鄔良竹， 孟宏睿

(1.西安工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院， 陜西 西安 710016;2.陜西理工大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院， 陜西 漢中 723000;3.漢中市南鄭區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)管理局， 陜西 南鄭 723100)

近年來，隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，對建筑材料的需求量空前巨大且與日俱增，導(dǎo)致了建筑垃圾的產(chǎn)量也越來越大[1-3]，建筑垃圾的循環(huán)利用成為亟待研究的課題[4-5]。粘土磚作為傳統(tǒng)的建造材料，在全國各地均大量生產(chǎn)，造成在房屋建造和拆除過程中產(chǎn)生大量碎磚廢料，為經(jīng)濟(jì)和環(huán)保造成了巨大壓力[6]。國內(nèi)外眾多學(xué)者通過強化廢棄粘土磚顆粒的性能，使其具備成為混凝土骨料的條件。有學(xué)者對碎磚骨料進(jìn)行了物理研磨強化處理和不同化學(xué)試劑浸泡處理，研究發(fā)現(xiàn)物理研磨可明顯降低碎磚骨料的吸水率，有機硅防水抗油劑對碎磚骨料強化作用最明顯[7]，也有學(xué)者采用化學(xué)漿液浸泡強化法處理再生粗骨料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水泥外摻硅粉漿液和聚乙烯醇溶液浸泡強化法最為有效[8]。俄羅斯學(xué)者采用酸液與超塑化劑對再生骨料進(jìn)行表面處理，研究證明用鹽酸處理再生骨料，不僅能夠提高混凝土強度，還可以改善拌合物的和易性[9]。

本文針對碎磚孔隙率大、破碎后微細(xì)裂縫多及強度低等特點[10-13]，采用預(yù)濕、浸泡[14-16]并裹漿的方式對碎磚進(jìn)行改性處理，測試表觀密度和壓碎指標(biāo)并配制大流態(tài)(泛指坍落度大于180 mm的大流動性)混凝土，研究不同改性處理方式對碎磚骨料基本特性的改變和對混凝土抗壓強度的影響。

1 試驗方案及原材料

1.1 試驗方案

試驗采用直接裹漿法、預(yù)濕裹漿法和水玻璃浸泡裹漿法對碎磚骨料進(jìn)行改性處理，測定改性處理前后碎磚骨料的表觀密度、吸水率和壓碎指標(biāo)，并進(jìn)行對比分析；利用改性處理前后的碎磚骨料分別配制大流態(tài)混凝土，測定坍落度和立方體抗壓強度，并通過對比分析優(yōu)選出本試驗范圍內(nèi)的最佳改性處理方法。

1.2 試驗材料

碎磚骨料：漢中市棚戶區(qū)改造項目居民自建房拆除的建筑廢棄粘土磚，強度等級評定結(jié)果為MU10，經(jīng)機械破碎并篩分后選取粒徑為4.75～19.0 mm的顆粒。天然骨料：漢山山體開采的碎石。細(xì)骨料：漢江河天然河砂。水泥：中材漢江水泥股份有限公司生產(chǎn)的中材牌42.5普通硅酸鹽水泥。水：自來水。水玻璃：西安藍(lán)翔化工有限公司生產(chǎn)的桶裝液態(tài)水玻璃。減水劑：漢中增輝新型材料有限公司生產(chǎn)的減水劑，減水率為23%。

2 碎磚骨料改性處理試驗

2.1 改性處理及試驗結(jié)果

試驗采取了3種方式對碎磚骨料進(jìn)行改性處理：直接裹漿法、預(yù)濕裹漿法和水玻璃浸泡裹漿法，3種方法的共同點是采用水泥漿液外部裹漿。由于碎磚骨料孔隙多且吸水性大，故水泥漿液的水灰比對試驗結(jié)果具有至關(guān)重要的影響：若水灰比過大，水泥漿液過稀，裹漿層過薄，則改性效果不明顯；若水灰比過小，漿液粘稠度增大，碎磚無法完全吸收漿液，導(dǎo)致孔隙和裂縫不能被水泥漿液填充，達(dá)不到改性目的。通過調(diào)配和觀察，試驗選取了3種水灰比，分別是1∶1.2、1∶1.6和1∶2。

