建筑垃圾再生砖骨料混凝土性能研究

建筑垃圾再生砖骨料混凝土性能研究

黄小亚孙俊霞胡婷陈万清

重庆建筑科技职业学院    重庆    401331

[摘要]本文将建筑垃圾再生砖骨料混凝土作为装配式多层建筑结构墙体的材料，结合我国建筑节能减排的要求，通过再生砖骨料混凝土4因素3水平正交试验设计方案，采用极差分析方法，研究净水胶比、体积砂率、单位体积用水量、再生砖骨料体积取代率对试验指标的影响显著程度，并探究试验指标之间的关系。

[关键词] 建筑垃圾；再生砖骨料混凝土；正交试验；力学性能

1引言

在我国新农村建设中，预先制作混凝土结构墙板和楼板，再经过现场组装形成的装配式多层混凝土结构，可用于村镇低矮民用住宅。具有施工工艺完善，减少劳动力，节约资源降低能耗，缩短工期提高工程质量等优点。

建筑墙体在建筑热量消耗中担任重要角色，在建筑物总能耗中占80%，建筑外墙作为外围护结构占23%~24%[1]。结构墙作为装配式混凝土结构的主要构件，在满足结构承载力和抗震性能要求的前提下，还应该具有良好的保温隔热性能以提高居住舒适度。研究强度满足使用性能要求且热工性能优良的建筑材料用于制作预制结构墙板，对于促进装配式建筑的发展具有深远意义。

粘土砖是我国村镇住宅建筑中的主要材料，随着城镇化进程的高速发展，粘土砖在大范围的旧村改造和房屋拆迁所产生的建筑垃圾中比重可达到60%[2]。考虑到再生骨料本身多孔隙密度低等物理特性，其导热系数较天然骨料低。由天然骨料配制而成的普通混凝土导热系数大约是1.74W/(m·K)[3]。再生骨料混凝土在不同因素如再生粗细骨料取代率、水灰比以及单位体积用水量等的影响下，导热系数为0.7350 W/(m·K)~1.0568 W/(m·K)，比普通混凝土低39%~58%[4]，因此将再生混凝土用于结构墙中可以显著提高建筑物的保温隔热性能，增强居住舒适感。因此在混凝土中使用建筑垃圾粘土砖作为再生骨料对环境保护和工程实践等方面都具有深刻意义，符合国家的可持续发展战略。

本文将再生砖骨料混凝土作为装配式多层建筑结构墙体的材料，结合我国建筑节能减排的要求，开展再生砖骨料物理力学性能指标测试，并对强度等级为C25 的再生砖骨料混凝土进行配合比设计，建立4因素3水平正交试验方案，研究再生砖骨料混凝土的力学性能。

2 试验原材料

（1）水泥：重庆拉法基水泥厂产P·O 42.5水泥，水泥基本性能指标检测结果见表2.1。

（2）骨料：粗骨料采用5~20mm连续粒级再生砖骨料，其性能指标检测结果见表2.2；细骨料采用重庆本地河沙，其基本性能指标见表2.3。

表2.1 水泥基本性能指标

表2.2 再生砖骨料性能检验

表2.3细骨料性能检验

（3）粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰。

（4）减水剂：聚羧酸高性能减水剂，减水率25~35%。

（5）水：自来水。

3配合比设计

3.1 再生砖骨料混凝土拌和工艺流程

再生砖骨料配合比计算时，应在再生砖骨料饱和面干状态下计算再生砖骨料混凝土单位体积用水量。本文考虑到在混凝土搅拌过程中一次性加入附加水和自由水可能会导致再生砖骨料吸水时间较短，而骨料吸水不均匀造成再生砖骨料混凝土发挥不出其最优力学性能，所以采用预吸水法，提前一天预润湿用于再生砖骨料混凝土拌制的再生砖骨料。

在拌和再生砖骨料混凝土时，采用类似于水泥裹砂石法混凝土搅拌工艺的裹浆法，使胶凝材料均匀地包裹在再生骨料表面。再生砖骨料混凝土拌和工艺流程顺序如下：

（1）使用预吸水法对再生砖骨料进行处理。

（2）先将饱和面干状态的再生砖骨料、天然粗骨料和砂搅拌均匀，再加入水泥、粉煤灰搅拌均匀，然后将混合物堆成堆，中间做一凹槽。

（3）将减水剂和水混合均匀，先将其一半左右倒入凹槽内（保证其不流失），仔细翻拌、铲切，并徐徐加入另一半剩余混合液体，继续翻拌、铲切，直至拌合均匀，得到最终的再生砖骨料混凝土拌合物。

