建筑垃圾再生细集料砂浆砌体抗剪强度试验研究

建筑垃圾再生细集料砂浆砌体抗剪强度试验研究

赵青王军伟

安阳工学院河南安阳455000

摘要：合理有效地回收建筑垃圾不仅可以减少人类大规模对自然资源的消耗，而且有着良好的经济和社会效益。建筑垃圾的回收再利用已成了科研和工程界研究的热点问题之一，不少专家学者对建筑垃圾的回收利用尤其是再生粗骨料研究取得较大的进展。然而，人们对建筑垃圾再生细骨料的回收利用研究较少，从而降低了建筑垃圾的利用率。我国建国后一段时期兴建的结构物大部分是砖混结构，建筑物的拆除产生了大量的废砖，因为砖强度较低，在破碎时将产生大量细集料，因此，建筑垃圾再生细集料的回收利用研究具有重要的实际意义。

关键词：建筑垃圾再生细集料；砂浆砌体抗剪强度试验

随着城市建设的发展，大批旧建筑物被拆除。目前对建筑垃圾的处理手段主要是将其余生活垃圾集中进行填埋堆放，或将建筑垃圾作为建筑地基处理时的填筑材料，这不仅占用大量土地，造成环境污染，也是对资源的巨大浪费；另一方面，随着道路与建筑业建设的迅速发展，天然骨料资源将日益枯竭，而砖混类建筑垃圾通过再加工处理可替代砂石资源用于道路建设。因此，目前科研工作者对其在工程中的应用进行了大量的研究工作。然而如何将其广泛地应用于公路基层中，最大化地挖掘建筑垃圾自身价值，目前的研究成果较少，并缺乏相关技术标准和规范。

一、试验

本文试验砌筑砂浆为废砖再生细集料混合砂浆，配合比设计参考文献：[共配制M5、M10、M15三种强度等级，试件的制作及试验均严格按照文献[3-4]要求执行。本试验所有试件均由1名中级砌筑工按照要求完成。试件砌筑好之后在其顶部平压3层相同的多孔砖，养护15d，把试件翻转立起来，将试件的立放的承压面用1∶2.5水泥砂浆找平，厚约10mm。继续养护2～3d后，用同样的方法对加荷面进行找平。抹面时要求上、下找平面表面平整。试件放在室外自然养护，待砂浆达到设计强度后进行抗剪试验。1.2试验过程试件经自然养护待砂浆达到设计强度后开始试验，采用分级加载的方法，均在同1台500t压力试验机上进行抗剪试验，同时安装千分表以测量剪切变形。试验前分别对试件2个宽侧面的宽度及宽侧面竖向中心线的位置高度进行测量；为避免或减少试件承压面上的荷载集中，将试件底部均匀铺撒1层细砂；同时在试件顶面承压面上放置1块约50mm厚的钢板。待千分表安装固定后方可进行分级加载。试验加荷载应避免冲击，注意加载时间的控制，一般从试件开始受力至破坏应在1～3min内。当加载到预估破坏荷载的80%时，为避免试件突然破坏而损坏仪表，应把千分表拆除，继续加载直至试件破坏，同时记录其千分表读数和破坏荷载。当受力试件中有1个受剪面被剪坏，即认为该试件破坏。尽管本次试验不同等级砂浆砌筑的试件，但是受剪试件的裂缝发展情况基本相同。加载前期，试件表面未见明显的裂缝，一旦裂缝出现迅速导致试件破坏，即试件从加载至破坏过程中没有明显的预兆，当试件达到极限荷载时，试件突然发生破坏，呈明显的脆性破坏特征。多数试件的破坏成为单剪面破坏。从试件的破坏面上可以看到被剪断销键，这说明砂浆销键在抗剪破坏过程中发挥了一定的作用。

