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建筑垃圾再生砂制備砂漿最佳摻量比的試驗研究的論文
摘要：針對建筑垃圾再生砂取代普通砂制備砂漿最佳摻量的問題，通過控制再生砂細度模數及其級配的方法，得出了建筑垃圾的細度模數在2.17～2.84范圍內，天然砂的細度模數在2.21～2.61范圍內，再生砂對普通砂最佳取代率范圍為60%～70%的結論。
關鍵詞：建筑垃圾；再生砂；砂漿；摻量；抗壓強度；保水率
隨著我國建筑業的高速發展，大量拆除建筑物產生了巨量的混凝土建筑垃圾。據相關文檔記載，2010年國內建筑垃圾堆放總量已達70億t。建筑垃圾的處理問題日益突出。建筑垃圾中廢棄混凝土的比例最高，往往達到50%以上，而且隨著現今建筑結構的改變，其含量還在不斷的提高。對廢棄的混凝土進行破碎、篩分、再利用可以節約資源，保護環境。再生砂有粉塵多、空隙大、耗水多、產品質量不均勻等缺陷，但其較普通砂也有一定優勢，例如：顆粒形狀較好，多棱角、級配可以人為控制等。
本試驗砂漿配合比計算按照《砌筑砂漿配合比設計規程》（JGJ/T-98-2010）計算，控制沉入度在70左右。通過改變再生砂的細度模數和對普通砂取代量的方法來進行對比研究。按照《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》（JGJ/T-70-2009），檢驗所配制砂漿的保水率等性能是否滿足設計要求。最后通過對強度的對比和離散性分析，判定出強度性能較好的建筑垃圾細度模數及其對應的取代率，并對其原因進行合理的推測和探究。
1.試驗
1.1試驗材料
1.1.1水泥：本試驗所用水泥為32.5級普通硅酸鹽水泥。
1.1.2纖維素醚：選用特高粘度20000粘度的羥丙基甲基纖維素醚。
1.1.3膨潤土：選自上海某公司生產的優質膨潤土。
1.1.4建筑垃圾：鎮江市建筑科學研究院生產的建筑垃圾，其級配見圖1，細度模數在2.17-2.84的范圍內，粉料含量低于43%。
1.1.5砂：天然砂，含泥量6.5%，堆積密度1480kg/m3，級配曲線見圖1。
1.1.6水：自來水。
1.2試驗儀器
1.2.1 1ACE-201型水泥膠砂試驗機
1.2.2沉入度測定儀
1.2.3保水率測定儀
2.試驗
2.1試驗方法
控制砂漿的沉入度在70左右，將3種不同組分的建筑垃圾按照不同的取代率取代為砂。基準配合比設計為：水泥280kg、砂1480kg、水320kg（按照實際需要添加）設計強度7.5Mp。具體試驗設計配合比見表1。
2.2試塊的制備與測試
先將準確稱量的各種物料均勻混合，然后參照GB/T17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》，加入拌合2/3水攪拌，先低速旋轉60s，后高速旋轉30s，測量其沉入度，如果滿足設計要求，則制成40mm×40mm×160mm試塊；如果不滿足設計要求則重復加水攪拌，如果操作時間超過5min，則重新稱料試驗。參照JGJ70-2009《建筑砂漿基本性能試驗標準》成型養護28d，分別測定試塊的抗壓強度及保水率。
3.試驗結果分析
3.1建筑垃圾再生砂細度模數對砂漿強度的影響
通過對試塊進行抗壓強度測試，將試驗結果繪制成圖2。
對圖2折線分析，發現：
3.1.1對于折線c，取代量在0%-40%的區間內，砂漿的強度隨著再生砂取代量的提高而提高；在區間40%-80%內，取代量的變化對砂漿的強度影響不大；摻有再生砂的砂漿強度明顯遠高于普通砂漿。故利用較細的再生砂取代普通砂對提高砂漿的強度效果很好，且隨著再生砂摻量的提高，砂漿強度基本呈現出穩定的趨勢。
