建筑垃圾再生砖的早期强度性能研究<sup>*</sup>

随着我国城镇化过程的推进，建筑垃圾的处理已成为一个严峻的社会问题。建筑垃圾主要包括废混凝土块、废沥青混凝土块以及施工过程中散落的砂浆、混凝土、碎砖渣、金属和木材等[1]。中科院的研究报告显示，我国每年产生的建筑垃圾24亿t，占城市垃圾总量的40%，预计在未来一段时间内，我国建筑垃圾仍处于增长阶段。但是目前大部分的建筑垃圾未经任何处理，便被就近填埋或随意填埋，占用了大量土地，资源化水平极低。为推进建筑垃圾资源化利用产业的发展，国内外许多学者对建筑垃圾的资源化利用进行了大量研究。G width=8,height=11,dpi=110

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beron[2]研究发现，再生骨料取代天然骨料所制得再生混凝土的机械强度因孔隙率过高明显降低。Kou等[3]用再生骨料部分取代天然骨料的同时添加一定量的粉煤灰进行改性，发现添加25%～35%的粉煤灰(与水泥用量的比值)可一定程度克服单纯使用再生骨料所制再生混凝土的性能缺陷。日本Ngoc等[4]在保证再生混凝土质量的情况下提高再生骨料的掺比，提出了一种用粗天然骨料代替再生骨料中粗骨料的新型骨料掺混法，该方法可将再生骨料的掺比提高到50%，并且28 d再生混凝土强度>50 MPa，同一条件下传统方法的再生骨料掺比最高只能达到30%。王社良等[5]研究发现掺入再生砖粒的再生混凝土的弹性模量和延性均明显下降，赵爱华等[6]研究的再生砖粗骨料混凝土同样具有该类缺陷。以上研究表明，建筑垃圾再生骨料在再生混凝土中的掺比需严格控制，且对再生骨料的要求较高，不利于建筑垃圾的规模化利用。与再生混凝土相比，再生砖的工程应用要求较低，并可根据再生砖的级别进行分类使用，该工艺路线较容易实现建筑垃圾的规模化、资源化利用。本文以建筑垃圾再生骨料完全替代天然骨料进行再生砖的制备，重点探讨再生骨料材性、配合比和养护条件对再生性早期强度性能的影响，优化再生砖制备工艺，以进一步缩小再生砖养护过程的占地面积，提高建筑垃圾再生砖的生产效率，为再生砖的规模化生产提供实验与理论参考。

1 实验部分

1.1 实验材料

本实验所用建筑垃圾来源于广州市芳村发电厂拆除建筑，其成分以砖块和混凝土为主，破碎后颗粒级配和基本材性分别如表1和表2所示。

根据GB/T 14684—2011《建设用砂》的要求，该建筑垃圾再生骨料的细度模数为3.1～3.7(表1)，为粗砂，颗粒级配不满足任何级配区的要求，与级配1区相比，2.36～4.75 mm及4.75 mm以上的颗粒较多。但是含泥量及泥块含量均满足Ⅲ类骨料的要求；压碎指标则满足Ⅰ类骨料的要求；其表观密度和堆积密度分别高于2500，1400 kg/m3，符合建设用砂的规定；孔隙率则略高于标准值44%。

1.2 实验方法

首先将建筑垃圾再生骨料和一定量PC32.5的复合硅酸盐水泥按一定比例混合均匀，然后加入适量已掺1%萘系减水剂的水并搅拌均匀，然后将混合料倒入再生砖标准模具并在液压式单压机下压制成型，最后直接脱模并将再生砖置于特定区域进行自然养护，即可获得成品的建筑垃圾再生砖(尺寸：240 mm×115 mm×53 mm)。为更好地反映再生砖的早期强度，本实验以再生砖压制成型后8 h作为时间节点进行抗压强度检测。整个建筑垃圾再生砖制备工艺流程如图1所示。建筑垃圾再生砖的基本配比见表3。

1.3 检测方法

本实验所得再生砖均用TSY-300电液式抗压试验机进行抗压强度的检测，检测前首先需对样品进行无水乙醇浸泡处理，以阻止水化反应的继续进行，然后将待测再生砖截成2段分别进行抗压强度检测，检测结果取2次的平均值，加压速度控制在1～2 kN/s。

2 结果与讨论

2.1 再生骨料材性对再生砖早期强度的影响

2.1.1 初始含水率

建筑垃圾再生骨料的吸水率一般远大于天然骨料[7]。孔隙率越大，吸水量越多，这将直接影响建筑垃圾再生砖水化反应速度，因此研究再生骨料含水率对再生砖性能的影响具有重要意义。表4列出了3种不同初始含水率的再生骨料所制再生砖的早期抗压强度。可知：再生骨料初始含水率的增加有利于再生砖抗压强度的提高，当再生骨料初始含水率为11.9%时，再生砖的早期抗压强度达到10.24 MPa，是初始含水率为5.7%时的2倍。因为建筑垃圾再生骨料具有表面轮廓粗糙、内部裂缝或孔隙多等特征，其初始含水率直接影响搅拌混合过程中再生骨料的吸水率，在水灰比相同的条件下，初始含水率越低，再生骨料吸水率越高，明显不利于水化反应的进行。只有水化反应进行足够充分，再生砖内骨料界面的黏结性更强，其强度才能更高。

