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利用建筑垃圾生产混凝土的性能研究(2)
为考察混合骨料对再生混凝土抗压强度的影响，设计了S9、S10、S11三组试件。S9为60%再生粗骨料替代天然骨料，S10为50%粒径4.75~16mm的再生骨料替代天然骨料，而S11为50%粒径16~31.5mm的再生骨料替代天然骨料。通过对7、28、56d的抗压强度的考察，发现经过替代处理的再生混凝土强度得到大幅度的提高，远远高于原始级配制备的再生混凝土。尽管S10和S9级配曲线中4.75~9.5mm粒径的粗骨料含量较S6有所提高，但S9和S10级配中分别含有40%和50%的天然骨料，其天然骨料的较小吸水率弥补了所增加的较细再生粗骨料的吸水量，并且改善了再生骨料本身级配，从而达到优化了原始再生骨料级配的目的，使得再生混凝土的强度有了很大的提高。从以上的试验结果可以看出：①直接用破碎的连续级配再生骨料配制混凝土，其工作性能和强度都会明显降低，抗压强度仅能达到天然骨料混凝土的57%；②按混凝土泵送施工技术规程中的最佳级配范围的上包络线、下包络线和最佳级配曲线进行设计，配制再生骨料混凝土，其骨料中粒径范围4.75~19mm的骨料占粗骨料的56%~80%，这时工作性能变差、抗压强度更低，为直接用破碎的连续级配再生骨料配制的混凝土强度的70~77%；③粒径范围4.75~19mm的骨料占粗骨料的35%~40%时，再生骨料混凝土的工作性能好、抗压强度达到42~44.1MPa；④再生骨料部分替代天然骨料，替代率为53%~60%时，不论全部级配范围的替代，还是仅替代粒径范围4.75~19mm的骨料或粒径范围19~31.5mm的骨料，再生骨料混凝土的工作性能好、抗压强度达到45.2~48.2MPa。
表5再生混凝土的工作性能，抗压强度和界面破坏状况
2再生骨料混凝土砌块性能
随城市道路建设和建筑墙体改革，各种混凝土制品包括混凝土空心砌块、混凝土多孔砖、混凝土实心砖、混凝土路面砖和混凝土路缘石等快速发展，这些混凝土制品的需求和生产快速增加，2006年混凝土空心砌块的生产量6300万m3，混凝土多孔砖1300万m3。经估算仅2005年用于这些混凝土制品生产的混凝土用量达到7441万t。按水泥和砂石比例按1∶4估算，砂石骨料的用量约为5953万t。用建筑垃圾为各种混凝土制品生产骨料是一条很有前途的技术途径。为此进行了再生骨料混凝土砌块的试验研究。
2.1试验用材料
建筑垃圾成分比较复杂，主要组分有混凝土（包括道路沥青混凝土），含量约1%~70%；废旧黏土烧结砖，含量约2%~75%；钢筋，含量约0.1%~2%；旧砂浆，含量约0~15%；黏性土，含量约3%~15%；废木材，含量约0.5%~5%；废旧塑料，含量约0.01%~0.2%；废薄膜，含量很少但很难处理：废玻璃，含量约0.2%~2%以及破衣物和其他少量的生活用具、用品等。当运送建筑垃圾的载重车辆到达场区后，直接把建筑垃圾倾倒到建筑垃圾收集料斗内。大于500mm&500mm的混凝土、砖墙、石块来用风镐将其分解，大于500mm&500mm的木材和衣被、织物等在料斗口用人工搬除，其余部分投入大型破碎机内，破碎至粒径小于300mm的碎料，送至分选输送皮带。在试验中发现，把粒径在0~10mm之间的建筑垃圾骨料分成0~4mm和5~10mm则其离析现象在运输、存贮中就变得很小了。经过筛分的0~5mm的建筑垃圾细骨料颗粒级配如表6所示。
表6建筑垃圾砂细度筛分表
测试建筑垃圾骨料的表观密度为2520kg/m3，堆积密度1150kg/m3，细度模数3.46，属于粗砂，级配偏粗但仍在规范第一级配区内。
压碎指标是表征骨料强度的一个参数。中华人民共和国建筑用卵石、碎石国家标准GB/T规定：I类骨料的压碎指标应小于10%，II类应小于20%，III类应小于30%。建筑垃圾骨料的压碎指标为19%~26%，能满足国标中III类骨料对压碎指标的要求，根据国标GB/T，III类骨料宜用于混凝土强度&C20的混凝土，因此建筑垃圾骨料的压碎指标性能满足大多数实际制砖混凝土的要求。
同天然砂石骨料相比，建筑垃圾骨料的堆积密度比天然骨料低，其堆积密度为1.29~1.36kg/m3。
2.2建筑垃圾混凝土配合比
来源：混凝土
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粒径在0.15~5.0mm之间的骨料称为细骨料,一般有河砂、海砂、山砂、机制砂。砂的表观密度为2. 6~2. 7g/cm3,堆积密度为1500kg/m3,空隙率(干燥状态)为35%~ 45% ,级配好的为35% ~37%。配置混凝土时所采用的细骨料,应满足《建筑用砂》 (GB/T )的要求。
(1)有害杂质
配制混凝土的细骨料要求清洁不含杂质,以保证混凝土的质量。但砂中常含一些有害杂质,如黏土、淤泥、云母、粉砂等,站附在砂的表面,削弱水泥石与骨料的粘结,降低混凝土的强度;同时还增加混凝土的用水量,从而加大混凝土的收缩,降低抗冻性和抗渗性。一些有机杂质、硫化物及硫酸盐,它们对水泥有腐蚀作用。
