CN113402230B - 一种用于扩体桩的碎砖废玻璃骨料混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料与桩基工程领域，具体公开了一种用于扩体桩的碎砖废玻璃骨料混凝土及其制备方法。所述碎砖废玻璃骨料混凝土由以下重量份的原料组成：粗骨料902‑938份、细骨料882‑918份、水泥223‑233份、硅粉18.6‑19.4份、粉煤灰68.6‑71.4份、减水剂7.02份、水186‑194份制备而成；所述粗骨料由25‑75wt%砖骨料与25‑75wt%细石组成；所述细骨料由25‑75wt%玻璃骨料与25‑75wt%砂组成。本发明将砖骨料与玻璃骨料优先进行包浆处理，使胶凝材料填充砖骨料与玻璃骨料表面的孔隙，增加混凝土材料的强度，而且制备的用于扩体桩的碎砖废玻璃骨料混凝土的单方成本低于传统的C15细石混凝土，能够极大地降低工程造价，并且能够减少对生态环境的破坏，缓解建筑垃圾处理的压力，节约了自然资源。

Description

一种用于扩体桩的碎砖废玻璃骨料混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料与桩基工程领域，具体涉及一种用于扩体桩的碎砖废玻璃骨料混凝土及其制备方法。
背景技术
混凝土是使用量最大的建筑材料，在工程建设施工中起着重要的作用。根固扩体桩对扩体材料的强度要求相对较低，但需要一种高流动性且轻质的材料。现在常用的扩体材料有，水泥土、砂浆、细石混凝土。
其中，配置细石混凝土的粗骨料一般采用细石，细骨料一般采用砂，但目前细石一般通过开山来得到，天然河沙作为有限资源，产量严重不足，并且通过开山采石和挖河取砂，对环境造成了严重的破坏，我过现阶段的环境保护策略使得大部分地区不能够开采天然砂，因此有必要寻找一种新的粗骨料和细骨料对其进行补充，以满足市场的需求。
碎砖和废玻璃均是在建筑拆除和日常生活中产生的不可降解的垃圾废物，且占比较大。因而可以将其应用到混凝土，制作成为满足扩体桩要求的新型混凝土扩体材料。
现有扩体材料不足之处：
(1)水泥土强度较低，易产生破坏，不利于承载力的发挥。
(2)砂浆易产生收缩，其收缩性同样可能降低桩的承载能力。
(3)细石混凝土强度相对较高，由于粗骨料较重并且整体的容重相对较高，在施工时，增加芯桩灌入时的阻力。
(4)建筑碎砖与废玻璃处理麻烦且成本较大。
(5)现有的细石混凝土扩体的制备不利于建材的环保和可持续发展。
故此，亟需一种碎砖、废玻璃配置的高流动性、轻质的混凝土。
发明内容
针对现有技术中存在的问题和不足，本发明的目的在于提供一种用于扩体桩的碎砖废玻璃骨料混凝土及其制备方法。
基于上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种用于扩体桩的碎砖废玻璃骨料混凝土，所述碎砖废玻璃骨料混凝土由以下重量份的原料组成：粗骨料902-938份、细骨料882-918份、水泥223-233份、硅粉18.6-19.4份、粉煤灰68.6-71.4份、减水剂7.02份、水186-194份制备而成；所述粗骨料由25-75wt％砖骨料与25-75wt％细石组成；所述细骨料由25-75wt％玻璃骨料与25-75wt％砂组成。
根据上述的碎砖废玻璃骨料混凝土，优选地，所述碎砖废玻璃骨料混凝土由以下重量份的原料组成：粗骨料911-929份、细骨料891-909份、水泥226-230份、硅粉18.8-19.2份、粉煤灰69.3-70.7份、减水剂7.02份、水188-192份制备而成；所述粗骨料由50-75wt％砖骨料与50-75wt％细石组成；所述细骨料由50-75wt％玻璃骨料与50-75wt％砂组成。
根据上述的碎砖废玻璃骨料混凝土，优选地，所述碎砖废玻璃骨料混凝土由以下重量份的原料组成：粗骨料920份、细骨料900份、水泥228份、硅粉19份、粉煤灰70份、减水剂7.02份、水190份制备而成；所述粗骨料由75wt％砖骨料与25wt％细石组成；所述细骨料由75wt％玻璃骨料与25wt％砂组成。
