楊金龍，胡金娣，胡一鳴

(華北水利水電大學(xué)土木與交通學(xué)院 河南 鄭州 450000)

0 引言

隨著新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程的深入開展，大量的城中村改造工程和新型城鎮(zhèn)建設(shè)工程需要拆除或改造大量已有建筑物，與之相對(duì)應(yīng)的是產(chǎn)生巨大量的建筑垃圾。據(jù)報(bào)道，前瞻保守預(yù)計(jì)我國建筑拆除面積2022—2026年將保持在5%低速增長，前瞻初步測算到2026年我國建筑拆除中建筑垃圾的產(chǎn)量將達(dá)到18億噸以上。我國建筑行業(yè)所耗費(fèi)的骨料每年超過了94億噸，使得國內(nèi)部分地區(qū)的天然砂石不可再生資源逐漸減少，加之各行業(yè)對(duì)天然砂石的不間斷開采，還會(huì)引起山坡水土流失，河道破壞等嚴(yán)重的自然災(zāi)害，隨著這些嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題漸漸出現(xiàn)，綠色節(jié)能可持續(xù)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式已成為當(dāng)代社會(huì)的發(fā)展主題。通過對(duì)建筑垃圾進(jìn)行歸類分析，其中黏土磚占比14%。將建筑物中拆除的黏土磚破碎成的不同粒徑再生磚骨料（RBA）來代替自然界中的天然骨料，如今已成為一種高效處理和利用建筑垃圾的手段。但是使用RBA材料作為骨料較使用傳統(tǒng)河砂的結(jié)構(gòu)而言，其各方面的性能都有所減弱，還不能進(jìn)行大規(guī)模地推廣和使用，為了改善RBA材料在工程應(yīng)用中的各項(xiàng)性能，分析其工作、力學(xué)及收縮性能，給RBA材料的推廣和工程應(yīng)用提高支持和參考。黏土磚廢棄物的其中一種處理方式為使用磚骨料替代天然河砂，本文詳細(xì)介紹了RBA作為環(huán)保材料的研究現(xiàn)狀并分析其應(yīng)用前景。

1 再生磚骨料的工作性能

當(dāng)碎磚作為骨料應(yīng)用于結(jié)構(gòu)時(shí)，其帶來的較高吸水性會(huì)在極大程度上對(duì)再生磚骨料結(jié)構(gòu)的工作性能帶來影響。大多數(shù)學(xué)者通過使用附加水提前預(yù)濕，在一定程度上提升再生磚骨料結(jié)構(gòu)的工作性能。再生磚骨料在實(shí)際施工時(shí)，其具有的流動(dòng)性和坍落程度，是確保施工安全的前提。然后當(dāng)水灰比相同時(shí)，再生磚骨料結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度卻不及普通結(jié)構(gòu)，再生磚骨料中含有大量的舊水泥砂漿和其他雜質(zhì)，從而降低了再生磚骨料的活性。對(duì)于再生磚骨料，骨料表面的粗糙度越高，其內(nèi)摩擦和機(jī)械咬合力越大。在實(shí)際施工中，再生磚骨料結(jié)構(gòu)可以通過提高保水性和附著力來提高再生磚骨料的工作性能。根據(jù)配合比規(guī)范，坍落度與水灰比的相關(guān)性是確定結(jié)構(gòu)質(zhì)量特性的重要基準(zhǔn)指標(biāo)。在不同水灰比和再生磚骨料替代率的協(xié)同作用下，整個(gè)再生磚骨料在使用過程中能夠滿足實(shí)際工程的要求，提高再生磚骨料作為環(huán)保材料的應(yīng)用性能。例如，在相同水灰比的條件下，再生磚骨料的適當(dāng)取代，使再生拌合物的坍落度參數(shù)幾乎與普通拌合物相同，滿足了實(shí)際施工需要。此時(shí)，使用再生磚骨料結(jié)構(gòu)可以有效降低施工成本，滿足經(jīng)濟(jì)要求。張明鑫等[1]通過研究碎磚骨料的預(yù)處理手段對(duì)實(shí)際工程工作性能影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，使用附加水法預(yù)處理碎磚骨料能夠同時(shí)提升再生結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和工作性能。Ge[2]和車法等[3]對(duì)摻有紅磚粉材料結(jié)構(gòu)的拌和性能與后期性能進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示，當(dāng)紅磚粉摻量超過10%時(shí)，能夠明顯降低拌合物的坍落度，而對(duì)其表觀密度影響可以忽略。

