再生磚混骨料的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用探討

佟英男

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)土木工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

建筑廢棄物是指老舊建筑物以及道路橋梁等構(gòu)造物在改造拆除過程中產(chǎn)生的固廢。由于城市人口密集以及工業(yè)化程度高，導(dǎo)致我國目前已成為世界上最大的建筑廢棄物生產(chǎn)國之一。截至2020 年末，我國城市化水平已達(dá)到64%[1]，持續(xù)加快的城市化改造進(jìn)程，導(dǎo)致大批陳舊的建筑物拆除維修，每年城中村、背街小巷、老舊小區(qū)等建筑物改造、拆遷的房屋建筑面積達(dá)22.7 億m2，約占新建房屋建筑面積40%[2]，從而產(chǎn)生了巨量的建筑廢棄物。目前我國大部分建筑廢棄物僅是臨時(shí)堆放或者簡(jiǎn)單填埋，再次利用的途徑也是加工為再生磚和其他低附加值建材產(chǎn)品，資源化利用率低于10%，建筑廢棄物所帶來的資源、能源、環(huán)境等問題越來越突出。為了實(shí)現(xiàn)建筑廢棄物的規(guī)模化利用，固廢公司對(duì)建筑廢棄物進(jìn)行粉碎和篩分，得到再生磚混骨料并投入到施工建設(shè)中，為建筑廢棄物的高等級(jí)化處理指明了方向。

1 再生磚混骨料簡(jiǎn)述

在建筑行業(yè)中，再生磚混骨料已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。它可以作為混凝土、水泥制品等材料的原材料，也可以用于道路、橋梁、地基等工程中的填充和加固。通過對(duì)再生磚混骨料的應(yīng)用分析，可以更好地發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，提高建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展水平。首先，再生磚混骨料在混凝土制品中的應(yīng)用可以降低生產(chǎn)成本，同時(shí)避免了對(duì)天然骨料的過度開采和損耗。其次，再生磚混骨料在道路、橋梁等工程中的應(yīng)用可以提高工程的承載能力和穩(wěn)定性，同時(shí)減少了對(duì)土地資源的占用。此外，再生磚混骨料還可以用于城市公共設(shè)施的建設(shè)，如公園、廣場(chǎng)等場(chǎng)所的鋪裝和景觀打造。然而，再生磚混骨料的應(yīng)用也面臨一些挑戰(zhàn)。例如，由于其材料含有的雜質(zhì)較多，需要進(jìn)行加工和篩分處理，增加了生產(chǎn)成本和復(fù)雜度；同時(shí)，由于再生磚混骨料的性能和質(zhì)量不穩(wěn)定，需要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)和控制?？傊偕u混骨料是一種具有廣泛應(yīng)用前景的新型建筑材料。通過對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行分析，可以更好地發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，加快建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程。

2 再生磚混骨料材性研究

2.1 再生磚混骨料處理方式

試驗(yàn)中針對(duì)再生磚混骨料的篩分主要分為2 種方式。第一種是將再生磚混骨料直接與天然骨料分別以不同比例混合，最后制成混合料進(jìn)行試驗(yàn)研究。這種方法是在試驗(yàn)的初期以八點(diǎn)取樣法確定再生磚混骨料中各個(gè)成分比例，并在后續(xù)中一直使用該比例進(jìn)行試驗(yàn)，雖然使用八點(diǎn)取樣法可以較好地測(cè)試單批再生磚混骨料中各個(gè)成分含量，但試驗(yàn)中制備混合料往往消耗骨料較多，單批骨料并不能完成整組試驗(yàn)，而2 批骨料中各成分含量又存在偏差，所以并不能保證每組試驗(yàn)中各個(gè)成分含量的一致性，而再生磚混骨料的研究中往往把磚含量作為影響因素來考慮，所以這種方法可能會(huì)間接削弱了磚骨料取代率對(duì)混凝土或水穩(wěn)材料試驗(yàn)性能的影響。