根据上述的碎砖废玻璃骨料混凝土，优选地，所述砖骨料是由粘土砖经破碎、筛分制备而成，砖骨料的粒径为1.9mm～8mm。
根据上述的碎砖废玻璃骨料混凝土，优选地，所述玻璃骨料是由废玻璃经破碎筛分而成，玻璃骨料的粒径＜0.9mm。
根据上述的碎砖废玻璃骨料混凝土，优选地，所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥；所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
根据上述的碎砖废玻璃骨料混凝土，优选地，所述砖骨料的制备方法为：将红粘土砖通过破碎机进行破碎，晒条间隔为8mm，然后通过10目的筛子进行筛分，筛除粒径小于1.9毫米的砖渣，留下粒径在1.9～8mm的碎砖作为砖骨料。
根据上述的碎砖废玻璃骨料混凝土，优选地，所述玻璃骨料的制备方法为：将废玻璃破碎机进行破碎，使用筛孔直径为20目的筛子进行筛分处理，得到粒径＜0.9mm玻璃渣作为玻璃骨料。
第二方面，本发明提供一种上述碎砖废玻璃骨料混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照上述碎砖废玻璃骨料混凝土的原料组成称取砖骨料、细石、玻璃骨料、砂、水泥、硅粉、粉煤灰、减水剂和水；
(2)将水泥、硅粉、粉煤灰进行混合，得到胶凝材料，并将胶凝材料分为三份，分别为第一份胶凝材料，第二份胶凝材料，第三份胶凝材料；将水分为3份，分别为第一份水，第二份水，第三份水；
(3)将第一份胶凝材料、第一份水与砖骨料混合均匀，得到包浆砖骨料；
(4)将第二份胶凝材料、第二份水与玻璃骨料混合均匀，得到包浆玻璃骨料；
(5)将步骤(3)得到的包浆砖骨料与步骤(4)得到的包浆玻璃骨料混合均匀后，加入第三份胶凝材料、第三份水、细石、砂进行搅拌，然后加入减水剂混合均匀，得到碎砖废玻璃骨料混凝土。
根据上述的制备方法，优选地，步骤(3)中在将砖骨料与第一份胶凝材料、第一份水混合前，将砖骨料在水中浸渍5-10min；更加优选地，砖骨料在水中浸渍5min。
根据上述的制备方法，优选地，第一份胶凝材料、第二份胶凝材料与第三份胶凝材料的质量比为1:1:1；第一份水，第二份水与第三份水的质量比为1:1:1。
与现有技术相比，本发明取得的积极有益效果为：
(1)本发明将碎砖与废玻璃作为原料用于制备混凝土，碎砖与废玻璃经过破碎筛分后得到砖骨料与玻璃骨料，砖骨料与细石组成粗骨料，玻璃骨料与砂组成细骨料，由于砖骨料与玻璃骨料的形状接近于球形，并且密度较小，不仅能够增加混凝土的流动性，而且能够降低材料的质量。
(2)砖骨料在使用前，先对其进行5min的浸水处理，能够有效的解决砖骨料吸水率大的问题，而且，浸水后的砖骨料在后续的搅拌过程中，能够发生析水现象，间接的增加了混凝土的用水量。
(3)本发明的砖骨料与玻璃骨料在与其他原料混合之前先与水泥、硅粉、粉煤灰的混合料进行混合，进行包浆处理，通过包浆处理后砖骨料和玻璃骨料能够使胶凝材料填充砖骨料与玻璃骨料表面的孔隙，增加混凝土材料的强度。
(4)制备砖骨料使用的废砖中含有大量的铝化物，铝化物能够抑制玻璃发生碱硅酸反应，从而抑制细微裂缝的发生，同时，硅粉的加入也能够抑制硅酸盐反应，并且一定掺量下硅酸盐玻璃体能够和水泥反应生成C-S-H胶凝，增加骨料强度，进而能够提高碎砖废玻璃骨料混凝土材料强度，节约水泥用量。
(5)本发明制备的用于扩体桩的碎砖废玻璃骨料混凝土的单方成本低于传统的C15细石混凝土，能够极大地降低工程造价，并且能够减少对生态环境的破坏，缓解建筑垃圾处理的压力，节约了自然资源。
附图说明
图1为本发明实施例2中，不同砖骨料取代率、玻璃骨料取代率、水胶比、硅灰掺量下的流动性趋势图；
图2为本发明砖骨料包浆后的示意图；
图3为本发明实施例2各因素不同掺量下抗压强度趋势图；其中，(a)为砖骨料取代率对抗压强度的影响，(b)为玻璃骨料取代率对抗压强度的影响，(c)为水胶比对抗压强度的影响，(d)为硅灰掺量对抗压强度的影响；
图4为本发明实施例2中不同砖骨料取代率、玻璃骨料取代率、水胶比、硅灰掺量下的抗折强度趋势图；
