再生砖骨料研究

杨金龙，胡金娣，胡一鸣

(华北水利水电大学土木与交通学院 河南 郑州 450000)

0 引言

随着新型城镇化进程的深入开展，大量的城中村改造工程和新型城镇建设工程需要拆除或改造大量已有建筑物，与之相对应的是产生巨大量的建筑垃圾。据报道，前瞻保守预计我国建筑拆除面积2022—2026年将保持在5%低速增长，前瞻初步测算到2026年我国建筑拆除中建筑垃圾的产量将达到18亿吨以上。我国建筑行业所耗费的骨料每年超过了94亿吨，使得国内部分地区的天然砂石不可再生资源逐渐减少，加之各行业对天然砂石的不间断开采，还会引起山坡水土流失，河道破坏等严重的自然灾害，随着这些严重的生态环境问题渐渐出现，绿色节能可持续的社会经济发展模式已成为当代社会的发展主题。通过对建筑垃圾进行归类分析，其中黏土砖占比14%。将建筑物中拆除的黏土砖破碎成的不同粒径再生砖骨料（RBA）来代替自然界中的天然骨料，如今已成为一种高效处理和利用建筑垃圾的手段。但是使用RBA材料作为骨料较使用传统河砂的结构而言，其各方面的性能都有所减弱，还不能进行大规模地推广和使用，为了改善RBA材料在工程应用中的各项性能，分析其工作、力学及收缩性能，给RBA材料的推广和工程应用提高支持和参考。黏土砖废弃物的其中一种处理方式为使用砖骨料替代天然河砂，本文详细介绍了RBA作为环保材料的研究现状并分析其应用前景。

1 再生砖骨料的工作性能

当碎砖作为骨料应用于结构时，其带来的较高吸水性会在极大程度上对再生砖骨料结构的工作性能带来影响。大多数学者通过使用附加水提前预湿，在一定程度上提升再生砖骨料结构的工作性能。再生砖骨料在实际施工时，其具有的流动性和坍落程度，是确保施工安全的前提。然后当水灰比相同时，再生砖骨料结构的强度却不及普通结构，再生砖骨料中含有大量的旧水泥砂浆和其他杂质，从而降低了再生砖骨料的活性。对于再生砖骨料，骨料表面的粗糙度越高，其内摩擦和机械咬合力越大。在实际施工中，再生砖骨料结构可以通过提高保水性和附着力来提高再生砖骨料的工作性能。根据配合比规范，坍落度与水灰比的相关性是确定结构质量特性的重要基准指标。在不同水灰比和再生砖骨料替代率的协同作用下，整个再生砖骨料在使用过程中能够满足实际工程的要求，提高再生砖骨料作为环保材料的应用性能。例如，在相同水灰比的条件下，再生砖骨料的适当取代，使再生拌合物的坍落度参数几乎与普通拌合物相同，满足了实际施工需要。此时，使用再生砖骨料结构可以有效降低施工成本，满足经济要求。张明鑫等[1]通过研究碎砖骨料的预处理手段对实际工程工作性能影响时发现，使用附加水法预处理碎砖骨料能够同时提升再生结构的力学性能和工作性能。Ge[2]和车法等[3]对掺有红砖粉材料结构的拌和性能与后期性能进行了研究，结果显示，当红砖粉掺量超过10%时，能够明显降低拌合物的坍落度，而对其表观密度影响可以忽略。

2 再生砖骨料的力学性能

力学性能参数是结构稳定性的重要指标，也是衡量再生砖骨料材料在使用过程中能否满足使用的基本参数。从再生砖骨料的材料特性而言，表观密度低、压碎指标高、孔隙率高、吸水率高、粗糙度高等先天劣势将导致再生砖骨料结构产生力学多变的特征，与天然骨料相比，在力学性能方面将呈现出较高的差异性。De Brito等[4]的试验表明，再生结构力学性能随着替代率的增加几乎呈线性降低，特别是100%替代率的废砖粗骨料结构的抗压强度和抗折强度分别降低了45%和26%。Martins[5]同样研究了废砖粗骨料的力学性能随着替代率增加的降低规律。由于高替代率的RBA混凝土的力学性能下降较多，所以Gomes等[6]研究了小于50%替代率（6.25%、12.5%、25%和50%）的废砖粗骨料结构物，发现砖骨料结构的力学性能较普通结构仍有较大差距，严重的是当RBA替代率达到50%时，再生结构的抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量分别降低了23.6%、20.1%和22.2%，力学性能均出现较大降低。Nepomuceno等[7]首先评价了废砖粗骨料的物理性能，然后研究了废砖粗骨料小部分替代天然粗骨料，尽管RBA替代率的增加与结构的力学性能成负相关，其主要原因是废砖粗骨料自身强度较低，但是采用废砖粗骨料制备低强度结构物是可行的。而Gonzalez等[8]认为掺入RBA的结构物，其弹性模量会有所降低，但是35%替代率以内的废砖粗骨料结构可以用来制备符合欧洲标准的预制预应力梁构件。吴春杨等[9]研究得到随着废砖粗骨料替代率的增加，再生结构的抗压强度和弹性模量都有所降低，且其破坏形式与基准结构类似。高丹盈等[10]研究不同的纤维类型对废砖粗骨料结构进行改性，重点研究了纤维增强再生结构的力学性能。分析得到了纤维有效地提高了废砖粗骨料结构的抗压强度和劈裂抗拉强度，尤其是端钩型的钢纤维对废砖粗骨料结构的力学性能提高较为明显。

