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陶瓷廢料用作混凝土再生骨料對混凝土性能影響研究

文檔作者：韓佛添文檔來源：廣州市廣泓混凝土有限公司		點擊數：	更新時間： 2021年04月20日
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廣東建材2014年第6期材料研究與應用
陶瓷廢料用作混凝土再生骨料
對混凝土陛能影響研究
韓佛添
(廣州市廣泓混凝土有限公司)
【摘要】陶瓷廢料作為再生骨料用于混凝土中，既可以減少廢棄物的堆放，又可以為混凝土提供
骨料的來源，因而越來越得到了關注。本文就是選取某陶瓷』一的陶瓷廢料制作再生骨料，然后分別以
20％、25％的取代率取代天然骨料制備混凝土，研究了混凝土的力學性能，混凝土中孑L的情況及吸水特
性。研究發現：混凝土的抗壓強度和劈裂抗拉強度隨著陶瓷再生骨料取代率的提高而提高；陶瓷再生
骨料的摻加改變了混凝土中孔隙的特征；混凝土的吸水率隨著陶瓷再生骨料取代率的增大而增大，但
是仍具有良好的耐久性。
【關鍵詞】陶瓷廢料；混凝土：再生骨料；吸水率
1前言
我國是陶瓷生產和消費大國，陶瓷產量已連續13
年居世界第一位，生產和消費均占全球總量的50％E1，2|。
一方面，陶瓷在生產過程中因各種原因有5％～26％的陶
瓷廢品率，僅廣東佛山陶瓷產區，陶瓷廢料的年產量已經
超過400萬t，而全國陶瓷廢料的年產量約為1000萬t[3]。
另一方面，每年因為建筑物拆除及裝修而產生的建筑陶
瓷和日用陶瓷制品垃圾數量也是巨大的。少量的陶瓷廢
料被回收利用，但大量的陶瓷廢料及陶瓷垃圾都直接進
行填埋處理，不僅占用大量土地，而且對當地地下水及
環境造成污染。
而建筑行業的主要建筑材料混凝土，其主要組成部
分的天然骨料的供應由于本行業的需求量的增長，對環
境和資源造成了重大的負擔，部分地區已經無法滿足正
常的需求。面對現實的問題，很多學者及混凝土企業開
始關注再生骨料的使用，將建筑垃圾、部分工業副產品
及廢品進行破碎、篩選、清洗、分級后作為再生骨料用于
混凝土中，這樣既可以減少垃圾的填埋，保護土地及防
止環境及水的污染，又能解決目前混凝土行業對骨料的
需求，達到雙贏的目的，實現可持續發展[4]。
陶瓷廢品及陶瓷垃圾已經完全燒結致密而具有較
高的強度[51，因此，將陶瓷廢品及陶瓷垃圾破碎后作為
再生骨料(以下簡稱“陶瓷再生骨料”)是可行的，并得到
了國內很多學者的研究帥]，研究的重點主要是在陶瓷
再生骨料混凝土的力學性能方面，對耐久性能方面研究
較少。本文利用某陶瓷廠的陶瓷廢料制備混凝土再生粗
骨料，按一定比率替代天然粗骨料制備再生骨料混凝
土，并對其力學性能和耐久性能進行研究。
2試驗材料及方法
2．1試驗原材料
水泥選用中材水泥有限責任公司產“中材”牌
P·042．5R水泥，其化學成分見表1。細骨料選用廣東西
江河砂，中砂，細度模數是2．4。天然粗骨料選用肇慶產
的碎石，5～25mm連續級配。陶瓷廢品來源于佛山某陶
瓷廠產的衛生潔具廢品，用顎式破碎機破碎成5～15mm
的連續級配用于替代天然粗骨料拌制混凝土。兩種骨料
都能滿足混凝土中對于粗骨料粒徑的要求，但由于陶瓷
廢料本身具有很多非常細薄的部位，再加之破碎是用顎
式破碎機破碎，因此，陶瓷骨料形狀具有不規則形狀和
尖銳的邊緣。陶瓷骨料的內部部分和表面部分非常容易
區分，因為內部基體部分表面會覆蓋一一層0．3mm厚的釉
層。陶瓷再生骨料的針片狀含量相對于天然骨料較多，
表1水泥的化學組成
原材料Si02 A1 203 Fe203 CaO MgO S03 K20 Ti02 L01
水泥20．85 4．56 3．23 63．01 1．60 2．06 0．38 0．10 3．10
表2碎石和陶瓷再生骨料的特征參數
5一
萬方數據
材料研究與應用廣東建材2014年第6期
并且孔隙率高于天然粗骨料的，尤其是10 u in以下的數
量遠遠大于天然粗骨料的。兩種骨料的性質見表2。
2．2試驗方法
試驗用混凝土的配合比見表3。本實驗配制三種混
凝土進行試驗研究，分別是沒有使用陶瓷再生骨料的混
凝土(編號RC)作為基準比對樣。另外兩種是分別用陶
瓷再生粗骨料替代20％年D 25％的天然粗骨料(編號為