对砂中的无定形二氧化硅含量有怀疑时,应根据结构或构件的使用条件,进行专门试验测定其碱骨料反应的活性即潜在碱活性后,再确定其适用性。
(2)颗粒形状及表面特征
1)山砂的颗粒多具有棱角,表面粗糙,与水泥粘结较好,用它拌制的混凝土强度较 高,但拌合物的流动性较差;
2)河砂、海砂,其颗粒多呈圆形,表面光滑,与水泥的粘结较差,用来拌制混凝土, 混凝土的强度则较低,但拌合物的流动较好。
(3)砂的颗粒级配及粗细程度
砂的颗粒级配即表示砂大小颗粒的搭配情况。在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充。为达到节约水泥和提高强度的目的,就应尽量减小砂粒之间的空隙。
砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起后的总体的粗细程度,通常有粗砂、中砂与细砂之分。在相同质量条件下,细砂的总表面积较大,而粗砂的总表面积较小。在混凝土中,砂子的表面需要由水泥浆包裹,砂子的总表面积愈大,则需要包裹砂粒表面的水泥浆就愈多。因此,一般说用粗砂拌制混凝土比用、细砂所需的水泥浆要省。
砂的颗粒级配和粗细程度,常用筛分析的方法进行测定。用级配区表示砂的颗粒级配,用细度模数表示砂的粗细。筛分析的方法,是用一套孔径(净尺寸)为4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.60mm、0.30mm及0.15mm的标准筛,将500g的干砂试样由粗到细依次过筛,然后称得余留在各个筛上的砂的质量,并计算出各筛上的分计筛余百分率 a1、a2、a3、a4、a5和a6 (各筛上的筛余量占砂样总量的百分率)及累计筛余百分率Al 、A2、A3、A4、A5、A6 (各个筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率相加在一起)。
细度模数(Mx)愈大,表示砂愈粗。普通混凝土用砂的粗细程度按细度模数分为粗、中、细三级,其细度模数范围: Mx在3. 70~3. 10为粗砂, Mx在3. 00~2. 30为中砂, Mx在2. 20~ 1. 60为细砂, Mx在1. 50~0. 70为特细砂。
根据0.60mm筛孔的累计筛余量分成三个级配区(表1-17),混凝土用砂的颗粒级配,应处于表1-17中任何一个级配区以内。砂过粗(细度模数大于3. 7)配成的混 凝土,其拌合物的和易性不易控制,且内摩擦大,不易振捣成型;砂过细(细度模数小于0. 7)配成的混凝土,既要增加较多的水泥用量,而且强度显著降低。所以这两种砂未 包括在级配区内。
砂颗粒级配区&& 表1-17
&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 级配区
筛孔尺寸-(mm)&&& &&&&&& I&&& 区& &&&&&&&&&&& II区&& &&&&&&&&&&&&&&&&& III区
&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&& 累计筛余(按质量计)(%)
9.50&& &&&&&&&&&&&&& &&&&&&0&& &&&&&&&&&&&& 0&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 0
4. 75& &&&&&&&&&&& 10~0&& &&&&&&&&&& 10~0&&&&&&&&&&&&&&&&& 10~0
2. 36& &&&&&&&&&&& 35~5&&&&&&&&&&&& &&& 25~0&&&&&&&&&&&&&&&&& 15~0
1. 18& &&&&&&&&&&& 65~35& &&&&&&&&&& 50~10& &&&&&&&&&&&&& 25~0
0.60&& &&&&&&&&&&&&&&& 85~71& &&&&&&&&&& 70~41& &&&&&&&&&&&&& 40~ 16
0.30&& &&&&&&&&&&&&&&& 95~80& &&&&&&&&&& 92~70& &&&&&&&&&&&&& 85~55
0.15&& &&&&&&&&&&&&&&& 100~90 &&&&&&&&&& 100~90 &&&&&&&&&&&&& 100~90
注:①砂的实际颗粒级配与表中所列数字相比,除4. 75mm和0.60mm筛号外,可以略有超出,但超出总量应小 于5%。
②I区人工砂中0.15mm筛孔的累计筛余可以放宽到100, II区人工砂中0.15mm筛孔的累计筛余可以 放宽到100~80,田区人工砂中0.15mm筛孔的累计筛余可以放宽到100~75。
如果砂的自然级配不合适,不符合级配区的要求,这时就要采用人工级配的方法来改善。最简单的措施是将粗、细砂按适当比例进行试配,掺合使用。
为调整级配,在不得已时,也可将砂加以过筛,筛除过粗或过细的颗粒。
配制混凝土时宜优先选用II区砂;当采用I区砂时,应提高砂率,并保持足够的水泥 用量,以满足混凝土的和易性要求;当采用III区砂时,宜适当降低砂率,以保证混凝土的 强度。对于泵送混凝士,宜选用中砂。}