二、试验结果分析

1.标准击实试验。根据标准的试验方法，进行选定级配组成的石灰粉煤灰稳定建筑垃圾再生集料标准击实试验，测得不同再生集料掺入量时混合料的最大干密度和最佳含水量从标准击实试验结果可以看出，混合料的最大干密度随着建筑垃圾再生集料掺入量的增大而降低，而最佳含水量则随着建筑垃圾再生集料掺入量的增大而增大。这主要是因为再生集料表面难免会附着一定的水泥砂浆等物质，使得再生集料表观密度小于新集料，而其吸水率大于新集料造成的。完全采用建筑垃圾再生骨料合成的级配混合料最佳含水量对应下的最大干密度在1.750～1.860ｇ／ｃｍ３之间。天然碎石的无机混合料最大干密度一般不小于2.000ｇ／ｃｍ３。这主要是由于建筑垃圾再生混合料中含有６０％砖瓦及水泥砂浆类材料，其自身密度较天然碎石小。混合料最佳含水量均有所增大，最大干密度则减小，表现出一致的规律性。由此可见对于相同剂量的稳定材料，最佳含水量直接影响其最大干密度；当再生粗集料和再生细集料比例不变时，对相同稳定材料，随着比例的增加，最佳含水量增大，最大干密度则减小。水泥稳定再生混合料的最佳含水量均较二灰稳定再生混合料的小，而最大干密度则较大。根据以往研究结论，表现出与天然石料稳定混合料一致的规律性。掺入建筑垃圾后，再生骨料混凝土的表观密度都有所降低。因而再生骨料混凝土自重降低，这对降低建筑物自重，提高构件跨度以及结构抗震能力都有利。相同配合比条件下，废砖替代将降低新拌混凝土的流动性，废混凝土替代将增加新拌混凝土的流动性，但再生骨料替代的新拌混凝土的粘聚性和保水性良好。再生骨料强度较天然骨料强度低，但因再生骨料粗糙，吸水率大，与水泥砂浆界面粘结状况改善，可以部分补偿因骨料自身强度低对硬化混凝土强度形成的不利影响。

2．对混凝土抗压强度的影响。天然骨料混凝土与粗骨料取代再生混凝土的28d抗压强度天然骨料混凝土与细骨料取代再生混凝土抗压强度粗废砖和粗废混凝土取代后的再生混凝土抗压强度基本都低于天然骨料混凝土试件的抗压强度。且粗废砖取代再生混凝土的强度都低于粗废混凝土取代再生混凝土的强度。当废砖取代率为100%时，比基准试件的抗压强度下降了23.7%。首先，由于再生骨料的压碎指标值都小于石子，而砖的压碎指标值又小于混凝土；再者，因为再生骨料颗粒在破碎过程中颗粒内部会产生相对较多的裂纹或微裂纹，对再生骨料混凝土的力学性能具有不利的影响。但在粗骨料取代率为20%时，再生骨料混凝土的抗压强度却均高于基准试件的抗压强度。粗废混凝土取代时的再生混凝土28d抗压强度为33.5MPa，较基准试件提高了5.7%。这是由于再生集料混凝土中，再生集料表面包裹着水泥砂浆，使集料与新的水泥砂浆之间的弹性模量相差很小，界面结合得以加强。同时，再生集料的亲水性强，能很快被水润湿，集料表面的很多微裂缝会吸入新的水泥颗粒，使接触区的水灰比降低，形成致密的界面结构。这样，由于界面结合得到加强，因集料强度较低而导致的混凝土性能的降低会得到一定程度的补偿。另外，由于经过多次破碎﹑筛分过程，原有集料中的软质颗粒﹑粒形不良的颗粒会被淘汰。这些加大粗糙度﹑增加棱角效应﹑粒形的改善和坚固性的选优排劣，使再生集料的性能得以优化，对混凝土强度的提高起到了重要作用。但随着取代率的不断提高，这种因实际水胶比降低而引起的强度增幅可能小于因再生骨料先天缺陷引起的强度降幅，最终再生骨料混凝土的抗压强度仍低于基准混凝土。粗骨料取代时，粗废混凝土取代率为20%～60%，粗废砖取代率为20%，再生混凝土的28d抗压强度均符合C30混凝土要求。粗废混凝土取代率为20%时，配制出的再生混凝土强度最高，高达33.5MPa，比基准试件混凝土强度提高了5.7%。细骨料取代时，细废混凝土取代率为15%，细废砖取代率为10%时，再生混凝土的28d抗压强度较基准试件还略有提高，且均符合C30混凝土要求。通过对再生细集料砂浆砌体沿通缝抗剪试验观察，其破坏特征表现出明显脆性。通过实测数据与现行GB50003—《砌体结构设计规范》中砌体抗剪强度对比，再生细集料砂浆砌体的抗剪强度符合规范计算值，可采用规范规定砌体抗剪强度公式计算。再生细集料砂浆与普通砂浆一样，都是影响砌体抗剪强度的主要因素。根据试验结果可知，砌体抗剪强度将随砂浆强度的提高有明显增长；当砂浆强度较高时，砌体抗剪强度增长相对缓慢。再生细集料砂浆砌体的抗剪强度实测值高于规定值，所以按规范计算再生细集料砂浆砌体抗剪强标准值和设计值安全可行。