CC一20，CC一25)制備混凝土，試驗過程中保持水灰比及用
水量不變。
表3混凝土i-己合比
2．2．1混凝土的孔分析
混凝土中的孔分析采用壓汞法進行試驗，實驗儀器
采用麥克默瑞提克儀器有限公司產AutoporeIV9500系
列高性能全自動壓汞儀。可測量直徑在0．003～200 u m
之間，試樣在實驗前分別在60℃溫度下烘到恒重，然后
再抽真空30min后進行測試。
2．2．2混凝土強度試驗
將制備好的混凝土分別成型150mm X 150mm X
150mm試塊兩組，帶模養護1d后拆模，然后放入到標準
養護室養護到28d齡期后進行混凝土的抗壓強度，劈裂
抗拉強度試驗，試驗方法按照GB／T 5008卜2002進行。
2．2．3混凝土的吸水率試驗
成型lOOmmX lOOmmX lOOmm的混凝土試塊，并養護
到28d齡期后，除了吸水面外，其他的面都用石蠟密封，
將試塊測試面放入水中，分別在5min、lOmin、30min、
60min、120min的時間間隔內將試件取出，用濕抹布擦
干表面的水滴，然后稱重，稱重后放回到水中繼續浸泡，
完成上述時間間隔后，繼續將試件放回水中浸泡，直到
試件浸泡24h后取出試件，稱量試件最終重量，作為總
的吸水量。然后將每個試件間隔的吸水重量折算成吸水
高度，以吸水高度為縱坐標，以該試件間隔的平方根為
橫坐標作圖，對各點進行線性擬合，取擬合直線的斜率
為吸水率值，單位為mm／min“5。
3試驗結果及討論
6—
3．1混凝土的力學性能
圖1、圖2和表4給出了混凝土的28d抗壓強度值
和劈裂抗拉強度值。由圖和數據可以看出，混凝土的抗
壓強度和劈裂抗拉強度都隨著陶瓷再生骨料摻量的增
加而提高，摻有25％陶瓷再生骨料的混凝土的抗壓和劈
裂抗拉強度相比基準樣分別提高了13％、22％，其結果與
其他研究者得出的結論一致。摻有陶瓷再生骨料的混凝
土之所以能提高強度，主要與再生骨料的內在特征有關
系，陶瓷再生骨料由于進行破碎，產生了很多不規則的、
粗糙的表面，增大了骨料的比表面積，增大了骨料和漿
體的接觸面。另一方面，這種粗糙、不規則的形狀改善了
界面過渡區的情況，提高了界面區的強度，而碎石表面
相對較光滑，其與水泥石粘結力比較差。通過摻加陶瓷
再生骨料來替代部份碎石后，混凝土的強度會明顯提
高。因此通過使用陶瓷再生骨料來替代天然骨料，在力
學方面是完全可行的。
溉壤土種類
圖1各種混凝土的28d抗壓強度值
圖2各種混凝土的28d劈裂抗壓強度值
表4混凝土28d強度值
O
O
O
O
●
O
．氅噸基景幽囂
萬方數據
廣東建材2014年第6期材料研究與應用
3．2混凝土的孔分析
研究陶瓷再生骨料對混凝土微觀結構的影響可以
通過總孔隙率、平均孔徑和孔的分布來進行分析。表5
是各種混凝土的總孔隙率和平均孔徑的數據，陶瓷再生
骨料相對碎石來講，孔隙率大，但是通過表5的數據可
知，隨著陶瓷再生骨料取代比例的提高，總的孔隙率增
大，但增大程度不高。混凝土的平均孔徑隨著陶瓷再生
骨料取代比例的提高反而減小。這可能與陶瓷再生骨料
本身的孔徑分布有關系，因為本實驗用的陶瓷再生骨料
中含有很多孔徑0．1 u Ill以下的孔。
表5混凝土28d的總孔隙率和平均孔徑
圖3給出了各種混凝土的孔分布情況，由圖可知，
在0．1 u m以上的孔，基準樣混凝土大于摻有陶瓷再生
骨料的混凝土，而0．1 ta m以下的孔分布正好相反。陶瓷
再生骨料的加入改變了混凝土中孔徑的分布，使孔更加
細化。
到
蓁霧鷹霎讕闌
圖3各種混凝土的孔徑分布
3．2混凝土的吸水性
混凝土的透水性是混凝土耐久性好壞的指示劑，它
可以量化混凝土抵抗外在物質的滲透性能，因為水是外
界各種有害離子進入混凝土的主要載體，也是混凝土產
生凍融破壞的主要原因。混凝土耐久性的優劣可以通過
混凝土對水的抗滲透性能來評價。水的滲透性與混凝土
的孔結構，骨料特征及相對濕度有關系。所以對于本身
孔隙率相對較高的陶瓷再生骨料混凝土的吸水性進行
了研究。表6給出了各種混凝±的總吸水量，由表可以
看出，隨著陶瓷再生骨料的增大，其吸水量也在變大，
Cc一20、CC一25分別提高了32％、45％。產生如此大的吸水
量，一方面是由于陶瓷再生粗骨料本身有著較多的孔隙
而產生的高吸水特性，另一方面，由于陶瓷再生骨料對
混凝土孔結構的改變。
表6各種混凝土的總吸水量