直接裹漿法即對篩分完成的碎磚骨料直接進(jìn)行裹漿；預(yù)濕裹漿法和水玻璃浸泡裹漿法即先將碎磚分別在水或水玻璃中浸泡24 h，吸足水分或水玻璃后撈出瀝干，攤開晾曬1 h至飽和面干狀態(tài)，用水灰比分別為1∶1.2、1∶1.6和1∶2的水泥漿液裹漿，裹漿完畢的各組骨料需均勻攤在塑料薄膜上，再覆蓋一層薄膜保溫保濕，靜置24 h后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7 d，使外裹水泥漿形成水泥外殼。

按照《GB/T 14685—2011建筑用卵石、碎石》規(guī)定的試驗步驟，分別測定天然碎石骨料、未處理碎磚骨料和改性處理后骨料的表觀密度、吸水率及壓碎指標(biāo)，測定結(jié)果見表1。

表1 天然骨料及改性處理前后碎磚骨料基本物理性能

注：G1-1、G1-2和G1-3均為直接裹漿組，裹漿水灰比分別為1∶1.2、1∶1.6和1∶2；其他組以此類推

由表1可知，碎磚骨料改性處理后，表觀密度得到不同程度的提高，且各組表觀密度最大為G1-1組、G2-1組和G3-1組，表觀密度值分別增大16.8%、17.3%和15.7%；除G3組外，各組吸水率都有所增加，每組最大增(降)幅分別為5.0%、3.4%和1.9%；改性處理后，碎磚骨料壓碎指標(biāo)都有不同程度的降低，且各組壓碎指標(biāo)最小為G1-2組、G2-1組和G3-1組，壓碎指標(biāo)分別降低17.4%、22.5%和24.9%。

2.2 試驗結(jié)果分析

經(jīng)過改性處理的碎磚骨料表觀密度得到不同程度的提高，其中G2-1組(見表1)表觀密度最大，為2120 kg/m3，增長率為17.3%，這是由于水灰比為1∶1.2的水泥漿液能夠更好地填充碎磚內(nèi)部的裂紋和微縫，裹漿厚度合適，且碎磚在裹漿前已是飽和面干狀態(tài)，水分已經(jīng)填充了碎磚中的縫隙，水泥漿體滲入更深入，致使表觀密度較高；碎磚骨料外裹水泥漿后吸水率增大，是由于碎磚本身孔隙率大且內(nèi)部多有微細(xì)裂縫，加之改性處理后碎磚外裹了大量水泥漿，7 d后測試吸水率時，部分未水化水泥繼續(xù)水化，導(dǎo)致稱量質(zhì)量增加，表現(xiàn)為吸水率更大；經(jīng)改性處理的碎磚骨料壓碎指標(biāo)低于未處理碎磚，這是由于水泥漿或水玻璃溶液填充了碎磚本身的孔隙和再生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量裂紋，并且外裹水泥漿有一定的強度，從而提高了碎磚骨料的強度。水玻璃浸泡裹漿組(G3組)壓碎指標(biāo)最低，是因為水玻璃是一種礦物粘合劑，水玻璃硬化后產(chǎn)生了具有較高粘結(jié)力的硅凝膠，比表面積較大，且水玻璃溶液浸漬材料后能滲入縫隙和空隙中，固化的硅凝膠能夠堵塞材料的毛細(xì)孔通道，提高材料了密度和強度，從而起到加固材料、優(yōu)化材料性能的效果。

由上述分析可得，碎磚骨料經(jīng)水和水玻璃浸泡后裹1∶1.2水泥漿液的改性效果最佳，故采用G2-1和G3-1組碎磚骨料配制混凝土。

3 改性碎磚骨料大流態(tài)混凝土配合比計算及抗壓強度試驗

配制碎磚混凝土?xí)r選取G2-1和G3-1組碎磚骨料，為便于對比，需配制天然骨料組(NA組)和空白組(K組)，空白組即碎磚骨料不經(jīng)任何處理，直接配制碎磚混凝土。

混凝土的試配強度為C35，水灰比為47%，砂率取43%，減水劑用量為水泥質(zhì)量的1.8%，碎磚采用等體積替代法替代天然骨料進(jìn)行人工拌合，碎磚替代率為0、20%、40%和60%。混凝土配合比以坍落度大于180 mm為控制目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計，按照配合比將原材料拌合均勻，測量拌合物的坍落度，并將混凝土拌合物標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后測試立方體抗壓強度。試驗結(jié)果見表2。

