梁宇超，袁若焜，朱雨婷

（江蘇大學(xué)京江學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212000）

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)迅速，綜合國(guó)力顯著提升，伴隨我國(guó)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)加速推進(jìn)，建筑垃圾排放量也呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)建筑垃圾年產(chǎn)量達(dá)10t 噸級(jí)，其中拆除舊建筑所產(chǎn)生的建筑垃圾約占全國(guó)產(chǎn)量的58%，新建筑施工產(chǎn)生的建筑垃圾約占36%，其余少量由建筑裝修產(chǎn)生。目前我國(guó)建筑垃圾的處理辦法，除少量用于工程回填和再生利用外，大部分仍粗放式堆放處理，造成大氣環(huán)境、土壤環(huán)境的直接或間接污染[1]。目前我國(guó)建筑垃圾資源化利用率僅為5%，而一些發(fā)達(dá)國(guó)家建筑垃圾資源化利用率達(dá)90%以上[2]。面對(duì)建筑垃圾堆放所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，建筑資源和土地資源的日益緊張，“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)范提出以堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，綠色發(fā)展為基本原則之一，并將推廣綠色建造方式作為主要任務(wù)之一。未來(lái)將在政府投資工程和大型公共建筑中全面推進(jìn)綠色建造，積極推進(jìn)施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾減量化與再利用。當(dāng)下正處“十四五”時(shí)期，是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰的關(guān)鍵階段，建筑行業(yè)作為我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)具有巨大減排潛力[3]，中共中央國(guó)務(wù)院印發(fā)的2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案的通知將城鄉(xiāng)建設(shè)碳達(dá)峰行動(dòng)列為重點(diǎn)任務(wù)之一，提出要加速推進(jìn)城鄉(xiāng)建設(shè)綠色低碳轉(zhuǎn)型，推廣綠色低碳建材，推動(dòng)建材循環(huán)利用。

再生骨料是指固體廢棄物經(jīng)過(guò)粉碎、篩分等步驟，按一定比例混合以滿足不同使用要求的骨料，其為建筑垃圾減量化提供了一種新的思路。纖維布加固作為一種比較新型的加固方法，是指在構(gòu)件外側(cè)粘貼纖維增強(qiáng)材料，使其在加固構(gòu)件中承擔(dān)拉應(yīng)力，改善構(gòu)件的受力狀態(tài)，限制裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。目前市場(chǎng)上用于修復(fù)加固的纖維布主要是碳纖維布，其具有高效高強(qiáng)、耐腐蝕等特點(diǎn)，但其價(jià)格昂貴[4]。玄武巖纖維作為一種新型無(wú)機(jī)環(huán)保綠色高性能纖維材料，其拉伸強(qiáng)度和彈性模量雖略低于碳纖維，但耐低溫、耐高溫性能突出且具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，因此玄武巖纖維布也逐漸受到加固工程的青睞[5]。且因其良好的力學(xué)性能，近幾年已成為國(guó)內(nèi)外結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前，纖維布加固方法主要有“U”型全包法、“U”型套箍錨固基底纖維布法[6]。本文在此基礎(chǔ)上研究一種新型的加固方法，在保證達(dá)到預(yù)期力學(xué)效果的同時(shí)，有效減少纖維布用量，對(duì)推進(jìn)材料革新與建筑節(jié)能事業(yè)的發(fā)展有重要的參考意義。

1 材料與方法

本階段以抗壓強(qiáng)度為指標(biāo)，研究再生骨料取代率對(duì)于砂漿砌塊力學(xué)性能的影響。

1.1 材料準(zhǔn)備

水泥采用42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥；天然骨料采用ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂；再生骨料由廢棄磚塊、混凝土破碎后經(jīng)清洗、晾曬獲得。骨料級(jí)配均良好，其基本物理性能如表1所示。

表1 骨料基本物理性能

1.2 再生骨料取代率實(shí)驗(yàn)

