一种再生细骨料自流平砂浆及其制备的制作方法

本发明属于建筑技术领域，具体涉及一种含有再生细骨料的砂浆及其制备方法。

背景技术：

建筑垃圾指在新建、改造或者拆旧建筑物或构筑物活动中产生的废弃物，通常包含渣土、废旧混凝土、废旧砖石等，同时还包含在现场活动中出现的盈余、损坏和临时物料。随着城市化的发展，建筑垃圾日益增多，建筑垃圾再生骨料的应用成为趋势。

再生骨料与天然骨料相比有一定的差别，首先再生骨料有着较高的孔隙率与吸水率，其次强度低于天然骨料。如何合理的运用再生骨料使其为混凝土提供更优异的性能是当前研究的重点^[1]。

fathifazl^[2]提出的相同砂浆体积法(emv)理论指出按照与对比普通混凝土砂浆总体积相等的原则配制再生骨料混凝土，其中再生混凝土中砂浆总体积由新拌砂浆体积和再生骨料附着砂浆体积构成。因此，相同水胶比条件下应用emv法配制的再生混凝土，其强度及弹性模量均接近对比天然骨料混凝土，并且离散性小。但由于新拌砂浆体积远小于对比普通混凝土砂浆体积，新拌混凝土的和易性不易满足使用要求。齐秀山^[3]将机械强化过后的再生骨料与简单破碎后的再生骨料进行比对，发现胶凝材料一定时，随着再生骨料替代率的增加，28d强度都有所降低。但机械强化后的骨料比简单破碎的强度要高。

pereira和evangelista^[4]研究发现再生细骨料替代20％～30％天然细骨料时混凝土抗压强度出现了升高。赖兆琼^[5]将fuller最大密度曲线应用在管桩混凝土配制中，认为利用最大密度曲线同时控制好粗骨料的大石比例和平均粒径值就能实现对骨料级配的调控，配制出较为满意的混凝土。王立久^[6]针对沥青混合料中骨料的作用，分别应用填充、堆积和分形三大理论推导出粗骨料和细骨料级配设计的数学模型，并且设计实验进行验证，结果均满足要求。

综上研究发现，前人对再生骨料替代率的研究较多，再生骨料级配对混凝土性能的影响研究较少，利用密度堆积理论的研究大多数只适用于沥青混合材料上。

参考文献

[1]宋少民.土木工程材料.武汉:武汉理工大学出版社,2013

[2]gfathifazl，aabbas，agrazaqpur，etal.newmixtureproportioningmethodforconcretemadewithcoarserecycledconcreteaggregate[j].journalofmaterialsincivilengineering，2009，21(10)∶601－611.

[3]齐秀山,李秋义,王军委.不同掺量的强化再生骨料与简单再生骨料对再生混凝土力学性能影响的试验研究[j].工程建设,2015,47(1).

[4]pereirap，evangelistal，debritoj.theeffectofsuperplas-ticisersontheworkabilityandcompressivestrengthofcon-cretemadewithfinerecycledconcreteaggregates[j].constructionandbuildingmaterials，2012，28(1):722－729.

[5]赖兆琼,黄红建,陈兆铭,等.fuller曲线在管桩混凝土生产中的应用[j].广东建材,2013,29(7):15-18.

[6]王立久,刘慧.骨架密实型沥青混合料集料级配设计方法[j].中国公路学报,2008,21(5):6-9.

技术实现要素：

为了解决建筑垃圾资源回收利用的问题，本发明的第一个目的是提出一种再生细骨料自流平砂浆。

本发明的第二个目的是提出一种再生细骨料自流平砂浆的制备方法。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种再生细骨料自流平砂浆，包括质量份的以下成分：水泥600～700份，粉煤灰20～40份，硅灰10～15份，再生细骨料200～240份，锯末40～110份，憎水剂3～6份，减水剂10～15份，水300～500份。

其中，所述水泥为快硬硫铝酸盐水泥，和/或，所述硅灰的活性指数为110～125。

其中，所述锯末的表观密度为0.2～0.7g/cm³，减水剂为聚羧酸减水剂，木质素磺酸盐类减水剂，萘系磺酸盐甲醛缩合物，三聚氰胺甲醛缩聚物，丙酮磺酸盐甲醛缩合物，氨基磺酸盐甲醛缩合物中的一种或多种。