第二種方式是將廢磚塊使用小型顎式破碎機(jī)單獨(dú)破碎然后與再生混凝土骨料或天然骨料混合后制成再生混合料。這種方法可以很好地控制各個(gè)成分在再生磚混集料中的含量，但是在實(shí)際工程中，相較于再生混凝土集料，再生磚混集料成分更為復(fù)雜，除混凝土、磚塊、舊砂漿以外還含有大量的石灰、瓷磚等成分，而單獨(dú)破碎后再生磚混集料成分單一，用其制備而成的再生混合料可能會(huì)與實(shí)際工程存在誤差。

2.2 再生磚混骨料與天然骨料材性特點(diǎn)比較

再生磚混骨料與普通再生骨料在各個(gè)方面都有較大區(qū)別。例如，在顆粒形貌上，磚塊被壓碎時(shí)，顆粒大多呈扁平狀，表面粗糙，有棱角，且有帶微裂縫，少量骨料表面黏附舊砂漿。這些因素使得再生混凝土在強(qiáng)度上明顯低于天然混凝土和鋼纖維混凝土。此外，由于磚骨料的原因，磚混骨料的表觀密度及堆積密度相較天然骨料偏高，而壓碎指標(biāo)和吸水率卻高于天然骨料[3]。當(dāng)紅磚占磚混骨料總質(zhì)量25%時(shí)，其磨耗值較天然骨料差別不大，但當(dāng)紅磚含量繼續(xù)升高，磨耗值將迅速降低[4]。

磚骨料和混凝土骨料在材料的物理性能上存在著較大的差距，造成了研究上的困難。由于我國建筑市場(chǎng)發(fā)展較快，大量采用了一些新技術(shù)、新工藝和新設(shè)備，使磚廠原料中出現(xiàn)許多新情況和新問題，這就導(dǎo)致磚混骨料的材性指標(biāo)受各種因素的綜合作用而產(chǎn)生變化。因此，針對(duì)組成復(fù)雜的再生磚混骨料，應(yīng)系統(tǒng)地研究各類影響因素下對(duì)混合料力學(xué)性能和耐久性能的作用規(guī)律，只有符合國家規(guī)范的要求，再生磚混骨料才可在施工建設(shè)上投入使用。

3 再生磚混骨料應(yīng)用混凝土的研究現(xiàn)狀

3.1 再生磚混骨料對(duì)混凝土力學(xué)性能影響

通過現(xiàn)有的研究發(fā)現(xiàn)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度值隨著再生磚混骨料替代率的升高而降低[5]。但如果設(shè)計(jì)好顆粒級(jí)配以及使用適合的水灰比，再生磚混骨料也可以作為低、中強(qiáng)度混凝土的骨料來使用。

盡管當(dāng)磚混骨料摻入混凝土后會(huì)導(dǎo)致其力學(xué)性能下降，但再生磚混骨料對(duì)于混凝土力學(xué)性能的作用并非都是負(fù)面效果。由于再生磚混骨料中含有SiO2、Al2O3等活性氧化物，使附著在它表面上的廢磚粉具有火山灰活性，能和水化產(chǎn)物進(jìn)行火山灰反應(yīng)，形成膠凝物質(zhì)，并充填混凝土的孔隙裂縫[6]。式（1）、（2）是火山灰反應(yīng)化學(xué)公式，再生磚混骨料放出的水促使附著在骨料上的廢磚粉及CH形成團(tuán)聚性水化硅酸鈣，水化鋁酸鈣產(chǎn)物。這些水化產(chǎn)物從磚骨料的表面析出，使混凝土界面過渡區(qū)及其附近砂漿力學(xué)性能得到改善，最終使混凝土的力學(xué)性能得到強(qiáng)化。

