论文掺合料在再生砂浆中的试验研究 作者李正鹏.docx

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论文掺合料在再生砂浆中的试验研究作者李正鹏

掺合料在再生砂浆中的试验研究

李正鹏

（云南农业大学水利学院，昆明650201）

摘要

目前我国对再生砂浆的研究还属于探索阶段，很多方面都还很不成熟。

本文所探究的是掺合料在再生砂浆中的作用，而本文所说的掺合料包括粉煤灰、硅粉、聚丙烯纤维。

当聚丙烯纤维一定时探究粉煤灰（10%、20%、30%/40%）、硅粉（10%、20%、30%、40%、60%、80%）聚丙烯纤维定量（1.2k|m3）进行实验。

实验表明：

掺入粉煤灰能够减弱砂浆的抗压、抗折强度；硅粉能明显的提高天然再生砂浆的抗压抗折强度；当聚丙烯纤维定量1.2k|m3硅粉、粉煤灰变量时，砂浆抗压抗折有最优值；聚丙烯对砂浆的影响是呈曲线的。

当聚丙烯纤维、粉煤灰一定量时，硅粉的不同掺量会影响砂浆的抗压、抗折强度。

同时当聚丙烯纤维、硅粉一定量时，掺入不同量的粉煤灰也会影响砂浆的抗折、抗压强度。

Abstract

Ourcurrentresearchisalsopartoftheregenerationofmortarexploratorystage,manyaspectsstillimmature.Thispaperistoexplorethemortaradmixturesroleinregeneration,andthisarticlesaidadmixturesincludeflyash,silicafume,polypropylenefibers.Whenapolypropylenefiberwhentheinquiryash（10%,20%,30%/40%）,silicafume（10%,20%,30%,40%,60%,80%）polypropylenefiberquantification（1.2k|m3）experiment.Experimentalresultsshowthat:

theincorporationofflyashcanbereducedcompressiveandflexuralstrengthofmortar;silicafumecansignificantlyimprovethenaturalregenerationofmortarcompressiveandflexuralstrength;Whenpolypropylenefiberquantitative1.2k|m3silicafume,flyashwhenvariablesmortarcompressiveandflexuralhaveoptimalvalue;impactpolypropylenemortarispresentedcurve.Whenpolypropylenefiber,acertainamountofflyash,silicafumecontentwillaffectdifferentcompressiveandflexuralstrengthmortar.Whenthesamefiber,acertainamountofsilicafume,flyashisincorporatedwillaffecttheamountofdifferentmortarflexuralandcompressivestrength.

