 1 3 1l9 2 4 1 2 4 2 2 2 1 3 44 52 02 31 21 5 7l8 1 4 51 9 1 1 3 54 52 51 81 21 6 6l7 9 l1 4 7 1 7 6 2 1 4R c 用量为3 0 时R c C 的性能 建材技术与应用2 2 0 105 万方数据 表4 列出了R c 用量为3 0 时，粉煤灰不同掺 量下的R c C 配合比及性能。当粉煤灰掺量为5 、 1 0 、1 5 、2 0 和2 5 时，R c C 抗压强度分别提 高3 2 4 、3 0 2 、2 3 1 、1 5 9 、1 2 1 。在 设定的粉煤灰掺量范围内，掺加粉煤灰均能明显提 高R c C 的抗压强度，没有出现抗压强度负增长。即 使如此，粉煤灰仍然存在着一个适宜掺量。R c C 绝 干密度、吸水率和R c C 混合料拌和用水量与粉煤灰 掺量的相关性与上述试验结果基本一致。 表4 粉煤灰掺量对R c C 性能的影响( R c 用量为3 0 ) R c C 配合比R c C 性能 编号 粉煤 人工绝干密度 吸水率抗压强度 R c 水泥水 灰 砂 ( k g I l l 5 ) ，M P a 1 43 0 0 5 8 1 2l O 920 6 89 21 8 2 1 4 13 055 31 21 0 720 7 59 62 4 1 1 4 23 01 04 81 21 1 820 0 ll O 42 3 7 1 4 33 01 54 31 21 4 4l9 0 81 2 92 2 4 1 4 43 02 03 81 21 5 7l8 8 71 3 22 1 1 1 4 53 02 53 31 21 6 8I8 2 51 4 52 0 4 2 1 5 小结 在R c C 中掺加粉煤灰后，其物理力学性能发生 了明显变化。随着粉煤灰掺量的增加，R c C 的绝 干密度先增加至最大值( 粉煤厌掺量在5 左右) ， 然后逐渐下降。随着R c 用鼍的降低，R c C 的绝干 密度增幅减小；R c C 的抗压强度先是随着粉煤灰 掺量的增加而提高，当达到最大值后，进一步增加粉 煤灰掺量时，R c C 的抗压强度逐渐下降。当粉煤灰 掺量较高时( 2 0 ) ，R c C 的抗压强度由R c 用量较 高( 6 0 ) 时的负增长转变为R c 用量较低( 3 0 ) 时的正增长；R c C 的吸水率和混合料拌和用水鼍 随着粉煤厌掺量的增加显著提高；为保证R c C 的 综合性能，粉煤灰掺鼍宜控制在5 一1 0 范围内。 2 2 粉煤灰掺量对R b C 性能的影响 2 2 1R b 用量为7 5 时R b C 的性能 R b 用量占7 5 时，利用R b 、水泥、人工砂和粉 煤灰制备的R b C 配合比及性能见表5 。保持R b 和 水泥用量，掺加5 粉煤灰后R b C 的抗压强度显著 提高，增幅达5 6 5 。同时R b C 的绝干密度有所 增加，增幅达2 4 ，吸水率基本不变。 由于R b 比R c 的吸水率高、表观密度低，因而 R b C 具有比R c C 更低的绝干密度、更高的吸水率和 混合料拌和用水量，抗压强度也低得多。R b C 中的 粉煤灰硬化体密度通常大于R b ，而且能提高R b C 密实度，明娩提高R b C 的绝干密度和抗压强度。粉 表5 粉煤灰掺量对R b C 性能的影响( R b 用蛩为7 5 ) R b C 配合比R b C 性能 编号 粉煤人丁 绝干密度 吸水率抗压强度 R b水泥水 灰砂 ( k g i n 5 ) M P a 2 l7 5O1 31 2 1 9 5 l6 2 0 1 7 7 1 1 5 2 1 17 5581 21 9 1l6 5 91 7 61 8 O 煤灰对R b C 的强度贡献高于对R c C 强度的贡献。 2 2 2 R b 用量为6 0 时R b C 的性能 表6 列出了R b 用量为6 0 时，不同粉煤灰掺 量下的R b C 配合比及性能。当粉煤灰掺量为5 、 1 0 、1 5 和2 0 时，R b C 的抗压强度分别提高 4 5 9 、5 6 8 、3 9 7 和3 0 8 。当粉煤灰掺 量为l o 时，R b C 抗压强度处于最大值。R b C 的抗 压强度随粉煤灰掺鼋的变化趋势与R c C 很相似，但 粉煤灰掺量相同时R b C 抗压强度的增幅要远高于 R c C 的增幅。由于R b 与R c 的强度存在显著差异， 当粉煤厌掺量很高时，其对R b C 的抗压强度仍有提 高作用，未出现负增长，这与R c C 不同。 表6 粉煤灰掺量对R b C 性能的影响( R b 用量为6 0 ) R b C 配合比R b C 性能 编号 粉煤 人工绝十密度 吸水率抗压强度 R b 水泥，d c 灰砂 ( k s I T l 3 ) M P a