图5为本发明实施例2中不同砖骨料取代率、玻璃骨料取代率、水胶比、硅灰掺量下的表观密度趋势图。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明作进一步详细说明，但并不限制本发明的范围。
实施例1：
一种用于扩体桩的碎砖废玻璃骨料混凝土，所述碎砖废玻璃骨料混凝土由以下原料组成：粗骨料、细骨料、水泥、硅粉、粉煤灰、减水剂、水制备而成；所述粗骨料由砖骨料与细石组成；所述细骨料由玻璃骨料与砂组成。其中，砖骨料由以下方法制备而成：将红粘土砖通过小型锤式破碎机200—300型进行破碎，晒条间隔为8mm，然后通过10目的筛子进行筛分，将粒径小于1.9毫米的粒径进行筛除，留下粒径在1.9～8mm的碎砖作为砖骨料；玻璃骨料的制备方法如下：将玻璃通过小型锤式破碎机200—300型进行破碎，选取筛孔直径为20目的筛子进行筛分处理，剩余少量的大粒径玻璃，通过采用SMФ500×500mm型号的球磨机进行粉碎，粉碎时间为7分钟，得到粒径小于0.9mm的玻璃骨料。
一种用于扩体桩的碎砖废玻璃骨料混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)根据碎砖废玻璃的原料组成称取砖骨料、细石、玻璃骨料、砂、水泥、硅粉、粉煤灰、减水剂和水；
(2)将水泥、硅粉、粉煤灰进行混合，得到胶凝材料；将胶凝材料均分为三份，分别为第一份胶凝材料，第二份胶凝材料，第三份胶凝材料；将水均分为3份，分别为第一份水，第二份水，第三份水；
(3)先将称取的砖骨料在水中浸泡5min取出，然后将浸泡水后的砖骨料与第一份胶凝材料、第一份水混合均匀，得到包浆砖骨料；
(4)将第二份胶凝材料、第二份水与玻璃骨料混合均匀，得到包浆玻璃骨料；
(5)将步骤(3)得到的包浆砖骨料与步骤(4)得到的包浆玻璃骨料搅拌120s混合均匀，加入第三份胶凝材料、第三份水、细石、砂进行搅拌，然后加入聚羚酸高效减水剂混合均匀，得到碎砖废玻璃骨料混凝土。
其中，水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥；所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
实施例2：碎砖废玻璃骨料混凝土配合比的正交实验
为了研究粗骨料中砖骨料含量、细骨料中玻璃骨料含量、水胶比、硅灰掺量对混凝土性能的影响，本发明根据实施例1中的原料组成设计了正交试验，并根据实施例1的制备方法制备了碎砖废玻璃骨料混凝土，并对其进行了性能检测，具体设计步骤及结果如下所示。
碎砖废玻璃骨料混凝土的混合比设计过程如下：选定砖骨料取代率(A)，玻璃骨料取代率(B)，水胶比(C)、硅灰掺量(D)作为配合比实验中的影响因素，其中，砖骨料取代率(A)为砖骨料在粗骨料中所占的质量百分数；玻璃骨料取代率(B)为玻璃骨料在细骨料中所占的质量百分数；水胶比(C)为混凝土配方中水重量/胶凝材料重量，胶凝材料重量为水泥重量、硅粉重量、粉煤灰重量之和；硅灰掺量(D)为硅粉重量/(水泥重量+粉煤灰重量)；每个因素选择4个水平，如表1所示。
表1砖骨料、玻璃骨料扩体材料正交试验因素与水平
Figure SMS_1
表2砖骨料、玻璃骨料扩体材料正交试验配合比设计(kg/m3)
Figure SMS_2
其他材料用量取值如下：单方用水量取190kg、减水剂取0.116kg。根据正交试验方法，利用L16(54)设计四因素四水平正交表，得到了16组不同的配合比设计。每组混凝土的单方用量如表2所示。
根据实施例1的一种用于扩体桩的碎砖废玻璃骨料混凝土的制备方法，按照表2中的各组混凝土的单方用量进行混合，制备碎砖废玻璃骨料混凝土，并对各组的得到的混凝土的性能检测，主要测定各组配合比的拌合物塌落度、表观密度，以及每组浇筑的9个边长为100mm 的立方体试块和3个100mm×100mm×400mm长方体试块(7d、14d、28d)抗压强度、(28d) 抗折强度，试验结果如表3所示。
表3正交试验结果
Figure SMS_3
根据正交试验结果，对用于扩体桩的碎砖废玻璃骨料混凝土的性能进行分析，具体如下：