目录

第一章绪论1

1-1引言1

1-2再生细骨料国内的研究现状1

1-3再生细骨料的国外研究现状3

1-4主要研究的内容及意义4

第二章材料的基本性能5

2-1-1掺合料的基本性能5

2-1-2细骨料的吸水率7

2-1-3细骨料的堆积密度8

2-1-4细骨料的压碎指标9

2-2天然细骨料的基本性质实验10

2-2-1天然细骨料的表观密度10

2-2-2天然细骨料的堆积密度11

2-2-3天然细骨料的压碎指标12

2-2-4天然细骨料的吸水率实验13

2-2-5天然细骨料的针状、片状含量14

2-2-6天然细骨料的级配试验16

2-3再生细骨料的基本性能试验17

2-3-1再生细骨料的来源17

2-3-2再生细骨料的制备过程17

2-3-3再生细骨料的堆积密度19

2-3-4再生细骨料的表观密度21

2-3-5再生细骨料的压碎指标22

2-3-6再生细骨料的吸水率试验24

2-3-7再生细骨料的级配试验24

本章小结27

第三章岩浆配合比设计29

3-1初步配合比的计算29

3-2试拌调整，得出基准配合比31

3-3成型试拌养护33

3-4成型试件35

本章小结35

第四章岩浆力学性能试验研究37

4-1天然再生砂浆抗压强度试验37

4-2天然再生岩浆抗折强度试验42

4-3作用机理分析47

本章小结48

第五章结论与展望50

参考文献51

第一章绪论

1-1引言

随着我国基本建设的发展，建筑用砂量的不断增大，许多地区经过几十年的大量开采，天然砂资源接近枯竭，而砂的无序和大量开采，破坏了自然景观和生态环境。

另一方面，中国在城市建设过程中产生了大量建筑垃圾。

建筑垃圾是建设项目的新建、改扩建及维修、拆除过程中产生的固体废弃物。

当前我国正处于基础建设蓬勃发展时期每年大量的施工建设和拆迁改造工程不可避免地产生数亿吨建筑垃圾。

据不完全统计，我国建筑垃圾数量占到城市垃圾总量的三分之一。

大量的建筑垃圾产生、露天堆放或填埋，如不尽快加以处理和利用必会给社会、自然资源、能源、环境保护和可持续发展带来一系列不利影响。

国内对水泥砂浆和再生混泥土有一定的研究，而对再生细骨料利用于混凝土或砂浆的研究却很少。

如果能合理利用这些建筑垃圾，不仅可以减少建筑业对天然骨料的消耗，还可以减轻混凝土废物造成生态环境日益恶化等问题，有利于人类社会的可持续发展。

建筑垃圾破碎后不仅会产生再生组骨料，也会产生很多再生细骨料。

如何有效利用这些细骨料成为摆在我们面前必须解决的问题。

为了推动再生砂浆在建筑中的应用技术，保证再生砂浆在建筑工程中应用的适用性和工程质量，促进建筑业的可持续发展，根据再生砂浆的特性进行研究。

本课题研究的目的：

以某建筑物废弃混凝土快破碎后作为再生细骨料。

全面系统研究天然细骨料、再生细骨料的各项物理性能。

根据掺合料的特点，研究掺入不同掺量的掺合料进行单掺、三掺后对天然砂浆和再生砂浆的工作性能、力学性能的影响，并探讨分析它们之间的强度变化及作用机理。

并掺合料在再生砂浆中的应用与研究提供参考。

1-2再生细骨料国内的研究现状

进入21世纪以来，随着城市化进程的不断加快，作为城市化最主要的物质基础—混凝土的需求量也在迅速增加。

目前，全世界混凝土的年生产量约28×108m3，中国混凝土的年产量占世界总量的45%，已达13×108～14×108m3。

在这些混凝土原材料中，粗细骨料约占混凝土总量的四分之三。

据此推算：

全世界每年需要粗细骨料约21×108m3，而我国建筑行业正在蓬勃地发展，对于粗细骨料的需求量很大，我国对粗细骨料的需求约占全世界需求量的一半，而且随着发展，将来还将越来越多。

对于这么大的消耗量，这个地球的天然原生粗细骨料将殆尽，因此从资源合理开发使用及可持续发展的角度，寻求原生集料的替代品非常重要与混凝土粗细骨料的巨大需求量相对应是数量庞大的废旧混凝土。

世界上每年拆除的废旧混凝土、新建建筑产生的废弃混凝土以及混凝土工厂、预制构件厂的废旧混凝土的数量是惊人的。

2006年年4月在厦门召开的“建筑垃圾综合利用与新技术推广研讨交流会”上有最新资料显示我国每年因拆出建筑产生的固体废弃物2亿吨以上，新建建筑产生的固体废弃物大约1亿吨，两项合计约3亿吨。

然而，对于这些废旧混凝土的处理方法目前显然不多，传统的处理方法主要是运往郊外露天堆放或填埋。

这种方法产生的巨大处理费用和由此引发的环境问题十分突出。

废弃混凝土中含有大量的砂石骨料，如果能将它们合理地回收利用，生产再生混凝土用到新的建筑物上，不仅能降低成本，节省天然资源，缓解骨料供求矛盾，还能减轻废弃混凝土对环境的污染，是可持续发展战略的一个重要组成部分。

