謝尚錦，楊韶勇，張存貴，孟濤，趙羽習，趙寶玉

（1.浙江大學 建筑工程學院，浙江 杭州 310058；2.山西六建集團有限公司，山西 太原 030024）

0 前言

近年來，隨著我國經(jīng)濟高速發(fā)展，建筑業(yè)的發(fā)展日新月異，而與此同時，國內(nèi)由于房屋拆遷、改造產(chǎn)生的建筑拆除垃圾排放量激增。以浙江省為例，2013年省內(nèi)開始的“三改一拆”行動（開展舊住宅區(qū)、舊廠區(qū)、城中村改造和拆除違法建筑）正在向縱深推進，僅2017年1～6月，浙江省拆除違法建筑1.29億m2，完成“三改”1.87億m2。該輪拆除對象基本為20世紀70、80年代建造的多層砌體結構房屋，拆除垃圾主要以黏土磚為主。解決磚混建筑垃圾去向問題是推進建筑固廢資源化利用的必經(jīng)之路。

拆除垃圾經(jīng)過破碎加工形成以磚和混凝土為主的再生磚混骨料，具有顆粒棱角多、表面粗糙、孔隙率大等特點[1-3]。再生磚混骨料主要包括再生磚骨料和再生混凝土骨料。再生磚骨料與再生混凝土骨料相比，表觀密度較小，壓碎指標及吸水率較大[4-7]，隨著再生磚骨料取代率的增加，再生骨料混凝土的抗壓強度[8-9]、抗折性能[10-11]、彈性模量[12-13]均有不同程度的弱化，同時，單一磚骨料混凝土的力學性能優(yōu)于磚混骨料再生混凝土[13]，由于碎磚骨料摻量的增加導致力學性能減弱，其原因在于再生碎磚骨料混凝土相比以廢混凝土為骨料的混凝土吸水率和壓碎指標顯著提高，表觀密度大幅下降，導致絕干密度與拌合水用量發(fā)生變化，且混凝土碎塊的強度高于普通燒結碎磚[14]，而對于單一磚骨料再生混凝土與磚混骨料再生混凝土之間性能的差異，主要原因在于單種骨料較均勻，由此提高其性能與穩(wěn)定性。另一方面，再生混凝土的收縮變形隨著再生磚骨料取代率的增加而提升[15]。在再生磚混骨料混凝土使用性能方面，范小平[16]、邢振賢[17]、Farid和Said[18]、謝玲君等[19]的研究表明，通過添加適當?shù)耐饧觿?、調(diào)整用水量和配合比等手段，磚混再生骨料拌合混凝土可以滿足正常使用的和易性和性能要求。

綜上所述，再生磚骨料的引入會降低再生骨料混凝土基本性能，提高其收縮變形。另一方面，當前對于磚混建筑固廢資源化利用的研究主要集中于再生磚混骨料混凝土的力學性能與耐久性能，而缺少對于再生磚混墻體材料的研究。本文擬針對當前拆除垃圾，將再生磚混骨料應用于泡沫砂漿砌塊，形成一種再生磚混泡沫砂漿砌塊配比，推進建筑固廢資源化利用。

1 試驗

1.1 原材料

再生磚混骨料：由杭州翊博新能源科技有限公司提供，再生骨料經(jīng)過4道破碎、1道篩分等工序處置形成，粒徑0～8 mm，表觀密度2290 kg/m3，堆積密度1140 kg/m3，空隙率51%，飽和面干吸水率12.6%，顆粒級配見圖1；基準水泥：CUCC中國聯(lián)合水泥集團有限公司產(chǎn)P·Ⅰ42.5水泥，物理力學性能見表1；粉煤灰：華東電力集團河南新鄉(xiāng)電廠產(chǎn)，Ⅱ級；聚乙烯醇纖維：長度3 mm；發(fā)泡劑：十二烷基硫酸鈉，白至微黃色粉末，相對密度為0.25 g/mL；減水劑：HSC聚羧酸高性能減水劑，淡黃色液體，減水率25%～35%，pH值6～8，固含量40%。

表1 基準水泥的物理力學性能

1.2 配合比設計

試驗采用JJ-5型水泥膠砂攪拌機進行砂漿試件的拌制，模具為40 mm×40 mm×160 mm水泥膠砂試模。具體配比設計見表2。編號RFnM-m中n代表發(fā)泡劑摻量（按占膠凝材料質(zhì)量計），m代表不同成分配比：0為對照組，1為在對照組基礎上摻入粉煤灰，2為在1的基礎上摻入減水劑，3為在2的基礎上摻入聚乙烯醇纖維，4為在3的基礎上對骨料級配進行調(diào)整（篩除粒徑大于4.75 mm及小于0.15 mm的骨料）?？紤]到項目對粉煤灰再利用的需要，砂漿力學性能及干密度需符合JC/T 1062—2007《泡沫混凝土砌塊》的要求，參考相關研究成果及商家推薦摻量[20-23]，取發(fā)泡劑摻量為1%～2%，粉煤灰等質(zhì)量取代20%水泥，減水劑摻量（按占膠凝材料質(zhì)量計）為1%，纖維的體積摻量為0.09%。