(一)流动性分析
由表3可知利用基准配合比进行正交实验，混凝土的流动性的最优掺量为砖骨料取代率75wt％、玻璃骨料取代率75wt％、水胶比0.6、硅灰掺量2％，塌落度达到252mm。在合适取代率下，由碎砖、废玻璃组成的混凝土其流动性可接近或超过天然细石混凝土。这说明由碎砖、废玻璃组成的混凝土的流动性可以满足根固桩扩体材料的设计要求。在正交设计为 A3B3C1D2时，其流动性达到最高的原因主要是因为各材料在不同掺量下存在过渡区，当砖骨料和玻璃骨料取代率均达到75wt％时为两者的最适取代率。其原因除了水胶比和硅灰掺量的影响外，主要是因为粗骨料中的砖骨料与细石、细骨料中的玻璃骨料与砂的粒径分布不同，砖骨料与细石的粒径大体上相似，但由于砖骨料表面依附的细微颗粒，增加了小于2mm的含量，玻璃经过粉碎处理后得到的玻璃骨料额粒径分布相对于砂较均匀，并且玻璃骨料中微小颗粒的含量相较于砂占量较多。所以当砖骨料与玻璃骨料加入量小于最适取代率时，减小了细石与砂的含量，增加了微小颗粒的含量，增加了流动性。当超过合适值时，由于砖骨料的继续增加，导致2.5mm～5mm的大颗粒含量增加，将减小混凝土的流动性。因此由玻璃骨料与砂粒径的结果可知，当砖骨料与玻璃骨料超过最适取代率时，将导致混凝土的流动性下降。
对不同配合比下的流动性进行极差分析，结果见表4。
由表4可知，对于不同配合比作用下的混凝土的流动性，各因素影响的主次顺序为：砖骨料大于硅灰掺量大于水胶比大于玻璃骨料。
表4正交实验流动性极差分析
Figure SMS_4
根据极差分析的结果绘制因素—流动性趋势图，如图1所示。由图1可知，混凝土的流动性随着各掺和料取代率的增加，流动性先增加后降低，B、C、D三个因素对混凝土流动性的影响相对较为温和，流动性随着三者先缓慢增加，当达到最适值时流动性缓慢下降。流动性随着砖骨料取代率的增加快速增长，当超过最佳值75wt％时流动性快速下降，出现这种情况的原因可能是在单方用水量不变的情况下，由于砖骨料采用附加用水量处理，在附加用水处理与搅拌过程中砖骨料发生吸水与析水的反应，将导致流动性增加，当水胶比过大时，水泥用量减少的较多，导致水泥砂浆的含量减小，增大了颗粒间的摩擦力，导致流动性先增后减。
砖骨料表面疏松多孔，通过1/3胶凝材料混合包浆后，硅粉由于粒径小、质地致密，能够填充砖骨料孔隙，并且硅粉中的SiO2等硅酸盐玻璃体能够和水泥反应生成C-S-H凝胶增加骨料强度，增加其流动性，并且经过包浆过后的碎砖粗骨料形状上接近球形，如图2所示。但是当硅灰掺量超过凝胶的4％时则会增加需水量，减小混凝土的流动性。同理，玻璃骨料中微小颗粒可以起到填充润滑作用。但是当玻璃骨料取代率超过75wt％时，增加了为小颗粒的量增加了需水量，从而减小了扩体材料的流动性。
进行方差分析，结果如表5，砖骨料对扩体材料的影响最为显著，玻璃骨料、水胶比、硅灰掺量对其流动性并不显著。砖骨料在使用前进行了吸水处理，并且在包浆搅拌过程中，其内部水分将析出，导致拌合物的实际用水量增加，在合适的掺量下，将快速增加其流动性能。因此在后续步骤进行最优配合比选定时，将砖骨料作为影响流动性的主要参考因素，在混凝土流动性的最优配合比为A3B3C3D3，即砖骨料取代率75wt％、玻璃骨料取代率75wt％、水胶比0.7、硅灰掺量4％。
表5流动性实验结果的方差分析
因素 偏差平方和 自由度 F比 F临界值 显著性
砖骨料取代率(A) 3869.188 3 3.629 3.490 **
玻璃骨料取代率(B) 114.188 3 0.107 3.490 *
水胶比(C) 127.688 3 0.120 3.490 *
硅灰掺量(D) 154.188 3 0.145 3.490 *
误差 4265.25 12 / / /
注：**代表显著，*代表不显著。
(二)抗压强度分析