对再生砖骨料结构的力学性能试验进行测定时，由于测试人员采用的测试方式和仪器的不同，会导致测试的数据有很大的差别。以美国的研究人员为例，将再生砖骨料与标准的河砂进行了比较，发现其强度比一般的结构物要差10%～14%，通过多次试验，认为再生砖骨料结构的抗压强度下降的主要因素是由于再生砖骨料混合时出现了老式水泥砂浆，影响了其界面过渡区的显微硬度；由于其在交界处的受力性能明显比标准差，从而产生了受压承载力的缺陷，从而使其无法满足结构工程的需要。而英国的一些学者也在此基础上发现，再生砖骨料结构具有较标准结构高6%～8%的抗压强度。不同种试验方法、材料组成及环境差异对再生砖骨料物理性能影响较大，导致的测量值差异很大，离散型较大。

3 再生砖骨料的收缩性能

据研究可知，因收缩引起的裂缝占80%左右，其中比较常见的是早期收缩裂缝。普通结构收缩是指在拌合物硬化过程中，由于水泥水化作用造成结构内部水分散失，结构内部孔隙压力增大，结构受到挤压体积不断减小的现象。对于普通结构来说，干燥收缩在收缩中占有较大比例，而对于再生砖骨料结构物来说，自收缩同干燥收缩同样不容忽略。再生砖骨料对结构的收缩有明显的不利影响，并且随着砖骨料替代率的增加，再生砖骨料结构的收缩逐渐增大。郝彤等[11]研究表明，再生砖细骨料结构的收缩机理与普通结构相同，再生结构的干燥收缩率随骨料替代率的增加而增大，随龄期增长而逐渐增大。王磊等[12]采用非接触法试验对再生碎砖骨料替代率为0%、30%、40%、50%结构物进行了早期收缩测试，研究分析不同骨料替代率，试验结果显示：碎砖骨料对结构早期收缩有改善作用，碎砖骨料替代率越高，结构收缩率越低。严捍东等[13]研究指出，相比基准结构物，虽然再生砖结构的强度和弹性模量较低，收缩率较大，但是通过增加水泥用量，可以提高废砖骨料结构的强度、弹性模量和导热系数，降低收缩率，可适用于墙体材料。刘秦[14]利用破碎黏土砖制备低强度再生结构物并对其收缩性能进行了研究，得出对收缩性能影响最大的因素是龄期，收缩主要发生在28 d左右，在60 d后便趋于稳定；另外环境温度和湿度也会对再生结构的收缩产生一定的影响，随着温度增加，相对湿度降低，收缩增大。

4 再生砖骨料发展中应当关注的重点

4.1 再生砖骨料的制备工艺

由于再生砖骨料制品过程中还可能同时混杂一定的比例较大的老旧水泥砂浆，造成了再生砖骨料在原材料性能特征方面的劣化。例如再生砖骨料压碎值高、粒型粒貌不均匀、孔隙率高等特点，且原有黏土砖中砂浆无法被全部清除，加大了骨料的间隔孔隙。所以我们需要尽快寻求建立一套较为切实可行有效地从拆除、破碎再到筛分一体化的智能绿色工艺流程，尽可能大的减少老旧砂浆的含量，改进传统粗放化处理废料的工艺模式，实现产品精细化再分类，从而最大限度得到安全高品质的再生砖骨料[15]。

4.2 再生砖骨料的强度

要想实现再生砖骨料结构在实际工程中的全面应用，必须保证强度指标符合工程施工基准。但是再生砖骨料在制备期间，废旧砂浆的残留和破碎工序的强大外部作用力，导致再生砖骨料杂质较多和内部产生严重的裂缝问题。与此同时，废弃黏土砖经过长时间的使用和不同环境下的受损，可能导致造成废弃黏土砖自身强度低和轻微碳化现象，从而影响再生砖骨料内部结构的稳定性。为达到正常结构的强度指标，除对技术工艺进行完善，还应选择较好环境中的砌体结构或砖混结构，减少外界环境的损坏。提高废弃黏土砖的转化率，减少后期建筑物使用过程中不稳定问题的出现，真正实现绿色化建筑。

4.3 再生砖骨料的耐久性

由于再生砖骨料对再生砖骨料结构自身的长期使用和性能寿命等有一些直接或间接的负面性影响，还特别需要较为系统完整地分析研究并论证再生砖骨料的各种基本材料性能，仍需今后继续进一步比较全面科学地分析开展试验研究其耐久性能。例如在抗硫酸盐腐蚀的能力试验、冻融循环试验和低温下早期再生结构抗裂变形性能研究等试验。特别强调的是，需要在高温环境中进行再生砖骨料结构的高温耐久性及抗火性试验，为更加有效地确保再生砖细骨料结构能够满足在未来工程中的使用能力和安全性能。

5 结语

综上所述，再生砖骨料是在砌体结构或砖混结构拆除中，通过逐层破碎技术，根据工程施工需要制备的一种原材料。在一定程度上，它可以缓解工程建设对天然骨料的供求，提高资源利用效率，提高不可再生资源的可持续利用率。而且有效地减少二氧化碳的排放，满足城市化改建扩建的需求，促进地球资源可持续发展，对推动低碳节能社会建设具有深远的意义。