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黏土砖再生骨料性质及其对水泥基材料强度的影响 ＊ 严捍东 陈秀峰 华侨大学土木工程学院, 福建 泉州 362021 摘要 在系统测试不同粒级黏土砖再生骨料表观密度、堆积密度、1 h吸水率、孔隙率、空隙率等物理性质变化规律的 基础上, 测试黏土砖再生骨料混凝土抗压强度和砂浆抗折强度、折压比随龄期的变化, 通过对 3组不同水泥用量黏土 砖再生骨料混凝土和陶粒混凝土不同龄期抗压强度的比较, 得出因黏土砖再生骨料物理和低强度特性, 与可比较的陶 粒混凝土相比, 其混凝土表观密度大, 抗压强度低, 黏土砖再生骨料低强度特性在高水泥用量或后龄期时对混凝土强 度的不利影响更明显。 关键词 黏土砖 再生骨料 陶粒 混凝土 砂浆 ＊泉州市科技局 2004年度科技计划项目 2004S1 ; 泉州市建设局全 国建设科技发展重点实施项目 2003028 ; 福建省建设厅2004 年建设 科技项目 04 -1 -05 ; 华侨大学高层次人才科研基金项目 02BS205 。 0 引言 目前, 我国混凝土年用量已超过20 亿 t , 占世界 总用量的 1 4 以上 ,混凝土体积的 75～ 80为砂石 骨料, 每年配制混凝土需开采细骨料约6 亿 t , 粗骨料 约10 亿 t ,混凝土材料在为人类创造美好家园的同 时,也对资源和环境产生了不可忽视的负面影响。利 用建筑工程废弃混凝土、砂浆、黏土砖开发可替代天 然砂石的再生骨料, 是建筑垃圾排放费用很高且天然 骨料资源较紧缺国家或地区急需的技术 ,国内外对废 弃混凝土再生骨料混凝土研究的报道较多,但对废弃 黏土砖再生骨料及其混凝土研究的报道却相对较少。 国内相关研究表明 [ 1- 5] , 黏土砖再生骨料性能接 近于轻质骨料, 主要对新拌混凝土和易性产生不利影 响,骨料性质及配合比参数 砂率 、 水灰比等 对混凝 土强度有影响, 经适当配合比设计其混凝土强度可达 40～ 50MPa ,具有良好热工性能和耐久性 。利用黏土 砖再生骨料制备墙体材料是其再生利用的方向 [ 6- 7] 。 通过试验研究黏土砖再生粗、细骨料的基本物理 性能及其对混凝土和砂浆强度的影响程度和规律 ,通 过不同水泥用量的 3 组配合比, 系统比较黏土砖再生 骨料混凝土与陶粒混凝土不同龄期强度的差异。 1 试验 1. 1 原材料 水泥 福建永春“一都”牌 P. O32. 5R,3 d抗折强 度 4. 4 MPa, 抗 压 强 度 22. 7MPa , 28 d 抗 折 强 度 6. 3 MPa,28 d抗压强度40. 3 MPa 。 黏土砖再生骨料 废弃黏土砖来源于 GFRP 加固 砖墙抗震抗剪承载力试验, 如图 1 所示, 原黏土砖强 度等级为MU10. 0 [ 8] , 黏土砖经鄂式破碎机破碎后 如 图 2 所示 根据建筑用卵石、碎石 GB T14685 - 2001 、 轻集料及其试验方法第 2 部分 轻集料试验 方法 GB T17431. 2- 1998 对细骨料进行筛分 。 陶粒 4. 75 ～ 19 mm 单 粒级 陶 粒, 堆积 密 度 550 kg m 3 密度等级 600 ,1 h吸水率7. 2, 筒压强度 3. 3 MPa ,陶粒外观如图 3所示。 图1 废弃黏土砖 图 2 经破碎的黏土砖骨料 1. 2 方法 根据 GB T14685 对黏土砖再生粗骨料进行分 级,分别测定各粒级粗骨料的堆积密度、表观密度、 37 环 境 工 程 2008年 8 月第26 卷第4 期 图 3 陶粒外观 1 h吸水率。根据 GB T17431. 2 测定黏土砖再生细 骨料级配、堆积密度 、表观密度 、1 h吸水率和砖粉 0. 16 mm 密度。 混凝土配合比设计根据轻骨料混凝土技术规 范 JGJ51-2002 中全轻混凝土配合比设计方法进 行,全级配 0. 16～ 37. 5 mm 黏土砖再生骨料混凝土 组成材料见表 1, 砂率为 40, 粗细骨料总体积为 1. 10 m 3 , 混凝土试件尺寸为150 mm立方体试件 ,每个 龄期各 3 块 ,试件分别经标准养护 3、 7、14、 28 d后测 定其抗压强度。 采用黏土砖再生细骨料 0. 16～ 5 mm 所配制砂浆中水泥∶ 细骨料 1∶ 1. 2 质量比 , 拌和需水量根据新拌砂浆稠度要求确定 , 试件尺寸 40 mm 40 mm 160 mm , 每个龄期 3 块, 试件分别 经标准养护 3、 7、14、28 d后测定其抗折强度和抗压 强度 。 为比较黏土砖再生骨料与陶粒混凝土强度的差 异,选用密度等级 600 级单粒级为 4. 75 ～ 19 mm的黏 土陶粒,黏土砖再生粗骨料的粒径为 9. 5 ～ 19 mm ,两 种混凝土的细骨料均为黏土砖再生细骨料, 编号中Z 代表黏土砖再生骨料混凝土, T 代表陶粒混凝土, 砂 率为 40, 粗细骨料总体积为1. 20 m 3 , 其配合比见 表2 ,附加用水量按试配时新拌混凝土达到 10 ～ 30 mm坍落度为准,表中附加用水量为实际增加的用 水量 ,试件尺寸为100 mm立方体试件 ,每个龄期 3 块, 试件经标准养护 3、 7 、 14、28 d后测定其抗压强度 。 表 1 全级配黏土砖再生骨料混凝土 各组成材料用量kg m3 水泥粗骨料细骨料用水量理论附加用水量 330515440185262 2 试验结果与分析 2. 