从表3可以看出抗压强度在28天的最适掺量为砖骨料取代率50wt％、玻璃骨料取代率50wt％、水胶比0.6、硅灰掺量6％，其抗压强度最高达到16.6MPa。在最适取代率下，利用碎砖废玻璃制造的混凝土能够满足扩体材料强度设计要求。在配合比为A2B2C1D4时的混凝土强度略高于A2B1C2D3，其原因有两点，第一是玻璃骨料与砖骨料的加入增加了孔隙之间的填充，并且两者的质量小于天然材料，在填充时与天然骨料形成质量差，减小整体材料的重量，强度增加。第二是因为两者是水胶比相对相近且较小，从而水泥含量的增加使抗压强度增加，通过对比也可看出硅粉能够在一定程度上提高材料的后期强度。但随着砖骨料与玻璃骨料的加入，砖骨料的表观密度小于天然骨料的表观密度，导致砖骨料强度小于天然骨料的强度，从而随着砖骨料的大量加入，导致整体强度下降。
对混凝土试块抗压强度进行极差分析，结果见表6。通过对不同龄期的混凝土试块进行分析可知，各因素对7d强度影响主次顺序为：水胶比大于砖骨料取代率大于玻璃骨料大于硅灰掺量，对于14d强度各因素影响主次顺序为：砖骨料取代率大于水胶比大于玻璃骨料大于硅灰掺量，在28d强度时影响主次顺序为：砖骨料取代率大于水胶比大于硅灰掺量大于玻璃骨料，值得注意的是硅粉能够增加材料后期强度，并且其对28d的强度的影响大于玻璃骨料掺量。
表6正交实验抗压强度极差分析
Figure SMS_5
表7抗压强度实验结果方差分析
Figure SMS_6
注：*代表不显著。
根据极差分析结果绘制因素-抗压强度趋势图，如图3所示。由图3(a)可知，各龄期抗压强度随着砖骨料取代率的增加逐渐降低。图3(b)为玻璃骨料取代率对各龄期的抗压强度的影响，随着玻璃骨料取代率的增加，抗压强度先降低后增加，其转折点的玻璃骨料取代率为75％。图3(c)为水胶比对抗压强度的影响，随着水胶比的增加其抗压强度迅速下降，当到达0.7时，再增大水胶比，其抗压强度变化不明显。通过分析可以推知，水胶比区间在0.6～ 0.75时，当水胶比为0.7时，其强度接近最低点，超过0.7后其强度变化不再明显。图3(d)为硅灰掺量对扩体材料抗压强度的影响，在硅灰掺量在0％～6％之间时，随着硅灰掺量的增加，其试块的抗压强度呈上升趋势，并且硅灰掺量越多对材料28d强度增加越显著。从对抗压强度随各因素变化中可以得知，如果想要在满足扩体材料强度要求的情况下增加砖骨料和玻璃骨料的量，需要减小水胶比并且增加硅粉的掺量。因此可知水胶比与硅灰掺量选择C1D4，即水胶比0.6、硅灰掺量6％。
进行方差分析，由表7中F比可知，其结果与极差结果分析是一致的，但是在除去基准配合比这一组强度，在进行的正交实验的16组实验范围内，F比均小于临界值，四个因素的变化对扩体材料抗压强度的影响并不显著。
(三)抗折强度分析
由表3可知，抗折强度最高的三组为A2B2C1D4、A3B3C1D2、A3B1C3D4，分别达到了2.7MPa、2.4MPa、2.3MPa，由碎砖玻璃组成的混凝土，其试块的抗折强度差异并不是很大，A2B2C1D4抗折强度高的原因与抗压强度的原因相似，在砖骨料取代率、玻璃骨料取代率分别为50wt％时，材料的内部相对较为密实，再加上材料中的水泥含量比较多，增加了材料之间的粘结强度，从而增加了材料的抗折强度。材料抗折强度较低的原因，同抗压强度也类似，材料取代率与掺量之间有一个过度值，在各材料超过过度值与水胶比较大的情况出现时，扩体材料的抗折强度较小。
表8为碎砖废玻璃骨料混凝土抗折强度极差分析结果，对于扩体材料28天的抗折，各因素对抗折强度影响的主次顺序为：水胶比大于砖骨料取代率大于玻璃骨料取代率大于硅灰掺量。
表8正交实验抗折强度极差分析
因素 A B C D
均值1 1.625 1.900 2.275 1.750
均值2 1.925 1.875 1.775 1.725
均值3 2.125 1.600 1.700 1.825
均值4 1.500 1.800 1.425 1.875
极差 0.625 0.300 0.850 0.150