本試驗(yàn)根據(jù)《砌筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ/T 98—2010）[7]進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。再生骨料取代率設(shè)為0%、15%、30%、45%，依次對(duì)應(yīng)A、B、C、D 四組，每組3個(gè)試件，試件尺寸采用100mm×100mm×100mm，試件制作后放置在溫度為（20±5）℃的環(huán)境中，靜置（24±2）h 后對(duì)試件編號(hào)、脫模。試件取出后，立即水平放置在（20±1）℃水中養(yǎng)護(hù)，刮平面應(yīng)朝上，彼此間隔為10~20mm，并應(yīng)避免用水直接沖淋試件，養(yǎng)護(hù)7d，取其抗壓強(qiáng)度平均值作為最終試驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）[8]進(jìn)行抗壓強(qiáng)度計(jì)算。由于本試驗(yàn)采用的是非標(biāo)準(zhǔn)試件，對(duì)應(yīng)的折算系數(shù)為0.95，故抗壓強(qiáng)度計(jì)算如式（1）所示。

式中：f——立方體試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)值，MPa；N——立方體試件極限承載力，kN；A——立方體試件受力面積，mm2。

砂漿配合比與抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。

表2 砂漿配合比與抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)值

由表2 可以看出，抗壓強(qiáng)度隨著再生骨料取代率的增加先降低后提高。當(dāng)再生骨料取代率為15%時(shí)，抗壓強(qiáng)度相比于天然骨料砂漿試塊降低了6.9%；再生骨料取代率為30%時(shí)，抗壓強(qiáng)度相比降低4.3%；再生骨料取代率為45%時(shí)，抗壓強(qiáng)度相比提高7.2%。由表1可知，再生骨料的堆積密度和表觀密度都低于天然骨料，導(dǎo)致其空隙率高于天然骨料。而再生骨料是細(xì)度模數(shù)為3.4 的粗砂，天然骨料是細(xì)度模數(shù)為2.6 的中砂，天然骨料的填充效應(yīng)在一定程度上補(bǔ)償了再生骨料高空隙率的負(fù)面影響，導(dǎo)致45%取代率的再生骨料砂漿試塊性能一定程度上得以提升。故采用45%再生骨料取代率的配合比進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)加載與分析

本階段以抗折強(qiáng)度為指標(biāo)，研究玄武巖纖維布的加固方法對(duì)于砂漿砌塊力學(xué)性能的提升。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

采用寧國(guó)市中電新型材料有限公司生產(chǎn)的玄武巖纖維布，厚度為0.6mm。采用深圳市明德新材料有限公司生產(chǎn)的新一代環(huán)氧樹(shù)脂膠。試件尺寸采用100mm×100mm×400mm，試件制作后放置在溫度為（20±5）℃的環(huán)境中，靜置（24±2）h 后對(duì)試件編號(hào)、脫模。試件取出后，立即水平放置在（20±1）℃水中養(yǎng)護(hù)，刮平面應(yīng)朝上，彼此間隔為10~20mm，并應(yīng)避免用水直接沖淋試件，養(yǎng)護(hù)28d。養(yǎng)護(hù)完成后，取出試件，待試件表面干燥后，用100 目砂紙打磨試件表面至平整，除去1~2mm表面疏松層[9]，除去浮灰。將環(huán)氧樹(shù)脂膠與環(huán)氧固化劑按1:1 比例混合，充分?jǐn)嚢?，均勻涂抹在試件表面，粘貼裁剪好的玄武巖纖維布條并壓實(shí)，除去氣泡。放置在溫度為（20±5）℃的環(huán)境中，靜置24h 后，進(jìn)行試驗(yàn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)首先在試件底面粘貼縱向纖維布條并沿側(cè)面向上延伸50mm，設(shè)置裸塊和底面全粘兩組對(duì)照組，依次記為對(duì)照組1、對(duì)照組2。按3/5 對(duì)照組2 底面纖維布用量，設(shè)置底面縱向粘貼一條和底面縱向粘貼兩條兩組試驗(yàn)組，依次記為試驗(yàn)組1、試驗(yàn)組2。試件底面加固如圖1 所示。

圖1 試件底面加固

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)《混凝土砌塊和磚試驗(yàn)方法》（GB/T 4111—2013）[10]進(jìn)行抗折強(qiáng)度計(jì)算。由于本試驗(yàn)采用的是非標(biāo)準(zhǔn)試件，對(duì)應(yīng)的折算系數(shù)為0.85，故抗折強(qiáng)度計(jì)算如式（2）所示。