因此，如何充分、高效、经济的利用建筑垃圾，特别是废弃混凝土已经成为许多国家共同研究的一个课题。

再生骨料是将废弃混凝土经过破碎、清洗、分级和按一定比例相互配合后得到的骨料。

而利用再生骨料作为部分或全部骨料配制的混凝土，称为再生骨料混凝土，简称再生混凝土。

再生骨料按尺寸大小可分为再生粗骨料、再生细骨料；按来源可分为道路再生骨料、建筑再生骨料；按用途可分为混凝土再生骨料、砂浆再生骨料、砌块再生骨料。

通过再生骨料混凝土技术可实现对废弃混凝土的再加工，使其恢复原有的性能，形成新的建材产品，从而既能使有限的资源得以再利用，又解决了部分环保问题。

这是发展绿色混凝土，实现建筑资源环境可持续发展的主要措施之一，为将来子孙后代留下宝贵的财富

1-3再生细骨料的国外研究现状

美国、日本和欧洲等发达国家对废弃混凝土的再利用研究得较早，第二次世界大战后，德国、日本等国对废弃混凝土进行了开发研究和再生利用，已经召开过三次有关废混凝土再利用的专题国际会议，提出混凝土必须绿色化。

混凝土的利用已成为发达国家所共同研究的课题，有些国家还采用立法形式来保证专项研究和应用的发展。

一些发达国家已经大量运用到实际工程中。

（一）日本

　　日本由于国土面积小，资源相对匮乏，因此将建筑垃圾视为建筑副产品，日本非常重视将废弃混凝土作为可再生资源而重新开发利用。

早在1977年日本政府就制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》，并相继在各地建立了以处理混凝土废弃物为主的再生加工厂，并制定了多项法规来保证再生混凝土的发展。

此外，日本还对再生混凝土的吸水性、强度、配合比、收缩、耐冻性等进行了系统的研究。

（二）美国

　　美国政府制定的《超基金法》给再生混凝土的发展提供了法律保障。

美国除鼓励应用再生混凝土外，还对其性能进行了研究。

如根据密歇根州的两条用再生混凝土铺筑的公路进行了再生骨料混凝土干缩性能的试验研究，试验表明再生骨料混凝土的收缩率大于天然骨料混凝土。

美国的公司采用微波技术，做出回收的再生沥青混凝土路面，其质量与新拌沥青混凝土路面料相同，而成本降低了1/3，同时节约了垃圾清运和处理等费用，大大减轻了城市的环境污染。

　　（三）欧洲各国

　　欧洲国家如德国目前将再生混凝土主要用于公路路面。

德国钢筋委员会1998年8月提出“在混凝土中采用再生骨料的应用指南”，要求采用再生骨料配制的混凝土必须完全符合天然骨料混凝土的国家标准；奥地利的有关试验表明，采用50%的再生骨料配制的混凝土，其强度值可达到奥地利标准，而且发现再生骨料混凝土的弹性模量降低；法国还利用碎混凝土和碎砖块生产了砖石混凝土砌块，所获得的混凝土砌块已被测定，符合与砖石混凝土材料有关的标准。

　采用。

例如，合肥至南京的高速公路采用再生混凝土骨料作为新拌混凝土的集料来浇注混凝土路面。

合肥至南京的高速公路，路面为水泥混凝土，于1991年建成通车，随着交通量的增长、使用年限的增加，路面出现了不同类型的病害，每年路面维修工程量很大，每年维修产生大量的旧混凝土。

为此，在养护维修过程中，根据高速公路快速通行的特点，采用再生混凝土骨料，并加入早强剂，达到快速通行的目的。

施工前测试了再生混凝土骨料的表观密度、吸水率、压碎值、坚固性和冲击值，并且充分注意了集料的最大粒径和级配。

用再生混凝土骨料代替天然集料，再生混凝土骨料的利用率可以达到80%，每年还可以节约大量骨料的运输费用。

同时，节省了废弃的混凝土占用的土地费用。

这样既节省了大量的养护资金，又有利于环境保护，获得了良好的社会经济效益。

　　总体而言，虽然再生集料的部分性能不如天然集料，利用再生集料研制和生产的混凝土构件性能也比天然集料的差。

但若通过掺加外加剂，则可以大大改善再生混凝土的性能，只要选择合适的外加剂，再生混凝土的利用就可以十分广泛，而且利用废弃混凝土做集料来生产再生混凝土，对资源循环利用、净化环境、造福子孙后代具有重要意义。