2.1.2 骨料最大粒径

再生砖早期抗压强度随再生骨料最大粒径的增加而逐渐降低(见表5)。当再生骨料最大粒径为6～10 mm时，所得再生砖早期抗压强度变化不大，但当再生骨料最大粒径达到13 mm时，其对再生砖早期抗压强度的影响非常明显，此时早期抗压强度仅为7.66 MPa，较骨料最大粒径为4.75 mm时大幅降低。因为当骨料粒径较大时，因内部缺陷较多而影响再生砖的整体强度。而大颗粒骨料的破碎过程即是其内部孔道或缺陷的去除过程，可达到降低骨料孔隙率的目的，骨料最大粒径越小，骨料之间接触面积越大，水化反应后的黏结性越强，最终所得再生砖的内部结构则更加密实，有利于建筑垃圾再生砖强度的提高。另外有研究表明，骨料粒径的减小有利于热膨胀系数的降低[8]，即小粒径骨料可进一步提高再生砖的性能。

2.1.3 骨料颗粒级配

表6为基准再生骨料的级配和2种新配制的再生骨料级配对比。级配Ⅰ与级配Ⅱ均是在基准级配的基础上降低>1 mm粒径骨料，增加<1 mm粒径骨料，并且级配Ⅱ中<1 mm粒径骨料含量增为47%。由表6可知:级配Ⅰ与级配Ⅱ所得再生砖早期抗压强度均高于基准级配，分别为10.15，10.52 MPa，这说明再生骨料粒径分布对再生砖的早期抗压强度有明显影响。因为较大颗粒骨料孔隙较多，作为再生砖受力骨架受压时容易碎裂，而级配Ⅰ与级配Ⅱ增加了小粒径骨料含量，改善了骨料之间的堆积密实度，总体降低了再生砖的内部孔隙率，从而提高了强度。肖建庄等[9]研究表明，未经人工级配调整的再生骨料的级配曲线较差，堆积密度较低，压碎指标较高，而经适当人工级配调整后的再生粗骨料级配曲线良好，堆积密度提高，压碎指标降低。

2.2 配合比对再生砖早期强度的影响

水灰比是指混合料中水与水泥的添加量之比，是影响再生砖水化反应进程的关键因素，其对再生砖早期抗压强度的影响见表7。可知：随着水灰比的增加，再生砖早期抗压强度呈先增加后减小的趋势，水灰比为0.6时，再生砖的早期抗压强度最高为10.56 MPa。这说明适量的水灰比有助于水化反应的进行，同时有利于水化产物在骨料之间的密实填充，提高界面黏结力。而当水灰比过大时，除再生骨料与水泥水化需水外，仍会有部分自由水存在于骨料缝隙之间，其在养护过程蒸发后，再生砖内骨料界面结合处易形成连通孔隙，导致界面黏结力降低。

灰骨比是指混合料中水泥与再生骨料的添加量之比，是影响再生砖骨料间密实度的关键因素。随着灰骨比的降低，再生砖早期抗压强度呈先增加后降低的趋势(见表8)。当灰骨比为1∶9时，再生砖早期抗压强度最高，为9.86 MPa，这说明水泥量过多或过少均不利于再生砖强度的提升。若水泥过多，在水灰比不变的情况下，再生砖干缩较大，且水化热较大，容易导致其收缩开裂，降低强度。若水泥过少，则水化产物过少，可导致骨料间隙间的黏结不彻底，不利于再生砖强度的提高。

2.3 再生砖制备工艺参数的优化

首先根据骨料材性和配合比等因素对建筑垃圾再生砖早期强度影响进行对比分析，优化再生骨料的颗粒粒径、级配和再生砖制备的配合比(骨料最大粒径<4.75 mm、级配Ⅱ、水灰比0.6、灰骨比1∶9、加压时间8 s)，并据此进行再生砖的制备。表9为依据最优组合制备出的再生砖抗压强度在不同龄期的变化情况。可知：自然养护28 d后再生砖的抗压强度为26.89 MPa，达到MU25抗压强度等级，其值仅为养护8 h的2.24倍。说明该再生砖的早期水化反应程度较高，可为建筑垃圾再生砖的规模化生产提供时间与空间上的便利。

3 结论

1) 再生骨料的初始含水率、最大粒径和级配均对再生砖的早期抗压强度有较大影响。外加水量取决于初始含水率的高低；再生砖的密实度受制于骨料最大粒径及颗粒级配。所以再生砖制备前需统筹考虑再生骨料的材性。

2) 混合料中适当的水灰比及灰骨比有助于水化反应的进行及水化产物的定量控制，可有效提高骨料间的黏结性和再生砖的密实度，当水灰比为0.6时，再生砖的早期强度高达10.56 MPa。所以配合比的优化是保证其性能的前提。

3) 再生砖的养护一般均是时间越长越有利，但考虑到生产效率时，则需根据实际情况而定。工艺优化后所得再生砖的28 d抗压强度等级为MU25，并且其在8 h的抗压强度就已高于MU10水平，具有较高的早期抗压强度，这有利于实现建筑垃圾再生砖的移动制备与集中养护的协调。

[1] 赵军, 刘秋霞, 林立清, 等. 大城市建筑垃圾产生特征演变及比较[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2013, 44(3): 1297-1304.

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建筑垃圾再生砖的早期强度性能研究*

0 引言

1 实验部分

1.1 实验材料

1.2 实验方法

1.3 检测方法

2 结果与讨论

2.1 再生骨料材性对再生砖早期强度的影响

2.2 配合比对再生砖早期强度的影响

2.3 再生砖制备工艺参数的优化

3 结论

EARLY STRENGTH PERFORMANCE OF CONSTRUCTION WASTE REGENERATION BRICK

建筑垃圾再生砖的早期强度性能研究*

0 引 言

1 实验部分

1.1 实验材料

1.2 实验方法

1.3 检测方法

2 结果与讨论

2.1 再生骨料材性对再生砖早期强度的影响

2.2 配合比对再生砖早期强度的影响

2.3 再生砖制备工艺参数的优化

3 结 论

EARLY STRENGTH PERFORMANCE OF CONSTRUCTION WASTE REGENERATION BRICK

0 引言

3 结论