所述憎水剂可采用市购的憎水剂。

其中，所述再生细骨料包括：4.75～1.18mm的大颗粒，1.18～0.3mm的中颗粒，0.3mm以下的小颗粒。

优选地，所述再生细骨料质量百分比的组合为：大颗粒20～70％，中颗粒21～37％，小颗粒5～50％。

更优选地，所述再生细骨料质量百分比的组合为：大颗粒44～55％，中颗粒21～25％，小颗粒20～31％。

一种再生细骨料自流平砂浆的制备方法，以水泥、粉煤灰、硅灰、再生细骨料、锯末、憎水剂、减水剂和水为原料，制备砂浆试块测定抗折强度和抗压强度，通过fuller法、k法或者i法，分析再生细骨料级配对强度的影响规律，获得适宜的再生细骨料的级配。

其中，关于最佳堆积密度的颗粒分布情况，一些学者主张使用上世纪90年代初fuller和thompson提出的理想筛析曲线，简称fuller曲线。

k法可以控制最小粒径的大小，这样可以保证计算出的级配在较小粒径时的通过率在可接受的范围内。

i法是当颗粒粒径递减时，采用通过百分率递减系数i为参数的矿料级配组成的计算方法。

进一步地，采用fuller法、k法或者i法中的一种进行分析时，将再生细骨料每种颗粒所占比例逐级增减设置5～6级，设置5～6个不同级配的样品，制备砂浆试块测定抗折强度和抗压强度；逐级增减的比例为2～4％。

其中，所述的制备方法，包括步骤：

1)将水泥、锯末、粉煤灰、硅灰、再生细骨料混合均匀制为粉料；再将水、减水剂、憎水剂混合均匀制为液料；

2)向容器中先加入液料再加入粉料，搅拌10～30s后加入再生细骨料，继续搅拌2～10min，将砂浆拌合物插捣成型，养护固化。

更进一步地，

所述fuller法是依据fuller曲线进行级配；

所述k法采用下式进行级配：

式中：px—矿料在第x级筛孔的通过率(％)；

x—矿料粒径的级数，x＝3.32lgd1/dx，dx为第x级筛孔粒径；

k—质量递减系数，选用0.75～0.80；

m＝3.32lgd1/dm，d1为最大粒径，dm为最小粒径。

所述i法计算公式为:

px＝100×i^x-1(公式2)

式中：px—矿料在第x级筛孔的通过率(％)；

x—矿料粒径级数，最大粒径为d1时：x＝1，d1/2时：x＝2；

i—通过百分率递减系数，选取i值为0.55～0.75，每组之间间隔0.05。

本发明的一种优选技术方案为：

所述的i法分析包括操作：以水泥、粉煤灰、硅灰、再生细骨料、锯末、憎水剂、减水剂和水为原料，将再生细骨料的大颗粒在44～70％范围内，中颗粒在25～21％的范围内，小颗粒在9～31％范围内，每种颗粒所占比例逐级增减设置5～6级，逐级增减的颗粒所占比例的差值为2～3％；

制备砂浆试块，标准养护，测试3d、7d的抗折强度和抗压强度，通过i法分析再生细骨料级配对强度的影响规律。

本发明提出的方法具有以下优点：

本发明采用三种粒度的再生骨料，选择了合理的颗粒组合，使骨料堆积后的总表面积和空隙率均较小，则在浆体用量一定时，可以很好地与骨料结合，提高砂浆强度。

本发明利用fuller级配曲线、i法和k法等级配理论设计再生细骨料的颗粒级配，研究不同级配再生细骨料对制作轻质保温内墙板自流平砂浆强度的影响，获得最佳的再生细骨料组合，为实际生产提供参考。

本发明提出用i法所配制出的自流平砂浆强度高，在抗压强度与k法相近的同时表现出优异的抗折强度，可满足生产墙板对抗折强度的要求。

附图说明

图1为细骨料理想fuller级配曲线。

图2为fuler不同级配组合对砂浆抗折强度的影响曲线图。

图3为fuller不同级配组合对砂浆抗压强度的影响曲线图。

图4为k法级配组合对抗折强度的影响曲线图。

图5为k法级配组合对抗压强度的影响曲线图。

图6为i法级配组合对抗折强度的影响曲线图。

图7为i法级配组合对抗压强度的影响曲线图。

具体实施方式

以下以具体实施例来进一步说明本发明技术方案。本领域技术人员应当知晓，实施例仅用于说明本发明，不用于限制本发明的范围。

实施例中，如无特别说明，所用技术手段为本领域常规的技术手段。

实施例1：

采用42.5快硬硫铝酸盐水泥，ii级粉煤灰，活性指数为115的硅灰，再生细骨料，表观密度为0.5g/cm³的松木锯末，憎水剂(道康宁憎水剂shp-60)，聚羧酸减水剂等。