因此，这就需要政府加强宣传力度，出台一些强制措施限制废弃混凝土的排放，建立相应的废弃物加工厂。

同时，政府应当在财力和政策上予以支持，并制定有关再生混凝土的行业标准，推动再生混凝土这一新型建筑材料的发展，促进中国经济的发展。

1-4主要研究的内容及意义

内容：

1、全面系统的研究天然细骨料、再生细骨料的各项物理性能2、以某建筑物废弃混凝土快破碎后作为再生细骨料。

全面系统研究天然细骨料、再生细骨料的各项物理性能。

根据掺合料的特点，研究掺入不同掺量的掺合（粉煤灰、硅粉、聚丙烯纤维）进行单掺、三掺后对天然砂浆和再生砂浆的工作性能、力学性能的影响，并探讨分析它们之间的强度变化及作用机理。

并为掺合料在再生砂浆中的应用与研究提供参。

意义：

技术分析：

与天然骨料相比，再生骨料具有孔隙率高、吸水性大、强度低等特性，使再生骨料砂浆与天然骨料砂浆性能相差较大。

再生砂浆密度小于天然砂浆，有利于减轻建筑物质量，提高建筑物的热工性能。

建筑垃圾中磨细的微粉，具有活性，可起到掺合料的作用。

经济分析:

硅粉相较水泥价格更便宜。

我们从生产企业、区域和自然生态系统三个层面来探讨再生骨料利用的产业链结构。

从生产企业方面看：

掺合料的加入能改善砂浆的各种性能，它使生产企业提供客户对砂浆的不同性能要求，增强企业的市场竞争力。

材料的循环利用途径，减少资源浪费，能加强区域的竞争力。

从生态系统方面看：

再生砂浆的研究利用能更好的处理建筑垃圾。

第二章材料的基本性能试验

2-1材料的基本性能试验

2-1-1掺合料的基本性能

硅粉能够填充水泥砂浆颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，与碱性材料氧化镁反应生成凝胶体。

在水泥砂浆中，掺入适量的硅粉，可起到如下作用：

1、提高抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能。

2、具有保水、防止离析、泌水、大幅降低砼泵送阻力的作用。

3、显著延长砼的使用寿命。

特别是在氯盐污染侵蚀、硫酸盐侵蚀、高湿度等恶劣环境下，可使砼的耐久性提高一倍甚至数倍。

4、有效防止发生砂浆碱骨料反应。

5、具有极强的火山灰效应，拌合砂浆时，可以与水泥水化产物Ca（OH）2发生二次水化反应，形成胶凝产物，填充水泥石结构，改善浆体的微观结构，提高硬化体的力学性能和耐久性。

6、硅粉为无定型球状颗粒，可提高砂浆的流动性能。

7、硅粉的平均颗粒尺寸比较小，具有很好的填充效应，可以填充在水泥砂浆颗粒空隙之间，提高混凝土强度和耐久性。

2硅粉的基本性能

1、具有良好的绝缘性：

由于硅微粉纯度高，杂质含量低，性能稳定，电绝缘性能优异，使固化物具有良好的绝缘性能和抗电弧性能。

2、能降低环氧树脂固化反应的放热峰值温度，降低固化物的线膨胀系数和收缩率，从而消除固化物的内应力，防止开裂。

3、抗腐蚀性：

硅微粉不晚与其他物质反应，与大部分酸、碱不起化学反应，其颗粒均匀覆盖在物件表面，具有较强的抗腐蚀能力。

4、颗粒级配合理，使用时能减少和消除沉淀、分层现象；可使固化物的抗拉、抗压强度增强，耐磨性能提高，并能增大固化物的导热系数，增加阻燃性能。

5、经硅烷偶联剂处理的硅微粉，对各类树脂有良好的浸滑性，吸附性能好，易混合，无结团现象。

6、硅微粉作为填充料，加进有机树脂中，不但提高了固化物的各项性能， 2.2天然细骨料的基本性能试验

2.2.1级配试验

1、 称烘干试样500g，记为m。

将试样倒入按孔径大小从上至下组合的套筛（附筛底）上，将套筛置于摇筛机上，摇10分钟；取下套筛，按筛孔大小顺序再逐个用手摇筛，筛至每分钟通过量小于试样总量的0.1%（0.5g）为止。