表2 再生磚混骨料泡沫砂漿試驗配合比設計

1.3 試件制備

考慮到泡沫劑發(fā)泡情況及發(fā)泡時間受外界因素影響存在一定差異，攪拌時間采用手動控制，投入水、膠凝材料及發(fā)泡劑后進行發(fā)泡攪拌，攪拌至發(fā)泡劑充分發(fā)泡，泡沫孔徑小、排布緊密后，加入再生磚混骨料，攪拌均勻后澆筑成型。經(jīng)過試驗調(diào)試、觀察，確定發(fā)泡攪拌時間為2 min，隨后加入再生磚混骨料進行2～3 min的混合攪拌。將攪拌好的再生泡沫砂漿澆筑至40 mm×40 mm×160 mm膠砂試模，自然養(yǎng)護1 d后拆模，置于（20±2）℃、相對濕度不低于90%養(yǎng)護室中養(yǎng)護3、28 d。試驗部分試件見圖2。

1.4 基本性能測試方法

根據(jù)GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》對試件進行抗折、抗壓強度試驗；根據(jù)GB/T 11970—1997《加氣混凝土體積密度 含水率和吸水率試驗方法試驗》測試試件的干密度。

2 試驗結果及分析

2.1 再生磚混骨料泡沫砂漿的干密度（見圖3）

由圖3可見：

（1）總體上，再生磚混骨料泡沫砂漿的干密度隨發(fā)泡劑摻量的增加而降低。養(yǎng)護齡期對干密度的影響較小，總體上，試件28 d齡期干密度略大于3 d齡期的。

（2）相同齡期時，從RF0M-m到RF1M-m，即發(fā)泡劑摻量從0增加到1%，干密度降幅最大，3 d齡期時，干密度降幅最大為15.3%，最小為8.0%；28 d齡期時，干密度降幅最大為17.0%，最小為10.9%。主要是由于發(fā)泡劑引入后產(chǎn)生的泡沫增加了試件內(nèi)部的孔隙數(shù)量，進而降低了試件的干密度。

（3）對比RF1M-m、RF1.5M-m、RF2M-m，3組試件的干密度下降并不明顯，主要原因可能是，盡管隨著發(fā)泡劑摻量的增加，形成更多的泡沫，但隨著再生骨料的加入，攪拌過程出現(xiàn)消泡現(xiàn)象，在一定程度上降低了試件在成型后的孔隙率，因此其下降幅度不大。

（4）發(fā)泡劑摻量相同時，RFnM-0、RFnM-1、RFnM-2、RFnM-3的干密度有小幅變化，而每一發(fā)泡劑摻量下的干密度大小關系并不完全相同，可以認為粉煤灰、減水劑、纖維的加入對試件的干密度不會有明顯的影響。

（5）對比其他組與RFnM-4，骨料的級配調(diào)整，即篩除＞4.75 mm與＜0.15 mm的骨料，會明顯降低試件的干密度。其主要原因一方面在于級配調(diào)整后的骨料粒徑相對較小，因此在試件成型后，顆粒與顆粒之間就存在更多的空間形成孔隙結構；另一方面，大粒徑的骨料相比于小粒徑的骨料，在攪拌過程中更容易引起消泡現(xiàn)象?？傮w上，RF2M-4組的干密度基本符合JC/T 1062—2007中干密度B10（干密度＜1030 kg/m3）的要求。

2.2 再生磚混骨料泡沫砂漿的抗壓強度（見圖4）

由圖4可見，總體上試件的抗壓強度隨發(fā)泡劑摻量的增加而降低，同時當發(fā)泡劑摻量從0增加到1%，其抗壓強度降幅最大；而摻量從1%增加到2%，其降幅并不明顯，這一規(guī)律與干密度隨發(fā)泡劑摻量變化規(guī)律相似，其原因同樣由于發(fā)泡劑的引入提高試件孔隙率，進而降低試件力學性能。另一方面，對比相同配比不同齡期的試件發(fā)現(xiàn)，大部分試件的3 d抗壓強度基本上能達到28 d抗壓強度的50%以上，少數(shù)試件的3 d抗壓強度只能達到28 d抗壓強度的35%。

對比RFnM-0、RFnM-1可見，摻20%粉煤灰明顯降低試件的抗壓強度；相比之下，RFnM-2的抗壓強度有所提高，這是由于減水劑的加入降低了用水量，進一步降低了試件的水灰比，在一定程度上彌補粉煤灰?guī)淼牧W性能下降；RFnM-3中摻入了聚乙烯醇纖維，其強度有了進一步顯著的提高；RFnM-4對骨料級配進行調(diào)整，其干密度大幅下降的同時，抗壓強度也受到了明顯的影響，但其抗壓強度依然符合JC/T 1062—2007中抗壓強度A3.5（≥3.5 MPa）的要求。