1 黏土砖再生骨料物理性质 废弃黏土砖破碎经筛分后 ,测试出各粒级粗骨料 的基 本 物 理 性 质 见表 3 。黏 土 砖 再 生 细 骨 料 含 0. 16 mm的砖粉约为 16. 3, 筛除砖粉后的细骨 表 2 黏土砖再生骨料混凝土和陶粒 混凝土各组成材料用量kg m3 编号水泥粗骨料细骨料用水量 实际附加用水量 总用水量 Z-Ⅰ330540480184157341 T-Ⅰ330396480184100284 Z-Ⅱ280540480157120277 T-Ⅱ280396480157100257 Z-Ⅲ240540480149110259 T-Ⅲ24039648014990239 表 3 各粒级黏土砖再生粗骨料基本物理性质 颗粒粒级 mm 堆积密度 kgm- 3 表观密度 kgm- 3 1 h吸水率 孔隙率 空隙率 37. 5～ 31 . 583563519. 535 . 424. 0 31. 5～ 26 . 580063219. 835 . 121. 0 26. 5～ 1977563418. 235 . 318. 2 19～ 1676063120. 235 . 017. 0 16～ 9. 573562820. 834 . 714. 6 9. 5～ 4. 7572062523. 034 . 413. 2 37. 5～ 4. 7578063018. 934 . 919. 2 5～ 0. 161 00062037. 633 . 938. 0 注 实测砖粉的密度为 0 . 41 g cm3。 料经筛分, 其细度模数为 3. 2, 属粗砂 , 级配合格, 9. 5～ 19 mm再生粗骨料的筒压强度为1. 3 MPa, 其堆 积密度为750 kg m 3 。从表 3 中数据可以看出, 黏土砖 再生粗骨料各粒级的堆积密度随骨料粒径的减小而 降低, 空隙率也随之降低, 1 h吸水率随之增加, 这是 由于骨料破碎得越小 ,原在大颗粒骨料中可能是闭口 的孔隙也被打开 ,骨料内比表面积增大 , 吸水速率和 吸水量增加 ,这从细骨料的吸水率也可以得到证明 。 根据轻集料及其试验方法第 1 部分 轻集料 GB T17431. 1-1998 , 从密度等级来看 , 黏土砖再生 粗骨料属 800 级轻粗骨料, 再生细骨料属1 000级轻 砂; 但筒压强度 ,该黏土砖再生粗骨料能达到密度等 级400 级优等品超轻骨料的要求, 700 级普通碎石型 浮石 、 火山渣、煤渣 优等品或 800 级合格品的要求, 达不到普通人造陶粒筒压强度的要求; 黏土砖再生骨 料颗粒粒形类似于碎石和山砂, 属于碎石型轻骨料, 且其表面不具有人造黏土或页岩陶粒的致密釉质层, 其内部孔隙完全暴露于骨料的表面 ,这势必会提高骨 料的吸水速率和吸水量, 因此, 黏土砖再生骨料的 1h 38 环 境 工 程 2008年 8 月第26 卷第4 期 吸水率均超过普通轻骨料吸水率 10～ 15的要 求,可满足煤渣 22 或天然轻骨料吸水率的 要求 。 2. 2 黏土砖再生骨料混凝土和砂浆强度随龄期的变化 图4 示出黏土砖再生骨料混凝土抗压强度随龄 期的变化 ,其试件抗压强度随龄期延长而提高 ,3 d抗 压强度为11. 7 MPa , 7、14、28 d的抗压强度为3 d抗压 强度的1. 36、 1. 66、 1. 77 倍,黏土砖再生细骨料砂浆的 抗压强度也随龄期延长而增大, 其试件3 d的抗压强 度为17. 5MPa ,其 7、 14、 21、28 d的抗压强度分别为 3d 抗压强度的 1. 42、1. 84、2. 10、2. 37 倍, 强度增长率的 差异随龄期延长而加大, 造成此差异的原因与黏土砖 再生骨料的强度有关 ,粗骨料是构成混凝土强度骨架 的主要材料 ,黏土砖再生粗骨料自身强度低 ,混凝土 受力时,粗骨料与砂浆界面处微裂缝的扩展将更多地 朝向骨料方向, 早期混凝土中砂浆与粗骨料间强度相 差较小 ,粗骨料强度对混凝土强度的影响也较小, 随 龄期延长, 砂浆强度与粗骨料间差距增大 ,粗骨料强 度将成为影响混凝土强度的主要因素 ,图 5 示出28 d 混凝土试件抗压试验的破坏情况, 从中可以清楚地看 到黏土砖再生粗骨料均已破坏 。 图 4 黏土砖再生骨料混凝土抗压强度随龄期的变化 图 5 黏土砖再生骨料混凝土试件破坏形态 图 6 示出黏土砖再生细骨料砂浆抗折强度和折 压比随龄期的变化 。黏土砖再生骨料砂浆的抗折强 度随龄期延长而增大 ,砂浆折压比呈现出早期高后期 低的变化趋势, 这与普通骨料砂浆是相同的 ,但其折 压比并不随龄期 强度 的增加而降低, 而是略有增 大,这与黏土砖骨料自身低强度、 低弹性模量有关 ,这 也表明黏土砖再生骨料水泥基材料后期的硬脆性比 普通骨料水泥基材料低。 图 6 黏土砖再生骨料砂浆抗折强度与折压比随龄期变化 2. 3 黏土砖再生骨料混凝土与陶粒混凝土抗压强度 的比较 表4 示出不同水泥用量时, 各 3组黏土砖再生骨 料混凝土和陶粒混凝土 3、 7、 14、 28 d的抗压强度。从 表4 中数据可以看出 ,在相同水泥用量、相同粗细骨 料用量和砂率的情况下, 在陶粒及其混凝土密度等级 均低于黏土砖再生骨料及其混凝土密度等级时,陶粒 混凝土试件各龄期的抗压强度均高于黏土砖再生骨 料混凝土试件相应龄期的抗压强度 ,这是由于陶粒的 筒压强度高于黏土砖再生骨料 ,骨料筒压强度差异在 较高水泥用量时对混凝土强度造成的差异更大,低水 泥用量时对混凝土强度造成的差异不大 。