由图4可知，在实验范围内扩体材料28d的抗折强度随着水胶比的增大持续减小，当水胶比在0.65～0.7之间时下降速度缓慢,抗折强度最高时达到了2.23MPa。随着砖骨料取代率的增加，其强度先增加后减小，强度最高时达到了2.13MPa。随着玻璃骨料取代率的增加，其抗折强度先减小后增加。抗折强度随着硅灰掺量的增加，持续增加。可以看出在本发明硅灰掺量情况下，随着硅粉量的增加，其抗折强度变化规律与抗压强度变化规律相似，均能提高扩体材料的强度，其原因同增加抗压强度的原理相似，在增加材料流动性的同时，硅粉由于粒径小，能够填充砖骨料孔隙，并且硅粉中的SiO2等硅酸盐玻璃体能够和水泥反应生成C-S-H 凝胶增加骨料强度，另外在玻璃骨料增加的情况，抗折强度变化规律与抗压强度变化相似均是先减小而后稍微呈现增大的趋势。但随着砖骨料的增加其抗折强度与抗压强度的变化并不相同，其变化规律与流动性的变化趋势相同，原因是砖骨料分布相对比较均匀，并且粒径在 0.25mm～0.5mm和小于2mm的含量相对较大，可以理解为相对与细石来说，随着砖骨料的增加，大粒径石子的量逐渐减小，小粒径(砖骨料)的含量增加，增加了颗粒间的接触面积及咬合力，最终起到了增加抗折强度的作用。水胶比的含量直接影响水泥的含量，水胶比越大，水泥含量相对越小，骨料之间的粘结力也就越小，这也是抗折强度随着水胶比增加而下降的原因。从图5得知，各因素对抗折强度的影响均较小，所以抗折强度在配合比设计时不作为主要考虑因素。
进行方差分析，从表9中可以看出各因素在本实验范围内对抗折强度的影响与对抗压强度相似，均不显著，分析其原因主要因为水胶比比较大，在设定的各材料范围内，强度变化范围比较小，显著性不宜体现。
表9正交实验抗折强度方差分析
因素 偏差平方和 自由度 F比 F临界值 显著性
砖骨料取代率(A) 0.967 3 1.405 3.490 *
玻璃骨料取代率(B) 0.222 3 0.323 3.490 *
水胶比(C) 1.507 3 2.190 3.490 *
硅粉掺量(D) 0.057 3 0.083 3.490 *
误差 2.750 12 / / /
注：*代表不显著。
(四)容重分析
根据桩扩体材料的要求，在保证扩体材料强度、流动性满足要求的情况下，应尽可能的降低材料的容重，来保证根固桩在施工以及后期使用过程中扩体材料的均匀性。传统的细石混凝土与水泥土容重相对较大。由表3可知，在正交实验中，随着砖骨料与玻璃骨料的取代率的增加，扩体材料立方体试块的容重逐渐降低，在砖骨料取代率100wt％，玻璃骨料取代率 75wt％，水胶比0.65，硅灰掺量6％下的表观密度仅为1778kg/m3，即在合适的取代率下，由碎砖、废玻璃组成的根固桩扩体材料容重远小于传统的细石混凝土与水泥土。在配合比为 A4B3C2D4(砖骨料取代率为75wt％、玻璃骨料取代率为75wt％、水胶比为0.6、硅灰掺量 6％)时，其容重达到最小，其容重较小的原因有三，其一，主要是因为砖骨料、玻璃骨料表观密度小于传统细石与砂，其二，水胶比较大时，水泥等胶凝材料的量较少，也降低了材料的重量，其三，当硅灰掺量增加时，降低了水泥、粉煤灰的使用量，硅粉的密度远小于粉煤灰和水泥，所以在加入硅粉的同时，材料的容重也将有所降低。虽然在A4B3C2D4配合比下的容重最小，但是其抗压强度并不满足要求，因此需要接下来对各材料对容重影响规律进行分析，以总结出满足根固桩扩体材料要求的最适配合比。
由表10可知，各因素对扩体材料容重的影响主次顺序为：砖骨料取代率大于玻璃骨料取代率大于水胶比大于硅粉掺量。
表10正交实验容重极差分析
因素 A B C D
均值1 2090.25 2047.75 2014.25 1940.75
均值2 1968.75 1964.00 1954.00 1964.00
均值3 1883.75 1902.25 1908.75 1936.75
均值4 1837.75 1866.50 1903.50 1939.00
极差 252.50 181.25 110.75 27.25
根据极差分析结果绘制因素-抗折强度趋势图，如图5。容重的变化规律与表观密度相同，由图5可以看出在实验范围内，扩体材料试件的容重随着砖骨料取代率、玻璃骨料取代率、水胶比的增加而持续降低，随着砖骨料的增加，其容重下降速度最快，玻璃骨料对材料容重的影响类似于砖骨料，其根本原因还是因为砖骨料、玻璃骨料单位体积的重量均小于天然的砂石骨料，随着二者取代率的增加，天然骨料的含量逐渐减少，试块的表观密度下降。当水胶比增大时，导致胶凝材料使用量减小，从而降低了试块的容重。硅粉属于一种轻质材料，但是掺量较少，对材料容重的影响并不大，因此不做为重点考虑。根据表3可知，在表观密度相对较低时，其抗压强度是不能够满足扩体材料强度要求的，因此扩体材料在选择容重配合比时应考虑满足扩体材料抗压强度和流动性的要求。