2 再生磚骨料的力學(xué)性能

力學(xué)性能參數(shù)是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，也是衡量再生磚骨料材料在使用過程中能否滿足使用的基本參數(shù)。從再生磚骨料的材料特性而言，表觀密度低、壓碎指標(biāo)高、孔隙率高、吸水率高、粗糙度高等先天劣勢將導(dǎo)致再生磚骨料結(jié)構(gòu)產(chǎn)生力學(xué)多變的特征，與天然骨料相比，在力學(xué)性能方面將呈現(xiàn)出較高的差異性。De Brito等[4]的試驗(yàn)表明，再生結(jié)構(gòu)力學(xué)性能隨著替代率的增加幾乎呈線性降低，特別是100%替代率的廢磚粗骨料結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別降低了45%和26%。Martins[5]同樣研究了廢磚粗骨料的力學(xué)性能隨著替代率增加的降低規(guī)律。由于高替代率的RBA混凝土的力學(xué)性能下降較多，所以Gomes等[6]研究了小于50%替代率（6.25%、12.5%、25%和50%）的廢磚粗骨料結(jié)構(gòu)物，發(fā)現(xiàn)磚骨料結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能較普通結(jié)構(gòu)仍有較大差距，嚴(yán)重的是當(dāng)RBA替代率達(dá)到50%時(shí)，再生結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和彈性模量分別降低了23.6%、20.1%和22.2%，力學(xué)性能均出現(xiàn)較大降低。Nepomuceno等[7]首先評(píng)價(jià)了廢磚粗骨料的物理性能，然后研究了廢磚粗骨料小部分替代天然粗骨料，盡管RBA替代率的增加與結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能成負(fù)相關(guān)，其主要原因是廢磚粗骨料自身強(qiáng)度較低，但是采用廢磚粗骨料制備低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)物是可行的。而Gonzalez等[8]認(rèn)為摻入RBA的結(jié)構(gòu)物，其彈性模量會(huì)有所降低，但是35%替代率以內(nèi)的廢磚粗骨料結(jié)構(gòu)可以用來制備符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁構(gòu)件。吳春楊等[9]研究得到隨著廢磚粗骨料替代率的增加，再生結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度和彈性模量都有所降低，且其破壞形式與基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)類似。高丹盈等[10]研究不同的纖維類型對(duì)廢磚粗骨料結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性，重點(diǎn)研究了纖維增強(qiáng)再生結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。分析得到了纖維有效地提高了廢磚粗骨料結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度，尤其是端鉤型的鋼纖維對(duì)廢磚粗骨料結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能提高較為明顯。

對(duì)再生磚骨料結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能試驗(yàn)進(jìn)行測定時(shí)，由于測試人員采用的測試方式和儀器的不同，會(huì)導(dǎo)致測試的數(shù)據(jù)有很大的差別。以美國的研究人員為例，將再生磚骨料與標(biāo)準(zhǔn)的河砂進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度比一般的結(jié)構(gòu)物要差10%～14%，通過多次試驗(yàn)，認(rèn)為再生磚骨料結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度下降的主要因素是由于再生磚骨料混合時(shí)出現(xiàn)了老式水泥砂漿，影響了其界面過渡區(qū)的顯微硬度；由于其在交界處的受力性能明顯比標(biāo)準(zhǔn)差，從而產(chǎn)生了受壓承載力的缺陷，從而使其無法滿足結(jié)構(gòu)工程的需要。而英國的一些學(xué)者也在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)，再生磚骨料結(jié)構(gòu)具有較標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)高6%～8%的抗壓強(qiáng)度。不同種試驗(yàn)方法、材料組成及環(huán)境差異對(duì)再生磚骨料物理性能影響較大，導(dǎo)致的測量值差異很大，離散型較大。

3 再生磚骨料的收縮性能

據(jù)研究可知，因收縮引起的裂縫占80%左右，其中比較常見的是早期收縮裂縫。普通結(jié)構(gòu)收縮是指在拌合物硬化過程中，由于水泥水化作用造成結(jié)構(gòu)內(nèi)部水分散失，結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔隙壓力增大，結(jié)構(gòu)受到擠壓體積不斷減小的現(xiàn)象。對(duì)于普通結(jié)構(gòu)來說，干燥收縮在收縮中占有較大比例，而對(duì)于再生磚骨料結(jié)構(gòu)物來說，自收縮同干燥收縮同樣不容忽略。再生磚骨料對(duì)結(jié)構(gòu)的收縮有明顯的不利影響，并且隨著磚骨料替代率的增加，再生磚骨料結(jié)構(gòu)的收縮逐漸增大。郝彤等[11]研究表明，再生磚細(xì)骨料結(jié)構(gòu)的收縮機(jī)理與普通結(jié)構(gòu)相同，再生結(jié)構(gòu)的干燥收縮率隨骨料替代率的增加而增大，隨齡期增長而逐漸增大。王磊等[12]采用非接觸法試驗(yàn)對(duì)再生碎磚骨料替代率為0%、30%、40%、50%結(jié)構(gòu)物進(jìn)行了早期收縮測試，研究分析不同骨料替代率，試驗(yàn)結(jié)果顯示：碎磚骨料對(duì)結(jié)構(gòu)早期收縮有改善作用，碎磚骨料替代率越高，結(jié)構(gòu)收縮率越低。嚴(yán)捍東等[13]研究指出，相比基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)物，雖然再生磚結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和彈性模量較低，收縮率較大，但是通過增加水泥用量，可以提高廢磚骨料結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、彈性模量和導(dǎo)熱系數(shù)，降低收縮率，可適用于墻體材料。劉秦[14]利用破碎黏土磚制備低強(qiáng)度再生結(jié)構(gòu)物并對(duì)其收縮性能進(jìn)行了研究，得出對(duì)收縮性能影響最大的因素是齡期，收縮主要發(fā)生在28 d左右，在60 d后便趨于穩(wěn)定；另外環(huán)境溫度和濕度也會(huì)對(duì)再生結(jié)構(gòu)的收縮產(chǎn)生一定的影響，隨著溫度增加，相對(duì)濕度降低，收縮增大。