这也进一 步说明配制黏土砖再生骨料混凝土时,增加水泥用量 虽可以提高混凝土强度, 但水泥用量超过某一范围 后,混凝土强度提高幅度很小, 不同筒压强度黏土砖 再生骨料其适用的水泥用量范围不同,需要进一步试 验以获得数据。 表 4 黏土砖再生骨料混凝土和陶粒 混凝土各龄期抗压强度MPa 编号3 d7 d14 d28 d干表观密度 kgm- 3 Z -Ⅰ11 . 213 . 118 . 422 . 81 690 T -Ⅰ13 . 615 . 320 . 725 . 61 510 Z -Ⅱ11 . 213 . 217 . 619 . 81 640 T -Ⅱ11 . 413 . 218 . 920 . 21 390 Z -Ⅲ5 . 77 . 911 . 313 . 91 580 T -Ⅲ6 . 18 . 411 . 514 . 61 310 注 表中强度均已乘以0. 95 试件尺寸换算系数。 3 结论 1 黏土砖再生骨料颗粒粒形类似于碎石和山砂, 下转第 42 页 39 环 境 工 程 2008年 8 月第26 卷第4 期 堆积赤泥 。 随着地理纬度的不同 ,各地的蒸发量不同 。通过 计算分析, 求得考虑降雨影响的年均可蒸发深度, 结 合赤泥中所要蒸发出的水分估计堆场的蒸发能力。 同时, 还要考虑年内降雨 、 蒸发分配的不均制定堆场 分区运行的方法 。 广西苹果铝厂采用过滤机处理赤泥时每生产 1t 氧化铝需1 m 2的蒸发面积, 从 10余年的运行结果看, 可以满足要求 。最好时可达到1 t氧化铝仅需0. 6 m 2 的蒸发面积。根据分析, 在我国南方一般地区采取压 滤机处理赤泥时每生产1 t氧化铝需 0. 3～ 0. 5 m 2的蒸 发面积。从水文气象资料看, 我国北方一般地区可以 向上高出 1. 5～ 2 倍,或者更多。 稳定分析结果表明, 接近塑限的赤泥的堆积坡度 与粉土相当,可陡于 1∶ 1. 5。但从坡面防护 绿化 考 虑,赤泥堆积外坡一般不陡于 1∶ 2. 0。从赤泥运输到 堆场的道路要求出发 ,一般每上升6 m高左右设一道 6 m左右宽的车道 马道 。堆成后的坡段采用块石 或草皮 护坡。 4 对已有赤泥堆场进行干法改造 目前, 随着环境保护要求的提高 , 不少赤泥堆场 有改湿法为干法的要求 。拜尔法赤泥库内的赤泥一 般程软塑或流塑状, 与淤泥相近 。进行干法改造时, 除了要改造赤泥滤干和运输系统外 ,还要对原来的软 弱赤泥进行加固 ,否则将无法原地向上堆积。根据经 验,堆场内的拜尔法赤泥经一段时间晾晒后, 表层 厚 度可达5 m 可呈硬塑状。随着深度增加排水困难 ,深 层赤泥的含水量接近饱和状态 , 承载力很小 ,标准贯 入度可能不到 2 击。可根据碾压式土石坝设计规 范 SL274-2001 第 6. 4. 4 和 2. 0. 8 条等有关规定, 并按照建筑地基处理技术规范 JGJ79 -2002、 J220- 2002 采取处理措施。针对上部荷载 新堆干 赤泥 一般上升速度慢 一年只有几米到十几米 的特 点,从经济角度出发 ,推荐采用排水固结方法 。 参考文献 [ 1] 田跃. 平果铝厂赤泥堆场堆存能力估计. 有色金属, 1996 5 35 -37 [ 2] 田跃, 王福兴, 马尚成. 赤泥堆存的力学特性. 轻金属, 1998 2 32 -34 作者通信处 田跃 550003 贵州省贵阳市北京路 208 号 贵阳铝镁 设计研究院 电话 0851 4898647 E -mail tianyue5851yahoo . com. cn 2007- 12-21 收稿 上接第 39页 其表面不具有人造黏土或页岩陶粒的致密釉质层 ,内 部孔隙完全暴露于骨料的表面 ,骨料的吸水速率和吸 水量高,较难达到普通人造陶粒筒压强度的要求。 2 黏土砖再生骨料可用于配制混凝土或砂浆, 与普通骨料水泥基材料相同, 其抗压强度 、 抗折强度 随龄期延长而提高 ,折压比则随之降低 , 但其后期脆 性可能低于普通骨料水泥基材料。 3 与陶粒混凝土相比 ,黏土砖再生骨料混凝土 表观密度大,抗压强度则低。黏土砖再生骨料低筒压 强度的特性在高水泥用量和后龄期时对混凝土强度 的不利影响更明显。 参考文献 [ 1] 王长生. 再生黏土砖混凝土性能试验. 房材与应用, 2001,29 1 44 -45 [ 2] 范小平. 再生黏土砖骨料混凝土的性能研究. 福建建材, 2006 3 27 -28 [ 3] 曾路春. 废混凝土作粗集料、废砖作细集料制备再生混凝土的 实验研究. 墙材革新与建筑节能,2006 8 35 -36 [ 4] 程海丽. 废砖粉在建筑砂浆中的应用研究. 北方工业大学学报, 2005,17 1 89 -93 [ 5] 胡金鸿, 马嵘. 水灰比对碎砖再生混凝土性能的影响研究. 嘉 兴学院学报, 2003, 15 S1 94 -96 [ 6] 金立虎, 黄军妹. 用废黏土砖集料配制砌块的试验. 建筑砌块与 砌块建筑, 2001 6 17 -19 [ 7] 郝彤, 刘立新, 于秋波, 等. 再生混凝土多孔砖 碎砖配合比实 验及其成型工艺研究. 建筑科学,2006, 22 5 55 -58 [ 8] 王全凤, 柴振岭, 黄奕辉, 等. GFRP 加固砖墙抗震抗剪承载力的 设计公式. 