混凝土總的吸水量(％)
RC
CC-20
CC一25
2．07
2．74
3．0l
表7和圖4給出了三種混凝土的吸水率。可以看
出，混凝土的吸水率隨著陶瓷再生骨料取代率的增大而
增大，CC-20、CC-25兩種混凝土的吸水率分別提高了
11％和38％。這樣的結果最直接的原因就是混凝土中陶
瓷再生骨料的本身的孔徑分布中小于0．1 u m的毛細孔
的比例增多。毛細孔吸水能力提高，從而其吸水率大。
國外文獻中通過混凝土的吸水率的大小可以對混
凝土的耐久性進行評價，當混凝土的吸水率小于
3mm／hn 5時，可以將混凝土判斷為耐久性好的混凝土。按
照這種劃分，摻有20％、25％陶瓷再生骨料雖然其吸水率
比基準混凝土的高，但仍然可以認為是具有較好耐久性
的混凝土。
表7各種混凝土吸水高度
與時間間隔平方根的擬合方程
{
藿
謄
圖4各種混凝土的吸水率
4結論
通過以上的試驗可以得到以下的結論：
(1)在一定的范圍內，摻有陶瓷再生骨料的混凝土的
抗壓強度和劈裂抗拉強度隨著陶瓷骨料替代率的增大
而增大。也就是摻有陶瓷再生骨料后能夠改善混凝土的
力學性能。
一7
一
一
一
一
一
一
一
一
一
P毛鞲堆晶辱一
萬方數據
材料研究與應用廣東建材2014年第6期
白水泥生料預分解特性分析
蘇良德
(中國建材檢驗認證集團廈門宏業有限公司)
【摘要1本文采用綜合熱分析技術，將白水泥生料和普通水泥生料進行對比，實驗結果表明白水
泥生料和普通水泥生料的熱分解階段一致，熱分解動力學機理一致，表明普通水泥的預分解窯工藝可
以應用于生產白水泥。
【關鍵詞】白水泥；預分解窯工藝；熱動力學
1前言2實驗部分
國內白水泥生產始于20世紀80年代初[1]，2000年
至今，國內白水泥行業雖然有一定的發展，但大部分白
水泥生產線采用的仍是20世紀90年代的干法中空窯
生產工藝，工藝水平與國外存在一定的差距。
新型干法預分解窯生產工藝在普通水泥生產中已
經廣泛應用，技術成熟，但應用于白水泥生產時間較晚。
光華水泥廠于90年代初期建設了國內第一條實驗性質
的白水泥預分解窯生產線乜]，但國內真正意義上的白水
泥預分解窯是由天津水泥設計院設計的安慶阿爾博白
水泥生產線[3]，該生產線設計年產白水泥熟料40萬噸，
年產白水泥60萬噸，熱耗約為5000kJ／kg．cl。使用預
分解窯工藝生產白水泥，可以降低產品能耗，提高產品
的質量，但由于白水泥生產的特殊性，投資比同等規模
的普通水泥預分解窯生產線高，操作難度大，阻礙了白
水泥預分解窯在國內的推廣。
本文通過對白水泥生料預分解特性的分析，探討白
水泥預分解窯工藝的適應性，為白水泥預分解窯工藝的
改進與推廣提供一定的參考。
(2)陶瓷再生骨料的摻入提高了混凝土的孔隙體積，
但是降低了平均孔徑，改變了孔徑分布，增大了小孔徑
部分的孔的數量。
(3)摻有陶瓷再生骨料的混凝土的吸水量和吸水率
都隨著替代率的提高而增大，但其吸水率值都小于
3mm／hO．5，仍屬于耐久性好的混凝土。●
【參考文獻】
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2005，12(4)：4卜44．
一8—
2．1原料
實驗使用的白水泥生料取自某白水泥預分解窯生
產線，普通水泥生料取自某普通水泥預分解窯生產線，
水泥生料化學成分如表1所示：
表1實驗原材料的主要化學成分％
Loss Si02 A1 203 Fe203 CaO MgO
白水泥生料35．12 15．38 2．25 0．37 46．28 0．32
普通7K泥生料34．5 13．52 2．92 2．37 43．46 0．03
2．2實驗方法
綜合熱分析實驗：將白水泥生料和普通水泥生料于
105℃干燥至恒重后用80 u m的振動篩進行篩分，取篩
下部分用于綜合熱分析實驗，取兩種試樣各lOmg左右，
在空氣氣氛下通入流量為20mL／min的空氣流，在程序
控制下以lOK／min的恒定升溫速率由20℃加熱至
】400℃。
3結果與討論
[3]侯來廣，曾令可．陶瓷廢料的綜合利用現狀[J]．中國陶瓷工
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萬方數據

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