由极差分析可以得到各因素对容重影响的主次顺序，并对各因素进行方差分析，分析结果如表11所示，通过F比可以得出各因素对材料影响的显著性，由于在正交实验中实验结果范围较小的原因，显著性不宜体现，但从F比可以看出，各因素对扩体材料容重影响大小同影响主次顺序相同，均是砖骨料取代率大于玻璃骨料取代率大于水胶比大于硅粉掺量。
表11正交实验容重方差分析
因素 偏差平方和 自由度 F比 F临界值 显著性
砖骨料取代率(A) 152872.750 3 2.358 3.490 *
玻璃骨料取代率(B) 79363.250 3 1.224 3.490 *
水胶比(C) 26421.250 3 0.407 3.490 *
硅灰掺量(D) 722.250 3 0.011 3.490 *
误差 259379.500 12 / / /
注：*代表不显著。
通过上述对废砖废玻璃组成的扩体材料的正交实验，得到了各组的实验结果，并通过极差分析、各因素掺量对材料不同性能影响的趋势图、方差分析，得到了不同因素在不同掺量下对扩体材料流动性、强度、容重的影响规律。通过上述正交实验得到的规律，得到本发明最优配合比，即砖骨料取代率75wt％、玻璃骨料取代率75wt％、水胶比0.6、硅灰掺量6％，这种情况下也是在满足强度要求的情况下玻璃骨料取代率、砖骨料取代率最大的情况，也更“绿色”。
实施例3：
一种用于扩体桩的碎砖废玻璃骨料混凝土的制备方法，按照实施例1的方法进行制备，各原料用量如表12所示。
表12用于扩体桩的碎砖废玻璃骨料混凝土配合比数据
Figure SMS_7
其中，所述减水剂为聚羚酸高效减水剂，所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。
本发明对实施例3得到的产品与C15细石混凝土进行性能测试，具体结果如表13所示。
表13实施例3与对比例1得到产品、与C15细石混凝土的性能数据
Figure SMS_8
注:附加用水后的检测结果。
由表13可知，本发明通过对砖骨料与玻璃骨料先进行包浆处理，然后在于其他原料混合，包浆过后，表面更加密实，并且包浆料之间能产生反应，增加材料的强度，相较于，没有包浆的吸水率更大，材料的流动性、强度较低。
将实施例3与C15细石混凝土使用的骨料用量及成本进行对比分析，各骨料单价如表14 所示。
表14粗细骨料单价
骨料名称 细石 砂 玻璃 碎砖 锤式破碎机
单价 200元/m<sup>3</sup> 240元/m<sup>3</sup> 110元/吨 — 2.5元/小时
注：小型锤式破碎机200-300型工作效率为2吨/小时。
经计算，实施例3与C15细石混凝土相比，单位立方体扩体材料能够节约费用62.76元。除此之外在使用碎砖玻璃混凝土时可以减少建筑垃圾清理转运的费用。传统的C15混凝土扩体材料在使用时，需要通过破坏环境来得到砂石，通过重型运输设备运到施工现场或材料加工场，这样对生态环境造成了严重破坏。但是在使用碎砖废玻璃混凝土扩体材料时，能够减少开山采石、挖河取砂、运输中产生的碳排放带来的环境污染，并且解决了建筑垃圾随意填埋堆积所带来的地下环境污染，能够促进资源的再利用，保护了有限资源和绿水青山。
实施例4：
一种用于扩体桩的碎砖废玻璃骨料混凝土的制备方法，按照实施例1的方法进行制备，各原料用量如表15所示。
表15用于扩体桩的碎砖废玻璃骨料混凝土配合比数据
Figure SMS_9
其中，所述减水剂为聚羚酸高效减水剂，所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。
实施例5：
一种用于扩体桩的碎砖废玻璃骨料混凝土的制备方法，按照实施例1的方法进行制备，各原料用量如表16所示。
表16用于扩体桩的碎砖废玻璃骨料混凝土配合比数据