工业建筑, 2006 6 96 -99 作者通信处 严捍东 362021 福建省泉州市城东 华侨大学土木工 程学院 E -mail hdyanhqu. edu. cn 2007- 10-31 收稿 42 环 境 工 程 2008年 8 月第26 卷第4 期 FIELD TRIAL OF LFG COLLECTIONAND STUDY ON ENGINEERING DESIGN PARAMETERS Xu Xuesong Gong Huijuan Chen Zezhi et al 28 Abstract The static and dynamic s of LFG collection field trials in some landfill sites are introduced. The field trial data are analyzed and design parameters of a project are put forward. Keywords landfill gas LFG influence radius TREATMENT OF TANNERY SLUDGE AND STUDY ON ITS REUSE Li Wenbing Hu Xingen Xia Fengyi et al 31 Abstract In the tannery wastewater treatment process, a great deal of tannery sludge will be produced. The sludge contains many contami- nants, such as N, P and K, especially chrome. According to the definition of hazardouswastes, tannery sludge falls into the catalogue of danger - ous solid wastes, it can contaminate water and soil near a tannery factory. Thus well processing of the sludge is very crucial for tannery industry. In this paper, treatments and reuses of the sludge as raw material both at home and abroad are introduced, and the prospect that combustion is a goodway to process tannery sludge, and reuse of the sludge is the best way for China, has been pointed out. Keywords tannery sludge treatment combustion reuse PROCESS SCHEME FORDISPOSAL OF SLUDGE AFTERTREATING WATER FROM A CANAL Zhang Jian 34 Abstract The trestment process of water from Dongguan Canal and the sludge produced in the process are introduced briefly. Considering the characteristic of high contentof aluminum in the sludge, heat treatment and acidleaching were tested for the sludge. Basedonwhich, a practi- cal and effective processing was proposed, i. e.the sludge was first treated by drying and calcination to reduce its weight, and then the valuable metals were recycled. The reuse of sludge iswell solved during the recycling aluminum oxide in the sludge, by which the reuse of solid wastes is realized. Keywords reducing sludge by drying and calcination reuse of solid waste recycling aluminum oxide canal water treatment PROPERTIES OF CLAY BRICK RECYCLED AGGREGATE ITS EFFECTS ON STRENGTH OF CEMENT-BASED MATERIALSYan Handong Chen Xiufeng 37 Abstract The changing law of the physical properties, such as apparent density, bulk density, water -absorbing ratiowithin one hour, poro - sity and void ratio to the clay