付士峰1,2， 张广田3，4， 刘娟红3
（1河北工业大学土木工程学院，天津300401;2河北省建筑科学研究院，石家庄050021：
3北京科技大学土木与环境工程学院，北京100833；4河北建研科技有限公司，石家庄050021）
[摘要] 利用陶粒和以废砖颗粒为主的建筑垃圾制备再生轻骨料自密实混凝土，采用单因素法研究了不同粉煤灰掺量、水胶比、建筑垃圾取代量对混凝土工作性能和强度的影响，在此基础上得出最优配合比；并测试了最优配合比混凝土的耐久性与导热系数。试验结果表明：粉煤灰的掺量占胶凝材料总量的30%左右、建筑垃圾颗粒掺量为总质量的40%时，混凝土的品质最好；并且通过调整水胶比的值，能有效减小建筑垃圾带来的弱化作用。
[关键词] 配合比优化；再生轻骨料；强度；耐久性
中图分类号：TU525 文章编号：1002-848X(2016)12-0041-04
0 引言
随着我国建筑业的快速发展，混凝土作为重要的建筑材料，需求量越来越大，而现在合格骨料的储量越来越少，导致性能优良的混凝土制备越来越困难。同样，现代老旧砌体结构拆除产生的大量的建筑垃圾中含有大量的废旧砖块、砂浆块以及部分砌块颗粒。由于这些建筑垃圾成分比较复杂，并且随着建筑物的不同，垃圾成分会有极大的变化。如何处理这些建筑垃圾，减少对环境的污染，成为现代社会发展的一个重要难题。
北京建筑大学宋少民等、同济大学肖建庄等已经把建筑垃圾作为骨料加入混凝土中，取得了较好的效果。他们利用的建筑垃圾的主要成分为废旧混凝土块或者用废旧混凝土块与石子组成的混合骨料。这样不仅可以缓解优质骨料缺少带来的问题，还可以利用建筑垃圾，为我国现在绿色节约型社会的建设贡献一份力量。但目前关于将以废旧砖颗粒为主的建筑垃圾与陶粒作为骨料制备成再生轻骨料自密实混凝土的研究还是空白。
本文在前期试验的基础上，把以废旧砖颗粒为主的建筑垃圾与陶粒混合配制成轻骨料自密实混凝土，利用现代混凝土的理论与方法对配合比进行了优化，并研究了混凝土的工作性、力学性能和耐久性。研究结果可以为再生轻骨料自密实混凝土工程应用提供一定的借鉴与参考。
1 试验概况
1.1试验原材料
水泥：普通硅酸盐水泥(P.0 42. 5)，主要指标见表1；陶粒：使用前预湿，主要指标见表2；中砂：细度模数为2.6，表观密度为2 640kg/m3，含泥量为3%，产地为石家庄；水：自来水；以废旧砖为主的建筑垃圾颗粒：颗粒粒径有5~ 10mm，10~20mm，两者按2:3进行混合，使用前预湿，主要指标见表3；减水剂：自己制备的高性能减水剂，固含量20%，最佳掺量为胶凝材料总量的0.8%；粉煤灰：二级灰。
1.2混凝土配合比设计与性能测试
1.2.1混凝土最优配合比的确定
(1)为了使最优配比混凝土性能良好，在前期试验的基础上，砂率确定为0. 56。
(2)在粉煤灰掺量保持不变的情况下，在混凝土中掺加建筑垃圾颗粒，掺量为粗骨料质量的20%，30%，40%，50%，60%。同时调整混凝土的水胶比，得出的配合比见表4。并测试不同建筑垃圾取代量对混凝土3，7，28，56d抗压强度的影响。
(3)在保持骨料掺量不变的情况下，粉煤灰的掺量按胶凝材料重量的10%，20%，30%，40%掺加，得出配合比见表4。并测试不同粉煤灰含量对混凝土坍落度、扩展度的影响结果以及对3，7，28，56d抗压强度的影响。
(4)由于粉煤灰等质量取代水泥，且粉煤灰的密度小于水泥密度，通过调整水胶比来保持每立方混凝土中浆体的体积恒定，得出配合比见表4。测试不同水胶比变化对混凝土坍落度、扩展度的影响结果以及对3，7，28，56d抗压强度的影响。
(5)通过上述步骤得出相应的指标，综合分析，得出混凝土的最优配合比。
1.2.2最优配合比混凝土性能测试
依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》( GB/T 50081-2002)以及《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》( GB/T 50082-2009)中的方法，测试最优配合比混凝土的工作性指标，28d抗冻性能，28，56d氯离子渗透性能，并测定了混凝土的导热系数。
2 试验结果及分析
2.1不同建筑垃圾颗粒掺量对再生轻骨料混凝土强度的影响