首先将水泥、木屑、矿物掺和料等混合均匀制成粉料；再将水、减水剂、憎水剂等混合均匀制成液料。向设置有搅拌器的容器中先加入液料再加入粉料，搅拌15s后加入再生细骨料，继续搅拌4min，将砂浆拌合物装入40mm×40mm×160mm试模中插捣成形，标准养护，测试3d、7d的抗折强度和抗压强度。

本实施例中，根据现用的工厂生产配比，试验确定初始配比如表1所示，其中再生细骨料采用三级配，即由4.75-1.18mm大颗粒，1.18-0.3mm中颗粒，0.3mm以下的小颗粒按照质量比例组合而成。初始配比(代号为fx1)中，再生细骨料组合为：大：中：小＝1:1:2。

表1砂浆配合比(g)

实施例2

图1是根据rolandhuttitberndhillemeier提出的理论做出细骨料的理想fuller曲线图。由图1可知，fuller级配为：4.75-1.18mm颗粒约占33％，1.18-0.3mm颗粒约占37％，0.3mm以下颗粒约占30％。比较发现，初始细骨料级配为：4.75-1.18mm颗粒为25％，1.18-0.3mm颗粒为25％，0.3mm以下颗粒为50％，即粗颗粒较少，细颗粒多。所以在初始级配(代号为fx1)和fuller级配(代号为fx5)之间。将再生细骨料每种颗粒所占比例逐级增减设置5级，制备5组不同级配的样品，制备砂浆试块测定抗折强度和抗压强度；逐级增减的比例为2％。参见下表。

表2再生细骨料的级配组合(％)

砂浆的制备方法及测试强度的方法同实施例1。

实施例3

通过k法分析再生细骨料级配对强度。本实施例中，k值取值0.60～0.8，间隔0.05，由公式1计算得到五组骨料级配组合，如表3。将再生细骨料每种颗粒所占比例逐级增减设置5级，制备5组不同级配的样品，制备砂浆试块测定抗折强度和抗压强度；逐级增减的比例差值为4％或2％。

表3k法骨料级配组合(％)

砂浆的制备方法及测试强度的方法同实施例1。

实施例4

通过i法分析再生细骨料级配对强度。参照前期研究经验，当i＝0.65～0.75时可得到较密实的混合料，本实施例选取i值为0.55～0.75，每组之间间隔0.05，粒径分布如表4。

表4i法骨料级配(％)

砂浆的制备方法及测试强度的方法同实施例1。

实验结果与分析

fuller法砂浆强度：

按照表2的配合比，表2所示的五种再生细骨料组合制作砂浆试件，测定标养3d和7d的抗折强度和抗压强度，结果见图2和图3。从图2可以看出，随着再生细骨料组合向满足fuller曲线组合靠近，砂浆抗折强度逐渐增大。3d抗折强度在fx3组达到最大值3.5mpa，7d抗折强度在fx4组时达到最大值3.9mpa，之后基本保持平缓变化。分析认为，fx3和fx4组合中三种细度颗粒组合合理，搭配后密实度高，颗粒间相互机械咬合更为显著，有利于提高抗弯性能。fx1、fx2组合中0.3mm以下的细颗粒过多，几乎占到了骨料总量的一半，而小颗粒增多，总表面积增大，在胶凝材料用量一定的前提下，骨料表面的包裹浆体厚度降低，导致抗弯能力较差。

从图3中可以看出，抗压强度fx1组合fx4组表现为较高的值。fx4组3d抗压强度最高，为14.3mpa，此时较良好的骨料级配能很好的起到骨架作用，提供一定的抗压强度。而到了7d强度最高的为fx1组，此时水泥已经基本水化完毕，同时小颗粒骨料含量较多使得结构密度较大，抗压能力有所上升。

综合分析fx1-5组的强度，随着组号的逐渐增加，小颗粒的骨料占比逐渐减少，抗折强度和抗压强度都有一定的提升，在强度允许的范围下，较高的抗折强度是配置外墙内板的重要指标，因此认为fx4组表现出了较好的性能。