表2 改性碎磚骨料大流態(tài)混凝土各組配合比、坍落度及立方體抗壓強度

注：K組試拌時加入碎磚骨料用量的1 h吸水量

圖1 改性碎磚骨料大流態(tài)混凝土立方體抗壓強度

由表2可以看出，各組混凝土坍落度均到達(dá)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)180 mm，滿足大流態(tài)要求。通過觀察分析表2和圖1可知，改性碎磚骨料大流態(tài)混凝土立方體抗壓強度均低于普通天然碎石骨料混凝土。

水玻璃浸泡裹漿組(B組)強度隨碎磚替代率的增大而降低，且降幅越來越大，立方體抗壓強度值較其他兩組偏高。立方體抗壓強度降低是因為改性處理后的碎磚骨料強度仍然較低，隨著碎磚替代率的增大，對立方體抗壓強度的影響就越明顯，故降幅越來越大；立方體抗壓強度值高于其他兩組是因為水玻璃浸泡裹漿后的碎磚骨料，內(nèi)部的孔隙和裂縫被水玻璃粘結(jié)和填滿，碎磚骨料密實度提高，碎磚骨料壓碎指標(biāo)較小，碎磚骨料強度較高，故配制出的混凝土強度值比其他兩組較大。

空白組(K組)和預(yù)濕裹漿組(Y組)的強度變化基本一致，都在碎磚替代率為40%時有所增大，之后又呈降低趨勢，這是碎磚骨料吸水率較大，改變了拌合物水灰比所致。K組的強度大于Y組，這是因為預(yù)濕碎磚的吸水率小于干燥碎磚，裹漿后仍是如此，故K組的吸水率大于Y組，能夠更大程度減小拌合物水灰比，從而達(dá)到提高立方體抗壓強度的效果。當(dāng)碎磚替代率為0～20%時，由于碎磚替代率小，吸水量少，對拌合物水灰比的影響不明顯，故這兩組混凝土強度降低；當(dāng)碎磚替代率為20%～40%時，碎磚量增多，吸水量增大，對拌合物水灰比的降低效果明顯，在一定程度上提高了碎磚骨料混凝土的立方體抗壓強度，故其大于替代率為20%時的強度；當(dāng)替代率大于40%時，由水灰比引起的強度增大被較大的碎磚替代率部分抵消，這時碎磚替代率成為影響混凝土強度的主導(dǎo)因素，故強度降低、降幅增大。

綜合分析可知，水玻璃浸泡裹漿法處理過的碎磚骨料配制出的大流態(tài)碎磚骨料混凝土不僅坍落度較大、立方體抗壓強度較高，而且立方體抗壓強度變化趨勢較為平穩(wěn)，故水玻璃浸泡裹漿法屬于本次試驗條件范圍內(nèi)最佳的改性處理方式。

4 結(jié) 論

對碎磚骨料進(jìn)行了不同方式的改性處理，挑選出改性效果較好的碎磚骨料配制了大流態(tài)混凝土，測試了大流態(tài)混凝土的坍落度和立方體抗壓強度值，對比分析后得出碎磚骨料的最佳改性方式。結(jié)論如下：

(1)對碎磚骨料采用改性處理的方法可以提高表觀密度、降低壓碎指標(biāo)，除水玻璃浸泡裹漿組外，其他改性處理后的各組碎磚骨料吸水率均有所增加。

(2)預(yù)濕裹漿法雖可以提高碎磚骨料強度，但預(yù)濕裹漿組(Y組)的立方體抗壓強度不及空白組(K組)，說明骨料強度不是影響混凝土強度的唯一因素，拌合物水灰比也起著重要作用。

(3)水玻璃浸泡裹漿法的改性效果最好。經(jīng)水玻璃溶液外裹水泥漿改性的碎磚骨料壓碎指標(biāo)降低了24.9%，配制出的大流態(tài)混凝土抗壓強度均高于其他組。由此可見，提高碎磚骨料表面與水泥漿體間的粘結(jié)性，是提高碎磚骨料及碎磚骨料大流態(tài)混凝土強度的一種有效措施。

對比各組混凝土的坍落度和立方體28 d抗壓強度，可知水玻璃浸泡裹漿法是本次試驗條件范圍內(nèi)，降低碎磚骨料壓碎指標(biāo)，提高碎磚骨料表觀密度和提高改性碎磚骨料大流態(tài)混凝土立方體抗壓強度最行之有效的改性處理方法。