brick recycled aggregateswith different grain size degree were measured systematically in the paper. On the basis of which, the change pattern with the curing age were testedfor compressive strength of concrete andflexural strength as well as flexural-compressive ratio of mortar prepared with the clay brick recycled aggregate.As compared to the comparable ceramsite concrete, the clay brick recycled ag - gregate concrete had higher apparent density and lower compressive strength because of physical properties and low strength of recycled aggregate, by comparing the compressive strength at different curing age betweenthree sets of recycled aggregate concrete and ceramsite concrete with differ - ent cement content respectively . The disadvantageous influence of low strength property of clay brick recycled aggregate on the concrete strength could be obvious at the condition of higher cement content or later age. Keywords clay brick recycled aggregate ceramsite concrete mortar RECONSTRUCTION OF DRY RED MUD DUMPTian Yue 40 Abstract It is introduced the necessity of dry storing red mud and its design principle. The s and suggestions on the reconstruction of wet dump are also indicated in this article, which is consistencewith the priciples of saving land, sustainable development and renewable energy sources called on by the party and the state. Keywords redmud dry design and re of dump DESIGN OF PROCESSING DEVICE FOR WASTED DRY CELLS Zhao Bo Liu Hua Cui Xiangpo et al 43 Abstract A processing device for wasted dry cells is designedby physicals, such as crushof dry cells and initial separation, which can facilitate the reuse of subsequent materials and their chemical treatmnet. Keywords battery treatment recover APPLICATION OF SIMULATOR TO DESIGN OF ACTIVATED SLUDGE PROCESS FOR WWTP Chen Lirong 45 Abstract Based on determination of influent components, the activated sludge simulator was applied in the process of designing the fourth municipal sewage plant in Xi an. According to the results of simulation, the design of a sewagt treatment plant by mathematics model was more reliable and scientific than the sludge load . Keywords municipal wastewater No. 1model of activated sludge simulation process design 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 4,August, 2008