通过的试样放入下一号筛中，并和下一号筛中的试样一起过筛，按顺序进行，直至各筛全部筛完为止。

2、称出各筛号上的筛余量G，试样在各筛上的筛余量不得超过按下式计算出的量（精确至1g）

3 砂的细度模数按下式计算，精确至0.01:

A1、A2、A3、A4、A5、A6分别为各号筛的累计筛余百分率。

4/计筛余百分率取两次试验结果的算术平均值，精确至1%。

细度模数取两次试验结果的算术平均值，精确至0.1；如两次试验的细度模数之差超过0.20时，须重新试验。

平行三组试验每组天然砂500g

2.试验数据

表2.1细骨料的级配

4.75mm

2.36mm

1.18mm

0.6mm

0.3mm

0.15mm

<0.15mm

第一组

32.1g

122.4g

78.9g

60.3g

63.6g

40.9g

101.5g

2.6

第二组

44.1g

145.3g

84.8g

66.7g

48.3g

33.8g

76.3g

2.8

第三组

28.8g

113.9g

82.2g

79.0g

59.5g

43.1g

91.4g

2.6

平行2组取平均

第一组细度模数：

A1=6.42%;A2=30.9%;A3=46.68%;A4=58.74%;A5=71.46%;A6=79.64%.

根据表格天然砂的细度模数为2.60，根据表格砂的颗粒级配在第Ⅱ区，为中砂。

=3.7~3.1为粗砂，

=3.0~2.3为中砂，

=22~1.6为细砂，

=1.5~0.7为特细砂。

2-1-4细骨料的堆积密度

堆积密度是指散粒材料在堆积状态下，单位体积（包含颗粒内部的空隙）的质量。

测量粗（细）骨料松散或振实状态下的堆积表观密度，可供混凝土配合比设计用，也可用来估计运输工具的数量或存放堆场的面积等。

根据粗（细）骨料的堆积表观密度和表观密度还可以计算其孔隙率。

试验步骤

1、松散密度：

取试样一份，用漏斗或铝制料勺，将它徐徐装入容量筒（漏斗出料口或料勺距容量筒筒口不应超过50ｍｍ）直至试样装满并超出容量筒筒口。

然后用直尺将多余的试样沿筒口中心线向两个相反方向刮平，称其重量（m）。

 2 紧密密度：

取试样一份，分二层装入容量筒。

装完一层后，在筒底垫放一根直径为10ｍｍ的钢筋，将筒按住，左右交替颠击地面各25下，然后再装入第二层；第二层装满后用同样方法颠实（但筒底所垫钢筋的方向应与第一层放置方向垂直）；二层装完并颠实后，加料直至试样超出容量筒筒口，然后用直尺将多余的试样沿中心线向两个相反方向刮平，称其重量（m）。