3.1.2對于折線B，取代量在0%-40%、60%-80%的范圍內，砂漿的強度隨著再生砂取代量的提高而提高；在40%-60%的范圍內，取代量對砂漿的強度影響不大；且摻有再生砂的砂漿強度高于普通砂漿。故利用細度模數較接近的再生砂取代普通砂對砂漿的強度增加效果較好，并且隨著摻量的提高，砂漿的強度也基本呈現出提高的趨勢。
3.1.3對于折線A，取代量在0%-40%、60%-80%的范圍內，砂漿的強度隨著再生砂取代量的提高而減小；在40%-60%的范圍內，取代量對砂漿的強度影響不大；且摻有再生砂的砂漿強度低于普通砂漿。故利用較粗的再生砂取代高細度模數的普通砂會對砂漿的強度造成削減作用，并且隨著摻量的提高，削減作用會越來越明顯。
3.1.4對比再生砂在不同摻量下的強度，發現40%、50%、80%的強度變化值較大；60%的強度變化值較小；0%的變化最小。根據試驗研究的目的分析，摻量在60%-80%的區間內，再生砂的細度模數對砂漿的強度影響最小，由此判斷，在一定的級配范圍內（圖2），再生砂的最佳摻量在60%-80%的區間內。
3.1.5綜合折線A、B、C發現，細度模數小的再生砂取代普通砂可以明顯的提高砂漿的強度，結合砂漿強度的形成機理，對試驗結果進行合理分析。
通過研究《砌筑砂漿配合比設計規程》（JGJ/T-98-2010），由其中的配合比設計思路不難發現，骨料在砂漿起骨架的作用，水泥等膠凝材料起填充骨料之間空隙和提供骨料間粘結力的作用。結合相關文獻分析，骨料的密實與否，膠凝材料粘結面的強度高低都將直接影響到砂漿的強度。
破碎后的再生砂含有大量的粉塵，這些粉塵大都是惰性，不參與砂漿強度的形成。大量的惰性粉塵隨著膠凝材料一起填充骨料的間隙。當骨料的總體細度模數較大，即骨料較粗時，說明骨料總的比表面積較小，也就是水泥與骨料的交界面面積小，當大量的粉塵混合在水泥等膠凝材料之中時，由于粉塵無法提供給交界面強度，所以交界面會出現強度弱化現象。又考慮到普通砂漿的強度大都取決于骨料與膠凝材料的交界面，所以交界面強度的降低必然導致砂漿整體強度的降低。因此，低細度模數的建筑垃圾通過增大比表面積，從而增加交界面總面積的方式來提高交界面的強度。交界面強度的提高必然增加了砂漿整體的強度。
3.2建筑垃圾摻量對砂漿保水性的影響
根據試驗結果，將各個強度下的砂漿保水率性能測試結果匯總到圖3。
綜合3條曲線可知，3種不同細度模數的再生砂在摻量為60%時保水率較好。砂漿保水率的好壞是一個綜合性的結果，其影響因素眾多，如骨料級配的好壞，顆粒形狀，膠凝材料的種類及用量等。結合文章論述特點，就再生砂的性能進行合理的推理。
破碎的再生砂未經過風選和水選去粉，所以砂漿中惰性粉料隨著再生砂摻量的提高而提高。再生砂低摻量時，由于砂漿中的膠凝材料用量過少，無法填充骨料間隙可能出現泌水現象，即保水率不足；在高摻量時，由于其是惰性材料，并不能與水反應，容易失水，所以會出現保水率不足的情況；只有在合適的膠凝材料與粉料的情況下，砂漿才能保持良好的保水性。
4.結語
建筑垃圾再生砂細度模數在2.17-2.84范圍，普通砂細度模數在2.21-2.61的范圍內，細度模數較小的建筑垃圾再生砂取代普通砂是可行的，制成的混合砂漿強度高于普通砂漿。
在一定的級配曲線內，再生砂取代普通砂的最佳取代率范圍為60%-80%。
在建筑垃圾再生砂含粉率低于36%時，為保持砂漿的最佳保水性，再生砂的最佳取代率范圍為60%～70%。
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