式中：RZ——試件抗折強(qiáng)度試驗(yàn)值，MPa；P——試件破壞荷載，kN；B——試件寬度，mm；H——試件高度，mm；L——抗折夾具下支輥的跨距，mm。

支輥跨距為300mm，每組5 個(gè)試件，取其抗折強(qiáng)度平均值作為最終試驗(yàn)結(jié)果?？拐蹚?qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，試件加載破壞如圖2 所示。

圖2 試件加載破壞

表3 抗折強(qiáng)度試驗(yàn)值

由圖2 可以看出，破壞后裂縫均貫穿開(kāi)展于試件跨中位置附近，對(duì)照組1（裸塊）直接斷裂，其余組由于底面玄武巖纖維布未被拉斷，其所起的抗拉作用使得試件未完全斷裂，說(shuō)明玄武巖纖維布具有一定的延展性，此情況與鋼筋混凝土適筋現(xiàn)象相類(lèi)似，基底粘貼的玄武巖纖維布起到類(lèi)似短梁、深梁中縱向受力鋼筋的作用，布置在受拉區(qū)以抵抗拉應(yīng)力，并使得斜裂縫的開(kāi)展放緩，使得試件抗折強(qiáng)度、整體剛度、變形能力得以提升。當(dāng)梁剪跨比偏大或配箍率偏低時(shí)，這種提升將更為明顯。由表3 可以看出，對(duì)照組2（底面全粘）使得試件的力學(xué)性能提升最大，相較對(duì)照組1（裸塊）抗折強(qiáng)度提升了28.8%，試驗(yàn)組1、2 分別提升23.1%、25%。

3 結(jié)論

（1）再生骨料砂漿砌塊抗壓強(qiáng)度隨再生骨料取代率的增加先降低后提高。通過(guò)比較再生骨料取代率為15%、30%、45%的砂漿砌塊抗壓強(qiáng)度，得出再生骨料最佳取代率為45%，較天然骨料砂漿試塊抗壓強(qiáng)度提升了7.2%。

（2）對(duì)于短梁、深梁等受彎構(gòu)件，基底粘貼玄武巖纖維布可提升其抗折強(qiáng)度與整體剛度。當(dāng)梁剪跨比偏大或配箍率偏低時(shí)，這種提升將更為明顯。綜合考慮玄武巖纖維布用量與玄武巖纖維布對(duì)試件抗折強(qiáng)度的提升作用，得出以3/5 受彎構(gòu)件底面積作為纖維布用量，縱向均勻粘貼兩道玄武巖纖維布為最佳粘貼方式，既考慮了經(jīng)濟(jì)效益影響因素，節(jié)省了玄武巖纖維布的消耗量，又較裸塊抗折強(qiáng)度提升了25%，達(dá)到了預(yù)期力學(xué)效果。

（3）目前國(guó)內(nèi)廣泛采用碳纖維布進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固，而玄武巖纖維布作為新型復(fù)合纖維材料不僅具有良好的力學(xué)性能以及抗高溫、抗蠕變、抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，又因其制作原料玄武巖在我國(guó)儲(chǔ)量豐富，所以其價(jià)格相較碳纖維布偏低，因而具有更佳的經(jīng)濟(jì)性，于經(jīng)濟(jì)效益方面占優(yōu)，在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)加固中具有良好的應(yīng)用前景。

（4）近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)天然砂、河砂等資源的枯竭和政府對(duì)開(kāi)采管控力度加大，天然砂石產(chǎn)能也隨之驟減。而砂石作為重要的建筑材料和混凝土原料，廣泛應(yīng)用于房屋、道路工程等。機(jī)制砂以及建筑垃圾等固體廢棄物粉碎篩分并按一定比例混合而成的再生骨料正在逐步成為天然砂石的替代，這為建筑垃圾減量化提供了一種新路徑、新方法，響應(yīng)了國(guó)家雙碳政策與戰(zhàn)略在建筑領(lǐng)域的規(guī)劃，對(duì)推進(jìn)材料革新與建筑節(jié)能事業(yè)的發(fā)展有重要的參考意義。