3.2 再生磚混骨料對(duì)混凝土耐久性能影響

由于再生磚混骨料具有孔隙率高、表觀密度較小，吸水率較大，微裂紋較多、強(qiáng)度較低的特點(diǎn)，致使再生混凝土在耐久性能方面與同等條件普通混凝土相比存在一定的差距?？箖鲂阅苁窃u(píng)定混凝土耐久性的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到工程結(jié)構(gòu)能否長(zhǎng)期、安全地投入使用。對(duì)北方低溫地區(qū)來說，凍融破壞已成為混凝土耐久性失效的首要原因[7]。為此應(yīng)該對(duì)摻再生磚混骨料混凝土的抗凍性能進(jìn)行研究，并探明再生混凝土在凍融過程中的損傷規(guī)律，提出改善混凝土抗凍性能的技術(shù)途徑，這對(duì)促進(jìn)再生磚混骨料在混凝土中的應(yīng)用有一定的理論意義和工程意義。常溫條件下再生骨料混凝土為氣-液-固三相平衡體系，但混凝土空隙中的水在負(fù)溫作用下會(huì)變成固態(tài)。相連通的毛細(xì)孔對(duì)混凝土凍融破壞有很大影響[8]。Gokce 等[9]用微觀分析的方法進(jìn)行了研究：凍融過程中，非引氣型混凝土附著的砂漿可使再生骨料早于基體而失效，由此誘發(fā)了內(nèi)部結(jié)構(gòu)的凍融破壞。對(duì)于摻再生磚混骨料的混凝土，可以采取如下措施使耐久性得到提高。

第一，再生磚混骨料在破碎生產(chǎn)過程中往往就已經(jīng)存在裂縫，所以由于骨料方面的缺陷，再生混凝土抗凍性能較普通混凝土稍差，但可以通過添加引氣減水劑等方式，使其接近甚至超過普通混凝土的抗凍性指標(biāo)。

第二，各地區(qū)再生磚混骨料的組成成分與材性指標(biāo)各不相同，這會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散化，使磚混骨料的廣泛應(yīng)用受到阻礙，所以對(duì)于再生磚混骨料，應(yīng)該規(guī)范其生產(chǎn)過程，統(tǒng)一分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，使磚混骨料的材性指標(biāo)更加穩(wěn)定。

4 再生磚混骨料應(yīng)用于水穩(wěn)材料的研究現(xiàn)狀

4.1 再生水穩(wěn)材料的應(yīng)用前景

水泥穩(wěn)定材料是由骨料及少量水泥作黏結(jié)劑，通過適當(dāng)?shù)乃浚ㄟ_(dá)到壓實(shí)和水泥水化的要求）壓實(shí)而形成的混合物。它主要用于修筑路面、路基或堤壩等工程。1915年美國佛羅里達(dá)州薩拉索塔人行道施工中第一次采用貝殼、沙與波特蘭水泥混合用作基層，由于施工便利、前期強(qiáng)度高，后續(xù)在道路基層，底基層得到了廣泛的應(yīng)用。近年來隨著城市規(guī)模擴(kuò)大和人口增加，廢棄建筑物不斷增多，其中有相當(dāng)一部分已成為垃圾或露天堆放場(chǎng)，不僅占用土地資源而且污染環(huán)境。我國現(xiàn)在絕大多數(shù)被拆房屋都是九十年代前磚混結(jié)構(gòu)，這些被拆除的磚混建筑廢棄物，其組成成分比較復(fù)雜，包含了很多舊磚塊和舊砂漿以及玻璃、木片等雜質(zhì)，直接破碎篩分而成的再生磚混骨料難以直接作為砂石直接使用。因此，需要采用一定的方法將其與天然骨料混合制備成穩(wěn)定密實(shí)的水穩(wěn)材料用于路面面層或路基工程。水穩(wěn)材料與結(jié)構(gòu)混凝土相比較，對(duì)砂石技術(shù)性能的要求比較低，應(yīng)該可成為再生磚混骨料規(guī)?；Y源化利用的主要方式。

4.2 再生磚混骨料對(duì)水穩(wěn)材料力學(xué)性能的影響

水穩(wěn)材料強(qiáng)度的形成機(jī)制主要受水泥的水化作用以及骨料嵌擠作用的影響，水泥熟料中硅酸三鈣含量最多，又稱“C-S-H”型凝膠，占材料總量的一半。硅酸三鈣水化產(chǎn)物及其結(jié)構(gòu)隨液相氧化鈣濃度及溫度的變化而變化[10]。硅酸三鈣在室溫下水化反應(yīng)可近似表示為