3.劈裂强度和抗压回弹模量。按照标准的试验方法，将不同配合比的石灰粉煤灰稳定建筑垃圾再生集料试件养护至180d龄期，测得其劈裂强度和抗压回弹模量值，从上表的试验结果可知，石灰粉煤灰稳定建筑垃圾再生集料具有较高的劈裂强度和抗压回弹模量值。与抗压强度的规律相似，混合料的劈裂强度和抗压回弹模量均随着建筑垃圾再生集料掺入量的增大而降低，相对于全新的石灰粉煤灰碎石，再生集料掺入量混合料的劈裂强度分别降低了而抗压回弹模量分别压强度随取代率增加，其下降幅度较大，但随龄期的增长，强度下降幅度逐渐变小；再生细骨料的取代率由30%增加到50%时，再生细骨料的抗压强度同抗折强度一样，呈现出上涨趋势，3d龄期时的抗压强度增加幅度约为27%，7d龄期时增加幅度约为22%，28d龄期时增加幅度约为17%；再生细骨料的取代率由50%增加到100%时，再生细骨料的抗压强度再次下降，3d龄期时的抗压强度降低幅度约为25%，7d龄期时降低幅度约为23%，28d龄期时降低幅度约为17%，在取代率为100%时，其各龄期的抗压强度均低于取代率为0%时的值。其抗压强度随取代率变化的规律与抗折强度一致。取代率为50%左右时，其抗压强度有明显提升，与天然水泥砂浆的强度相当，但随取代率的继续增加，其抗压强度持续下降，其主要由于再生细骨料本身性能的不利影响程度高于优化级配的有利影响。再生细骨料本身基本性能较天然细骨料差，主要表现为表观密度小，堆积密度小，吸水率大，含泥量大，级配较差，这些都导致其利用率较低。在今后的研究中可对其进行一定方式的处理，以提高其本身的性能，从而改善再生水泥制品的性能。在控制水泥胶砂扩展度相同的条件下，由于再生细骨料较大的吸水率影响，制备再生水泥胶砂时的总用水量随再生细骨料取代率增加而增加，应当采取合理的搅拌工艺或添加减水剂以减少再生水泥胶砂的用水量。再生水泥胶砂的抗折强度及抗压强度随取代率的增大出现波动形式。当再生细骨料取代率低于30%时，其抗压强度，抗折强度均逐渐下降；当取代率大于30%时，其抗压强度，抗折强度随取代率的增加逐渐增大，且在取代率约为50%时，再生砂浆强度的达到最大，可以达到设计强度；当取代率大于50%时，随取代率的增加，其强度再次呈现下降趋势。因此，此试验中，再生细骨料的取代率取值为50%左右时，较为适宜。

对砖混结构物拆除产生的废砖进行破碎筛分后形成的细集料，全部代替天然砂配制出不同强度的混合砂浆。通过不同强度等级再生细集料砂浆砌体沿通缝抗剪试验，再生细集料砂浆砌体抗剪强度高于《砌体结构设计规范》。可为再生细集料砂浆在实际工程中的应用及类似试验研究提供参考依据。

参考文献：

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