2.4细骨料的堆积密度

组数

空桶质量g

桶体积L

桶和砂质量g

密度1

密度2

平均密度（g/m3）

松散堆积密度

386.6、388

2.013、1.99

3669.3、3654.6

1.63

1.64

1.64

紧密堆积密度

386.6、388

2.013、1.99

4286.4、4261.1

1.94

1.95

1.95

2-1-5细骨料的压碎指标

1.试验原理及基本方法

取单级砂样330g（

）装入模内，使试样距底盘约为50mm。

平整试模内试样的表面，将加压块放入圆筒内，并转动一周使之与试样均匀接触。

将装好砂样的受压钢模置于压力机的支承板上，对准压板中心后，开动机器，以500

的速度加荷，加荷至25KN时，持荷5秒，而后以同样速度卸荷。

取下受压模，移去加压块，倒出压过的试样并称其质量（

）然后该粒级的下限筛（如砂样为公称粒级5.00—2.50mm时，其下限筛为筛孔公称直径2.50mm的方孔筛）进行筛分，称出该粒级试样的筛余量。

再根据式2-5式计算细骨料压碎指标。

（2-5）

——压碎指标（%）

——第i级式样质量（g）

——第i级式样压碎后筛余质量（g）

2.试验数据：

平行3组取平均值

表2-5细骨料的压碎指标

筛孔mm

质量g

G1g

G2g

Y1/%

Y2/%

Y3/%

Y/%

2.36-4.75

300

245.1、262.8、255.1

84.5、66.4、73.9

25.6

20.17

22.46

22.76

1.18-2.36

300

268.7、259.3、258.2

60.6、70.4、70.9

18.40

21.35

21.54

20.43

0.6-1.18

300

247.8、257.3、248.8

81.3、71.3、80

24.7

21.7

24.3

23.58

0.3-0.6

300

238.6、244.7、255.6

88.9、84.5、74

27.2

25.7

22.5

25.09

2-2-1细骨料的表观密度

1.试验原理及基本方法

实验步骤

仪器设备

1、电子秤2、容量筒3、烧杯4、吸管5、浅盘等

试验步骤

2、用带有刻度值的玻璃量筒装入一定容量的清水，记录下数据。

22、称取一定量的烘干集料（骨料G0300g）从量筒中心慢慢倒入水中，尽可能地使清水不溅起加水至500mL处，称其重量G2。

3、轻轻地摇动玻璃量筒，清除水中气泡后，静放24小时使水澄清后，再加入水至500mL处，称其总量G1，并记录下数据。

3、以两次平行试验结果的算术平均值作为测定值，两次结果之差值大于0.02g/cm3，4、结果整理用下式计算：

表2-7天然细骨料的表观密度（kg/m3）

组数

瓶加水重量g

24小时重量g

温度℃

g/cm3

g/cm3

1组

773.3

964.6

16.8

0.003

2.76

2.76

2组

807.2

998.6

17.5

0.0035

2.76

结果取1组、2组的平均值为2.76g/cm3

2.2.6含泥量试验

1、称取试样500g精确至0.1g。

将试样倒入淘洗容器中，注入清水，使水面高于试样面约150mm，充分搅拌均匀后，浸泡2h，然后用手在水中淘洗试样，使尘屑、淤泥与砂粒分离，把浑水缓缓倒入1.18mm及75um的套筛上（1.18mm筛放在75um筛上面），滤去小于75um的颗粒。

试验前筛子两面应先用水湿润，在整个过程中应小心防止砂粒流失。

2、再向容器中注入清水，重复上述操作，直至容器内的水目测清澈为止。

 4、用水淋洗剩余在筛上的细粒，并将75um筛放在水中来回摇动，以充分洗掉小于75um的颗粒，然后将两只筛的筛余颗粒和清洗容器中已经洗净的试样一并倒入塘瓷盘，放在烘箱中于（105±5）℃下烘干至恒量，待冷却至室温后，称出其质量，精确至0.1g。

 5、结果计算与评定。

①含泥量按Qa=（G0-G1/G0）×100 注：

 Qa——含泥量，% 

G0 —试验前烘干试样的质量，g G1—试验后烘干试样的质量，g 

②含泥量取两个试样的试验结果算术平均值作为测定值

3、测得数据

组数

原砂重g

洗后砂重g

含泥量Qg

最终含泥量Qg

第一组

500

432.5

13.5

13.24

第二组

500

435.1

12.98

天然细骨料含泥量取第一组和第三组的平均值为13.24g。

2.3再生细骨料的基本性质实验

2.3.1级配试验

试验步骤：

1、 称烘干试样500g，记为m。

将试样倒入按孔