（4）装模成型试件，养护1d后脱模，放入养护室继续养护至相应龄期测定性能指标。

3.2再生砖骨料混凝土配合比设计

在已有研究基础上，选择净水胶比、体积砂率、单位体积用水量、再生砖骨料体积取代率这4 个影响因素，进行再生砖骨料混凝土配合比正交试验设计。每个因素各选取三个水平，进行4因素3水平正交试验设计，研究各因素对再生砖骨料混凝土立方体抗压强度、干密度的具体影响规律。各因素水平见表 3.1，试验配合比设计见表

3.2。

表3.1 水平因素表

表3.2试验配合比设计表

4试验结果分析

4.1试验因素对立方体抗压强度的影响

再生砖骨料混凝土立方体试件28d 抗压强度试验结果极差分析见表4.1。

表4.1立方体抗压强度正交试验极差分析结果（单位：MPa）

由极差分析表可知，极差值：C>B>A>D，即单位体积用水量、体积砂率、净水胶比、再生砖骨料体积取代率对再生砖骨料混凝土28d 立方体抗压强度的影响依次从强到弱。净水胶比的极差值为3.85，与再生砖骨料体积取代率对应的极差值接近，因此净水胶比和再生砖骨料体积取代率的影响程度接近，对28d 抗压强度影响程度不那么显著。抗压强度值越大，则表明再生砖骨料混凝土具有更优的力学性能，因此选取使试验指标抗压强度大的水平组合为最优组合。ki 值的大小反映了因素的优劣水平，因此各因素的最优水平分别为A1、B3、C3、D1，最优组合为A1B3C3D1。

根据各因素不同水平对应的性能指标ki 值绘制均值效应图，如图4.1所示。

图4.1砖骨料再生混凝土立方体抗压强度均值效应图

由图4.1可知，净水胶比在0.40 到0.50 范围内，立方体抗压强度随水胶比的增大而下降，表明水胶比和再生砖骨料混凝土抗压强度呈负相关。立方体抗压强度随着体积砂率的升高而逐渐升高，且影响较为显著。立方体抗压强度随着再生砖骨料体积取代率的增大而降低。单位体积用水量对抗压强度影响最为显著，适当增加单位体积用水量可以使抗压强度得到有效提高。

4.2试验因素对干密度的影响

再生砖骨料混凝土干密度试验结果极差分析结果见表4.2。

表4.2干密度正交试验极差分析结果（单位：kg/m3）

从表中可以看出，其各因素的主次顺序为：D>A>C>B，所以再生砖骨料体积取代率、净水胶比、单位体积用水量、体积砂率对混凝土干密度的影响逐渐降低。因素D 的极差值为180.40，与另外三个因素的级差值相差较大，因此再生砖骨料体积取代率是影响干密度的主导因素，其影响效果最为显著。从各因素对应水平均值ki 值可以得出各因素的最优水平分别为A1、B1、C2、D1，最优组合为A1B1C2D1，即当净水胶比为0.4，体积砂率为0.35，单位体积用水量为165kg，再生砖骨料体积取代率为40%时再生砖骨料混凝土干密度达到峰值。

根据各因素不同水平对应的性能指标ki 值绘制均值效应图，如图4.2所示。

图4.2砖骨料再生混凝土干密度均值主效应图

从图4.2可以看出，随着净水胶比增大，再生砖骨料混凝土的干密度值小幅度下降，故该因素对砖骨料再生混凝土的干密度影响不太显著。而体积砂率和单位体积用水量的变化对干密度的影响相反，随着体积砂率的增大干密度呈先降低后增大的趋势，随着单位体积用水量的提高干密度呈现先增大后减小的趋势。干密度整体变化幅度较小，因而体积砂率和单位体积用水量对再生砖骨料混凝土的干密度影响都比较小。再生砖骨料混凝土干密度随着再生砖骨料体积取代率的提高而大幅度减小，且再生砖骨料体积取代率对干密度值影响最为显著。

5结语

本文对再生砖骨料的物理力学性能指标进行了测试，通过再生砖骨料混凝土4因素3水平正交试验设计方案，采用极差分析方法，研究净水胶比、体积砂率、单位体积用水量、再生砖骨料体积取代率对各试验指标的影响显著程度，并探究试验指标之间的关系。试验结果表明：对于立方体抗压强度而言，影响显著性依次为：单位体积用水量>体积砂率>净水胶比>再生砖骨料体积取代率；对于干密度，影响显著性依次为：再生砖骨料体积取代率>净水胶比>单位体积用水量>体积砂率。

基金项目：重庆市教委科学技术研究项目（KJQN202205204）资助

参考文献:

[1] 佟建波.页岩烧结保温砌块墙体热工性能试验及构造技术研究[D].西安建筑科技大学, 2013.

[2] 季昌良. 再生砖粗骨料混凝土梁正截面抗弯性能试验研究[D]. 山东农业大学,2013.

[3] GB 50176-2016.民用建筑热工设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社, 2016.

[4] 朱丽华, 戴军, 白国良等.再生混凝土导热系数试验与分析[J]. 建筑材料学报, 2015, 18: 852-856.