隨著時(shí)間的推移，水化產(chǎn)物越來越多，且鈣礬石等晶體的形成使再生水穩(wěn)材料的結(jié)構(gòu)更加致密，簡(jiǎn)單來說就是水泥硬化使混合料膠結(jié)在一起的過程；骨料嵌擠作用就是再生水穩(wěn)材料經(jīng)過機(jī)械的壓實(shí)，使骨料之間緊密接觸形成骨架結(jié)構(gòu)，各個(gè)骨料之間相互嵌擠，使水穩(wěn)材料具有較高的強(qiáng)度及穩(wěn)定性。

再生磚混骨料對(duì)水穩(wěn)材料力學(xué)性能的作用及影響尚無統(tǒng)一定論，商曉儒[11]制備了不同再生磚混骨料替代率下的水穩(wěn)材料，并對(duì)它們進(jìn)行了力學(xué)性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)隨著磚混再生骨料替代率的升高，水穩(wěn)材料抗壓強(qiáng)度呈先升高后降低趨勢(shì)，劈裂強(qiáng)度逐漸增加，均滿足規(guī)范要求；陳朝金[12]通過將再生磚骨料與天然骨料混合后制得不同磚骨料替代率的水穩(wěn)材料，發(fā)現(xiàn)隨著再生磚骨料替代率的升高，水穩(wěn)材料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、抗壓回彈模量和抗彎拉強(qiáng)度均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但隨著養(yǎng)生齡期的延長(zhǎng)而呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

4.3 再生磚混骨料對(duì)水穩(wěn)材料耐久性能的影響

針對(duì)再生磚混骨料在水穩(wěn)材料耐久性能方面存在的問題，馬勇[13]使用UTM 萬能試驗(yàn)機(jī)，開展了材料疲勞性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明再生骨料所占的比重越大，水穩(wěn)材料抗疲勞性能就越好，水泥劑量偏高，水穩(wěn)材料的疲勞敏感性越高。所以從耐久性的角度出發(fā)，并不是所有再生磚混骨料替代率以及水泥劑量下都可以使水穩(wěn)材料的耐久性得到保證。同時(shí)，要注意防止砂漿中存在大量的微裂縫及水泥漿體開裂，以保證混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和整體性。

尹健等[14]對(duì)不同再生骨料替代率的水穩(wěn)材料耐久性進(jìn)行了研究，不同的水泥劑量，在不同沖刷次數(shù)條件下，水穩(wěn)材料具有較高的抗沖刷耐久性。試驗(yàn)采用室內(nèi)模擬降雨沖刷方法，以混凝土試件為對(duì)象，通過設(shè)置相同的侵蝕環(huán)境條件來對(duì)比分析各因素對(duì)水穩(wěn)材料的水穩(wěn)定性能的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相同的水泥劑量時(shí)，隨再生骨料摻量的升高而增大，水泥穩(wěn)定材料的抗沖刷性能表現(xiàn)為先增大后減小，且增加適當(dāng)?shù)乃鄤┝磕芨纳扑€(wěn)材料的抗沖刷性能。

5 結(jié)束語

隨著城市化進(jìn)程的加速和建筑垃圾的大量產(chǎn)生，再生磚混骨料的研究變得越來越重要。未來，再生磚混骨料的研究將朝以下方向發(fā)展。

1）提高再生磚混骨料的質(zhì)量：通過優(yōu)化再生磚混骨料的生產(chǎn)工藝和原材料選擇，提高其質(zhì)量，以滿足建筑行業(yè)的需要。

2）探索再生磚混骨料的應(yīng)用領(lǐng)域：除了作為建筑材料外，再生磚混骨料還可以用于道路、橋梁和隧道等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，未來將進(jìn)一步探索其應(yīng)用領(lǐng)域。

3）加強(qiáng)再生磚混骨料的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化：建立再生磚混骨料的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化體系，以確保其質(zhì)量和安全性。

4）推廣再生磚混骨料的應(yīng)用：加強(qiáng)對(duì)再生磚混骨料的宣傳和推廣，提高其在建筑行業(yè)中的認(rèn)知度和應(yīng)用率，促進(jìn)建筑垃圾資源化利用。