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利用废陶瓷再生砂配制再生砂浆、混凝土的试验研究

刘凤利  
【摘要】:随着环境和可持续发展的需要,再生混凝土作为一种绿色环保型建筑材料已经得到了广泛的重视。国内外学者对其展开了大量的试验研究,并取得了一定的成果,但对再生骨料的研究主要集中于废旧混凝土和废砖,与我国陶瓷大国的国情不符,我国陶瓷产量,从20世纪90年代初开始,一直处于世界第一。全国陶瓷废料的年产量估计在1000万吨以上,另外还有大量因建筑物拆除、装修和日常生活等过程中产生的废陶瓷。利用废陶瓷制备再生骨料并将其用于建材行业可以很好地解决资源和环境的协调发展问题,而国内外关于将废陶瓷用于再生混凝土的研究又鲜见报道。鉴于此,本文结合我国细砂、特细砂资源丰富却未被广泛应用的现状,将这两种极其丰富的资源结合起来,研究其对再生砂浆、混凝土基本性能的影响,旨在探索科学利用这些资源的方法。主要研究内容如下: 首先,对材料的基本性能进行了试验研究与分析,发现陶瓷再生骨料与天然骨料主要差别在于:(1)粒型不同。天然骨料颗粒一般比较圆润光滑;而陶瓷再生骨料由于由破碎而成,一般具有棱角。(2)吸水率不同。天然骨料较为致密,吸水率较小;陶瓷再生骨料由于其多孔性,因而吸水率较大。根据这些差异和经济性要求,结合特细砂的特点,扬长避短,确定了将废陶瓷破碎成较粗颗粒,部分取代特细砂的基本思路。 第二,通过多种方法探讨了陶瓷再生粗砂与特细砂的合理掺量。为进一步地研究奠定了基础。 第三,通过两个方面的研究来揭示陶瓷再生骨料的作用。一是以相同用水量的试验研究,揭示陶瓷再生骨料的行为特征。研究发现,陶瓷再生骨料的棱角粒型有利于骨料与水泥石之间的机械啮合,陶瓷再生骨料的高吸水率有效地改善了界面过渡区的性能,这些都对强度的提高有积极的作用。二是以相同稠度的试验研究,探讨科学利用的方式。研究中也暴露了陶瓷再生骨料需水量大的缺点,这将使得砂浆的水胶比大幅度地提高,导致强度大幅度地降低。而且这一作用远大于它的积极作用。然而,通过将陶瓷再生骨料与特细砂有效地级配,使得它的缺点得到显著地改善。在这些研究的基础上,探索出一条科学利用陶瓷再生骨料的有效途径。 第四,通过正交试验,研究了陶瓷再生粗砂取代率、水胶比、粉煤灰取代率三因素对砂浆流动性、力学性能和干缩性能的影响。确定了优化配比方案。通过试验发现:水胶比和陶瓷再生粗砂取代率是影响再生砂浆各种性能的主要因素。粉煤灰取代率对抗压、抗折强度有较大劣化作用,应该根据工程设计强度要求,通过配合比设计确定合理掺量,以满足工程要求的同时达到节能利废的目的。对抗压强度的影响:水胶比的劣化作用大于陶瓷再生粗砂取代率的增强作用,而随着陶瓷再生粗砂取代率的增大会引起砂浆需水量增大,达到所需流动性时使水胶比增大,故对抗压强度要求较高的实际工程,陶瓷再生粗砂取代率不宜过大。但二因素对抗折强度的影响与上述结果相反,因此,对抗折强度要求较大的情况,可适当提高陶瓷再生粗砂取代率,这对提高砂浆韧性、减少开裂也是有利的。 第五,对陶瓷再生骨料和水灰比对再生混凝土性能的影响进行了试验研究,试验结果显示:随着陶瓷再生粗砂取代率的增加,再生混凝土表观密度呈规律性地降低,其表观密度低于天然骨料混凝土的表观密度;通过基于自由水灰比的配合比设计方法,再生混凝土均可以获得与天然骨料混凝土基本一致的流动性,并具有较好的保水性和粘聚性;再生混凝土的立方体抗压和劈裂抗拉的破坏过程与破坏形态大致与普通混凝土相似,破坏面基本上均出现在骨料和水泥石之间,属于粘结破坏。再生混凝土的立方体抗压强度大于普通混凝土的立方体抗压强度。陶瓷再生砂的使用对提高再生混凝土的立方体抗压强度和劈裂抗拉强度是有利的;水灰比对再生混凝土立方体抗压强度的影响规律与普通混凝土水灰比理论相似,即灰水比与陶瓷再生骨料混凝土立方体抗压强度呈较好的线性关系,但由试验数据确定的回归系数与普通混凝土鲍罗米公式中的回归系数有差异。故《普通混凝土设计规程》不宜直接用于陶瓷再生骨料混凝土的配合比设计。 本文的研究为废陶瓷在再生混凝土中的应用和特细砂资源的有效利用提供了重要的参考。


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