2.3 再生磚混骨料泡沫砂漿的抗折強度（見圖5）

由圖5可見，試件抗折強度隨發(fā)泡劑摻量總體的變化趨勢與抗壓強度一樣，隨著發(fā)泡劑摻量的增加而降低，摻量從0到1%時降幅最大，然后發(fā)泡劑摻量對抗折強度的影響逐漸減小。試件的3 d抗折強度基本能達到28 d抗折強度的50%以上。相同發(fā)泡劑摻量下，不同配比試件的抗折強度存在一定的規(guī)律。對比RFnM-0與RFnM-1可以發(fā)現(xiàn)，粉煤灰對試件抗折強度有消極影響，同時對試件早期抗折強度的影響較大，對后期抗折強度的影響相對較小；減水劑的引入對試件抗折強度有積極影響，其中對試件早期抗折強度有明顯的提高效果，但對試件后期抗折強度的影響相對較??；聚乙烯醇纖維的加入對抗折強度有顯著地提高作用，對早期抗折強度較為明顯；隨著骨料級配的調(diào)整，試件內(nèi)部孔隙率增大，降低了試件的抗折強度。

2.4 再生磚混骨料泡沫砂漿的比強度

比強度是按單位質(zhì)量計算的材料強度，用于反映建筑材料高強輕質(zhì)特性的指標，圖6為各組配比試件在標準養(yǎng)護3、28 d后比強度。

由圖6可見，發(fā)泡劑的摻入會降低試件的比強度，發(fā)泡劑摻量為0時比強度最高，當發(fā)泡劑摻量從0增加至1%時比強度有一定的下降，然后隨著發(fā)泡劑摻量的增加，比強度的變化幅度相對較小。發(fā)泡劑的加入增大了試件的孔隙率，降低了其干密度，與此同時也降低了材料的抗壓強度，而抗壓強度因發(fā)泡劑的引入而降低的幅度大于干密度，進而降低了材料的比強度，這說明材料的密實度對再生泡沫砂漿力學性能的影響大于對材料干密度的影響。

對比不同齡期可以發(fā)現(xiàn)，28 d比強度明顯大于3 d比強度，這是因為，強度隨著養(yǎng)護齡期的延長而顯著提高，而干密度并沒有大幅度改變。相同齡期時，粉煤灰的摻入降低試件比強度，同時不考慮個別組的試驗誤差，減水劑以及聚乙烯醇纖維的引入能夠提高試件的比強度。其主要原因在于粉煤灰、減水劑以及聚乙烯醇纖維對試件干密度的影響不顯著，對試件抗壓強度影響較明顯，因此當引入這3種材料時，試件的比強度主要受抗壓強度的影響，其變化規(guī)律也與抗壓強度接近。而骨料級配調(diào)整相比引入其他3種材料，對試件干密度影響較大，同時降低試件抗壓強度，而對抗壓強度的影響大于對干密度的影響，進而影響試件比強度。結果顯示RFnM-3的比強度高于其他幾組，然而，在較高發(fā)泡劑摻量的情況下，盡管骨料級配調(diào)整（RFnM-4）降低了試件的比強度，但對比RFnM-0、RFnM-1、RFnM-2配比下的試件，RFnM-4的比強度仍處于相對較高的水平。

綜上，發(fā)泡劑摻量的增加，提高了再生泡沫砂漿試件的孔隙率，進而降低試件干密度及力學性能，影響試件的比強度。其中粉煤灰、減水劑以及聚乙烯醇纖維對試件干密度影響不顯著，粉煤灰的引入明顯降低試件的力學性能，減水劑以及聚乙烯醇纖維則顯著提高試件的力學性能；骨料級配調(diào)整顯著降低試件干密度的同時，影響試件的力學性能。按RF2M-4配比（水泥360 g、水440 g、骨料1350 g、發(fā)泡劑9 g、粉煤灰90 g、減水劑4.5 g、纖維體積摻量0.09%）制備得到再生磚混骨料泡沫砂漿，其3 d抗壓、抗折強度分別為2.34、1.01 MPa，干密度為1029.19 kg/m3；28 d抗壓、抗折強度分別為4.71、1.98 MPa，干密度為1034.45 kg/m3，基本符合JC/T 1062—2007中A3.5、B10的要求。

3 結論

（1）發(fā)泡劑摻量的增加使得再生泡沫砂漿的孔隙率增大，進而降低試件干密度及力學性能，影響試件的比強度，比強度隨發(fā)泡劑摻量的增加而降低。

（2）粉煤灰、減水劑以及聚乙烯醇纖維對試件干密度影響不顯著，粉煤灰的摻入降低試件的力學性能，摻入減水劑及聚乙烯醇纖維可提高試件的力學性能；骨料級配調(diào)整在降低試件干密度的同時，影響試件的力學性能。

（3）按RF2M-4配比制備再生磚混骨料泡沫砂漿，其3 d抗壓、抗折強度分別為2.34、1.01 MPa，干密度為1029.19 kg/m3；28 d抗壓、抗折強度分別為4.71、1.98 MPa，干密度為1034.45 kg/m3，基本符合JC/T 1062—2007中A3.5、B10的要求。