Figure SMS_10
其中，所述减水剂为聚羚酸高效减水剂，所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。
实施例6：
一种用于扩体桩的碎砖废玻璃骨料混凝土的制备方法，按照实施例1的方法进行制备，各原料用量如表17所示。
表17用于扩体桩的碎砖废玻璃骨料混凝土配合比数据
Figure SMS_11
其中，所述减水剂为聚羚酸高效减水剂，所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。
实施例7：
一种用于扩体桩的碎砖废玻璃骨料混凝土的制备方法，按照实施例1的方法进行制备，各原料用量如表18所示。
表18用于扩体桩的碎砖废玻璃骨料混凝土配合比数据
Figure SMS_12
其中，所述减水剂为聚羚酸高效减水剂，所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。

Claims (6)

1.一种用于扩体桩的碎砖废玻璃骨料混凝土，其特征在于，所述碎砖废玻璃骨料混凝土由以下重量份的原料组成：粗骨料902-938份、细骨料882-918份、水泥223-233份、硅粉18.6-19.4份、粉煤灰68.6-71.4份、减水剂7.02份、水186-194份制备而成；所述粗骨料由25-75wt%砖骨料与25-75wt%细石组成；所述细骨料由25-75wt%玻璃骨料与25-75wt%砂组成；所述砖骨料是由粘土砖经破碎、筛分制备而成，砖骨料的粒径为1.9mm～8mm；所述玻璃骨料是由废玻璃经破碎筛分而成，玻璃骨料的粒径＜0.9mm。
2.根据权利要求1所述的碎砖废玻璃骨料混凝土，其特征在于，所述碎砖废玻璃骨料混凝土由以下重量份的原料组成：粗骨料911-929份、细骨料891-909份、水泥226-230份、硅粉18.8-19.2份、粉煤灰69.3-70.7份、减水剂7.02份、水188-192份制备而成；所述粗骨料由50-75wt%砖骨料与50-75wt%细石组成；所述细骨料由50-75wt%玻璃骨料与50-75wt%砂组成。
3.根据权利要求1或2所述的碎砖废玻璃骨料混凝土，其特征在于，所述碎砖废玻璃骨料混凝土由以下重量份的原料组成：粗骨料920份、细骨料900份、水泥228份、硅粉19份、粉煤灰70份、减水剂7.02份、水190份制备而成；所述粗骨料由75wt%砖骨料与25wt%细石组成；所述细骨料由75wt%玻璃骨料与25wt%砂组成。
4.根据权利要求3所述的碎砖废玻璃骨料混凝土，其特征在于，所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥；所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
5.一种权利要求1-4任一所述碎砖废玻璃骨料混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按权利要求1-4任一所述碎砖废玻璃骨料混凝土的原料组成称取砖骨料、细石、玻璃骨料、砂、水泥、硅粉、粉煤灰、减水剂和水；
（2）将水泥、硅粉、粉煤灰进行混合，得到胶凝材料，并将胶凝材料分为三份，分别为第一份胶凝材料，第二份胶凝材料，第三份胶凝材料；将水分为3份，分别为第一份水，第二份水，第三份水；
（3）将砖骨料在水中浸渍5-10min，然后再将第一份胶凝材料、第一份水与砖骨料混合均匀，得到包浆砖骨料；
（4）将第二份胶凝材料、第二份水与玻璃骨料混合均匀，得到包浆玻璃骨料；
（5）将步骤（3）得到的包浆砖骨料与步骤（4）得到的包浆玻璃骨料混合均匀后，加入第三份胶凝材料、第三份水、细石、砂进行搅拌，然后加入减水剂混合均匀，得到碎砖废玻璃骨料混凝土。
6.根据权利要求5的制备方法，其特征在于，第一份胶凝材料、第二份胶凝材料与第三份胶凝材料的质量比为1:1:1；第一份水，第二份水与第三份水的质量比为1:1:1。
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