以上试验过程中发现砂浆的流动性不佳，分析认为是锯末吸水性太大，因此在后续试验中调整配合比，减少锯末用量，同时增加憎水剂用量，使砂浆流动性达到自流平，调整后砂浆配合比如实施例5。

k法砂浆强度：

按照表6的砂浆配合比和表3的再生细骨料组合制备砂浆试块，测定强度结果见图4和图5。从图4可以看出，随着k值的减小，自流平砂浆的抗折强度逐渐降低。k＝0.8时抗折强度最高，3d抗折强度值比最低值提高了8％，7d抗折强度为最小值的1.07倍。从表3可知，随着k值减小，再生细骨料中大颗粒含量由54％增加到70％，太多的大颗粒，使骨料空隙率增大，密实度降低，抗折强度的下降。如图5所示，k值从0.80到0.60间，强度先降低后又有所提高，在k＝0.70时达到较低的抗压强度。对照图4，在7d龄期时也出现了抗折强度的低谷。认为此时的颗粒级配不良，抗压抗折强度均不理想。

分析认为，在合理的区间内，k值越大表现出的强度越高，本实验认为k值选用0.80、0.75均为理想级配。

i法砂浆强度：

按照表6的砂浆配合比和表4的再生细骨料组合制备砂浆试块，测定强度结果见图6和图7。从图6中可以看出，在i值为0.7时出现了一个峰值，此时抗折强度较高，7d达到了最高值5.9mpa，但当i值为0.65至0.55时强度变化不明显，并且此时强度在3d之后增长缓慢。由图7可以看到，7d抗压曲线在i＝0.70时达到最高值22.6mpa，与抗折强度相对应，此时级配较合理。在3d曲线上观察到强度在i＝0.60和i＝0.55出现了较低的值，并且对应龄期的抗折强度不高说明了细粉颗粒过多不利于强度的增长。

为了更好地比较三种级配组合设计方法所得再生细骨料颗粒组合对砂浆强度的影响，将三种方法所得较好的细骨料颗粒组合和对应强度结果列于表5中。

表5三种级配设计方法所得最佳骨料组合及强度

比较表5中三种方法得到的最佳细骨料级配可知，fuller法是指数一定，通过最大粒径来确定颗粒的级配，所以小颗粒含量较高，而且当三种粒径颗粒比例相近时砂浆强度最高，即此种搭配可以很好地提供强度的发展；k法是控制最小粒径，通过对数求出质量递减系数而确定级配组成，所以大颗粒和中颗粒含量较高，小颗粒含量较少时砂浆强度最高；i法是改变不同的指数来确定筛余通过率而确定配比组成，所以当大颗粒较多，中颗粒和小颗粒含量时砂浆强度最高。综上分析可知，利用三种方法设计再生细骨料级配，得到最大强度时的级配组成有较大的差异。

进一步比较三种级配设计方法所得最佳级配组合时强度结果可知，i法所配制出的自流平砂浆强度最高，在抗压强度与k法相近的同时表现出优异的抗折强度，可满足生产墙板对抗折强度的要求；fuller法配制砂浆的抗压强度与抗折强度最低。

分析认为，三种细骨料颗粒组合时，小颗粒过多会导致骨料的总体表面积增大，所需浆体量多，在浆体用量一定时，包裹细骨料表面的浆体不足，浆体与骨料之间结合弱，强度较低。而当小颗粒过少时，填充作用不够，使空隙率增大，需要由一部分浆体完成填充作用，而在浆体用量一定时，必然降低浆体与骨料的结合程度，强度较低。而合理的颗粒组合应该使骨料堆积后的总表面积和空隙率均较小，则在浆体用量一定时，可以很好地与骨料结合，提高砂浆强度。所以三种级配设计方法中，i法更适合本实验配制自流平砂浆所用再生细骨料的级配设计。

实施例5

本实施例自流平砂浆配合比见下表。

表6自流平砂浆配合比(g)

实施例6

按照前面的实验比较分析的结果，本实施例自流平砂浆配合比同实施例1，其中再生细骨料的配比为大颗粒53％，中颗粒24％，小颗粒23％。砂浆的制备方法同实施例1。

砂浆试块的强度性能和实施例4的i值为0.7的砂浆试块基本相同。

以上的实施例仅仅是对本发明的具体实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，本领域技术人员在现有技术的基础上还可做多种修改和变化，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。