4 再生磚骨料發(fā)展中應(yīng)當(dāng)關(guān)注的重點(diǎn)

4.1 再生磚骨料的制備工藝

由于再生磚骨料制品過程中還可能同時(shí)混雜一定的比例較大的老舊水泥砂漿，造成了再生磚骨料在原材料性能特征方面的劣化。例如再生磚骨料壓碎值高、粒型粒貌不均勻、孔隙率高等特點(diǎn)，且原有黏土磚中砂漿無法被全部清除，加大了骨料的間隔孔隙。所以我們需要盡快尋求建立一套較為切實(shí)可行有效地從拆除、破碎再到篩分一體化的智能綠色工藝流程，盡可能大的減少老舊砂漿的含量，改進(jìn)傳統(tǒng)粗放化處理廢料的工藝模式，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品精細(xì)化再分類，從而最大限度得到安全高品質(zhì)的再生磚骨料[15]。

4.2 再生磚骨料的強(qiáng)度

要想實(shí)現(xiàn)再生磚骨料結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中的全面應(yīng)用，必須保證強(qiáng)度指標(biāo)符合工程施工基準(zhǔn)。但是再生磚骨料在制備期間，廢舊砂漿的殘留和破碎工序的強(qiáng)大外部作用力，導(dǎo)致再生磚骨料雜質(zhì)較多和內(nèi)部產(chǎn)生嚴(yán)重的裂縫問題。與此同時(shí)，廢棄黏土磚經(jīng)過長時(shí)間的使用和不同環(huán)境下的受損，可能導(dǎo)致造成廢棄黏土磚自身強(qiáng)度低和輕微碳化現(xiàn)象，從而影響再生磚骨料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。為達(dá)到正常結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度指標(biāo)，除對(duì)技術(shù)工藝進(jìn)行完善，還應(yīng)選擇較好環(huán)境中的砌體結(jié)構(gòu)或磚混結(jié)構(gòu)，減少外界環(huán)境的損壞。提高廢棄黏土磚的轉(zhuǎn)化率，減少后期建筑物使用過程中不穩(wěn)定問題的出現(xiàn)，真正實(shí)現(xiàn)綠色化建筑。

4.3 再生磚骨料的耐久性

由于再生磚骨料對(duì)再生磚骨料結(jié)構(gòu)自身的長期使用和性能壽命等有一些直接或間接的負(fù)面性影響，還特別需要較為系統(tǒng)完整地分析研究并論證再生磚骨料的各種基本材料性能，仍需今后繼續(xù)進(jìn)一步比較全面科學(xué)地分析開展試驗(yàn)研究其耐久性能。例如在抗硫酸鹽腐蝕的能力試驗(yàn)、凍融循環(huán)試驗(yàn)和低溫下早期再生結(jié)構(gòu)抗裂變形性能研究等試驗(yàn)。特別強(qiáng)調(diào)的是，需要在高溫環(huán)境中進(jìn)行再生磚骨料結(jié)構(gòu)的高溫耐久性及抗火性試驗(yàn)，為更加有效地確保再生磚細(xì)骨料結(jié)構(gòu)能夠滿足在未來工程中的使用能力和安全性能。

5 結(jié)語

綜上所述，再生磚骨料是在砌體結(jié)構(gòu)或磚混結(jié)構(gòu)拆除中，通過逐層破碎技術(shù)，根據(jù)工程施工需要制備的一種原材料。在一定程度上，它可以緩解工程建設(shè)對(duì)天然骨料的供求，提高資源利用效率，提高不可再生資源的可持續(xù)利用率。而且有效地減少二氧化碳的排放，滿足城市化改建擴(kuò)建的需求，促進(jìn)地球資源可持續(xù)發(fā)展，對(duì)推動(dòng)低碳節(jié)能社會(huì)建設(shè)具有深遠(yuǎn)的意義。