图1为不同建筑垃圾颗粒掺量对再生轻骨料混凝土强度的影响结果。建筑垃圾颗粒掺量对3，7d强度影响较小，对28，56d强度影响较大。随着颗粒掺量的不断增大，混凝土的强度值略有上升，掺量为40%时，混凝土强度最高，然后略有下降。这是由于随着颗粒掺量的增加，所加陶粒的量减少，陶粒的吸水率要高于建筑垃圾颗粒。在保持混凝土工作性一致的情况下，调整了混凝土的水胶比，使得水胶比降低，但是建筑垃圾颗粒属于再生骨料，其中含有的裂缝等缺陷较多，在掺量较小的时候，水胶比减少带来的增强作用大于建筑垃圾颗粒的弱化作用。由于掺量为40%时，混凝土强度达到最高，故确定混凝土中建筑垃圾颗粒的最佳掺量为40%。此时混凝土的表观密度为1896kg/m3，属于轻骨料混凝土的范畴。
2.2不同粉煤灰掺量对再生轻骨料混凝土坍落度、扩展度与强度的影响
图2为不同粉煤灰掺量对再生轻骨料混凝土坍落度和扩展度的影响结果。随着粉煤灰掺量的不断增大，混凝土的坍落度和扩展度不断增加。但当粉煤灰掺量为胶凝材料总量的20%时，混凝土的坍落度达到最大值245mm，当粉煤灰掺量为30%时，混凝土的坍落度为240mm，两者相差不大。扩展度在粉煤灰掺量为30%的时候达到最大值660mm，随后降低。
图3为在其他组成材料不变的情况下，不同粉煤灰掺量对再生轻骨料混凝土3，7，28，56d强度的影响结果。随着粉煤灰的掺量的增加，再生轻骨料混凝土3，7d强度不断降低。28d强度则缓慢增长，粉煤灰掺量为30%时，强度达到最高值44MPa。再生轻骨料混凝土56d强度随着粉煤灰掺量的增加较为快速的增长，混凝土中粉煤灰掺量为30%时强度最高57MPa，随后降低。
由于粉煤灰中存在大量的玻化微珠，具有较高的形态效应，而且粉煤灰的表观密度小于水泥的表观密度，等质量取代水泥后，使混凝土中浆体的体积增加。由于浆体不仅填充在骨料的空隙中，并包裹在骨料的表面上，形成润滑层，使混凝土的坍落度和扩展度大幅度提高。当混凝土中粉煤灰的含量达到30%左右时，组成浆体的材料之间达到最好的比例，使混凝土的扩展度达到最高，和易性好。混凝土早期水化过程中，粉煤灰基本上不参与水化反应，主要起到物理填充作用。由于粉煤灰水化很少，粉煤灰取代了一部分水泥，使得水泥水化产物在早期的时候较少，混凝土界面的粘结力比较弱，再生骨料混凝土3，7d强度随粉煤灰的掺量增加而减小。随着龄期的提高及粉煤灰的水化不断进行，在固定水胶比的情况下，掺入的粉煤灰可以优化混凝土中的孔隙，使得混凝土中的大孔变小，提高混凝土结构的密实度。另外，由于二次水化的原因使得粉煤灰中的活性SiO2及活性Al2 O3大量参加反应，生成的C-S-H，AF t等水化产物，可以有效地使混凝土界面的粘结性能更强，大量消耗氢氧化钙，减少其在界面处的定向生长，使得中心质效应加强，提高了再生轻骨料混凝土的强度。另外由于轻骨料在水化过程中不断返水，便过渡区的水化更充分，界面粘结性更好，再生轻骨料混凝土强度更高。
在再生轻骨料混凝土中未水化的水泥颗粒与粉煤灰颗粒属于次中心质，为H粒子。而有胶凝材料水化产生的水化凝胶产物是次介质，为L粒子。在空隙率一定的情况下，H粒子与L粒子比值越大，水泥石的强度越高，但是超过H粒子与L粒子比值的最佳值之后，强度就会下降，所以粉煤灰掺量为30%时．7，28d强度达到最大，随后降低。
2.3按粉煤灰掺量调整混凝土水胶比对坍落度、扩展度及强度的影响
图4，5为随着粉煤灰的掺量调整水胶比对再生骨料混凝土坍落度、扩展度和强度的影响结果。可以看出水胶比≤0. 39时，混凝土的坍落度和扩展度变化较大。水胶比>0. 39时，坍落度和扩展度变化较小。3，7d强度变化较小，28，56d强度变化相对较大，但是基本都符合水胶比≤0. 39时，混凝土强度变化幅度小，水胶比>0. 39时，变化幅度较大的规律。综合考虑混凝土的强度和工作性的要求，混凝土的水胶比选0. 39比较合适。
2.4再生轻骨料混凝土的最佳配合比确定
结合上述试验结果，得出再生轻骨料混凝土的最优配合比，见表5。表6，7为最优配合比混凝土其他工作性、耐久性、导热系数的测试结果。最优配合比混凝土的测试指标可以达到现在工程自密实混凝土的要求。由于组成混凝土原材料之间达到最佳比例，使得再生轻骨料混凝土具有良好的工作性、耐久性及较好的力学性能。
3 结论
(1)当粉煤灰的掺量占胶凝材料总量的30%左右时，再生轻骨料混凝土的扩展度最高，和易性较好，混凝土的28，56d强度最高，抗冻性和抗氯离子渗透性能较好。
(2)建筑垃圾颗粒掺量为总质量的40%时，混凝土的强度达到最高，通过调整水胶比，可以有效减小碎砖颗粒带来的弱化作用。
(3)利用以废旧砖颗粒为主的建筑垃圾与陶粒也可以配置出性能优良的自密实轻骨料混凝土，并且由于陶粒中和碎砖颗粒中的孔隙较多，使混凝土的导热系数较小。
