陳 博，翟愛良，王金龍

山東農(nóng)業(yè)大學 水利土木工程學院，山東 泰安 271018

長期以來我國城鄉(xiāng)建筑物中大量使用粘土磚作為承重或圍護材料[1]，由于在房屋拆遷、磚瓦生產(chǎn)、運輸及砌筑過程中都會產(chǎn)生大量的固體廢棄碎磚瓦塊[2]，我國目前及今后一個時期廢棄粘土磚瓦數(shù)量巨大[3]，每年產(chǎn)生約8×106t[4]。這其中絕大部分未經(jīng)任何處理，便被運往郊外或鄉(xiāng)村[5]，采用露天堆放或填埋的方式進行處理[6]，不僅耗用了大量的耕地及垃圾清運等建設經(jīng)費，而且給環(huán)境治理造成了很大的壓力[7]，不符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略[8]。目前，廢棄磚的資源化再利用分為直接利用和再生利用[9]，其直接利用包括回填材料和基礎墊層；再生利用分為硅鈣制品、免燒磚、再生骨料、再生膠凝材料和再生水泥[10]。本試驗將廢棄粘土磚粉碎制成磚粉，并作為主要原料制備磚粉砌塊，研究這種新型磚粉砌塊制備技術及其強度性能，以將其作為承重或圍護材料應用于規(guī)模巨大的土建工程，大幅減少水泥用量，變廢為寶，實現(xiàn)建筑垃圾的二次利用，生態(tài)效益與經(jīng)濟效益顯著。

1 磚粉砌塊材料的制備

1.1 試驗材料

1.1.1 磚粉 采用山東省泰安市創(chuàng)業(yè)大街某磚混結構房屋拆遷產(chǎn)生的廢棄黏土磚，首先用錘子將廢棄黏土磚敲成塊狀，將塊狀磚放入顎式破碎機中破碎，用200 目的篩子篩出0.075 mm 的磚粉。對磚粉進行XRD 衍射試驗分析，分析表明，磚粉的主要化學成分是SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3，含有少量的CaO和SO3，SiO2的含量為49.209%，F(xiàn)e2O3含量為6.057%，Al2O3的含量為15.28%，CaO 的含量為9.669%，MgO 的含量為4.146%，SO3的含量為0.698%。

1.1.2 水泥 試驗水泥選用泰山魯域水泥有限公司生產(chǎn)的P·O42.5 級普通硅酸鹽水泥，密度為3.04 g/cm3，28 d 抗壓強度54.3 MPa。試驗用水泥物理性能指標見表1 所示。

1.1.3 土壤固化劑 氯星牌液態(tài)土壤固化劑；

1.1.4 生石灰300 目，CaO 含量不低于85%；

1.1.5 石膏300 目，二水石膏；

1.1.6 水 磚粉砌塊創(chuàng)制用水選用泰安市自來水公司的自來水。

表1 P·O42.5 級普通硅酸鹽水泥的主要物化指標（%）Table.1 Main physicochemical indexes of P.O42.5 grade ordinary portland cement

1.2 配合比設計

為了集中研究磚粉摻量對磚粉砌塊強度的影響，采用不同含量的磚粉替代水泥，在前期試驗研究的基礎上，石灰按15%定量稱取，石膏按5%定量稱取，水膠比定為0.4。A 組試驗方案見表2。

表2 A 組試驗方案Table 2 Group A test scheme

為了集中研究土壤固化劑對磚粉砌塊強度的影響，B 組試驗中，在砌塊中摻加土壤固化劑。B組試驗中，水膠比定為0.35，共5 組配比，每組配比中，磚粉按71%定量稱取，石灰按22%定量稱取，石膏按7%定量稱取，土壤固化劑摻量分別為0.0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%。土壤固化劑的重量為石灰、石膏和磚粉重量之和與土壤固化劑摻量的乘積。

1.3 砌塊制備方法

試件尺寸為40 mm×40 mm×160 mm。

將水加入金屬容器中，同時加入水泥、石灰和石膏，將金屬容器固定在支承在攪拌器的支架上，然后開動攪拌器，低速攪拌30 s 后，在第二個30 s 開始的同時均勻將磚粉加入。砂子分級裝吋，應從最粗粒級開始，依次加入，在高速攪拌30 s。

振動成型。將空試模和模套固定在振實臺上，直接從攪拌器中將膠砂分為兩層裝入試模，裝第一層時，每個槽里約放300 g 拌合料，用大播料器垂直架在模套頂部，沿每個模槽來回一次將料層播平，接著振實60 次。再裝入第二層拌合料，用小播料器播平，再振實60 次。移走模套，從振實臺上取下試模，并用刮尺以90o的角度架在試模頂?shù)囊欢?，沿試模長度方向以橫向鋸割動作慢慢向另一端移動，一次將超出試模的拌合料刮去。并用同一直尺在近乎水平的情況下將試件表面抹平，編號后，將試模放入養(yǎng)護箱養(yǎng)護，養(yǎng)護箱內(nèi)箅板必須水平。成型后20 h～24 h 內(nèi)脫模。脫模時要非常小心，應防止試件損傷。試件脫模后在養(yǎng)護室標準養(yǎng)護28 d。

1.4 試驗方法

依據(jù)《水泥膠砂強度試驗》GB／T17671-1999 測試砌塊的抗折強度和抗壓強度。

2 試驗結果與分析

2.1 磚粉摻量對磚粉砌塊強度的影響

不同磚粉摻量下磚粉砌塊的7 d、28 d 抗折強度與抗壓強度變化曲線如圖1、圖2 所示。當磚粉摻量分別為20%、30%、40%、50%、60%、70%時，磚粉砌塊的7 d 抗折強度分別為2.2 MPa、1.87 MPa、1.43 MPa、1.63 MPa、1.47 MPa、1 MPa；磚粉砌塊的28 d 抗折強度分別為2.45 MPa、3.13 MPa、3.65 MPa、3.91 MPa、3.3 MPa、1.85 MPa；磚粉砌塊的7 d 抗壓強度分別為8.78 MPa、6.25 MPa、4.77 MPa、4.78 MPa、3.63 MPa、2.3 MPa；磚粉砌塊的28 d 抗壓強度分別為10.08 MPa、10.74 MPa、11.13 MPa、10.04 MPa、8.92 MPa、5.94 MPa。磚粉摻量為20%時，磚粉砌塊的7 d 抗折強度與7 d抗壓強度最大，此時磚粉砌塊的7 d 抗折強度為2.2 MPa，7 d 抗壓強度為8.8 MPa。隨著磚粉摻量的增加，砌塊的7 d 抗折強度呈現(xiàn)“下降－上升－下降”的變化趨勢，砌塊的7 d 抗壓強度呈現(xiàn)“下降－不變－下降”的變化趨勢。原因在于，磚粉在砌塊養(yǎng)護早期較少參與水化反應，在替換相同量水泥的情況下會使砌塊本身的膠凝材料減小，最終導致砌塊的7 d 強度降低。

磚粉摻量為50%時，磚粉砌塊的28 d 抗折強度最高，為3.91 MPa。磚粉摻量為40%時，磚粉砌塊的28 d 抗壓強度最高，為11.13 MPa。隨著磚粉摻量的增加，砌塊的28 d 抗折強度及抗壓強度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。原因在于，在養(yǎng)護后期，磚粉活性表現(xiàn)活躍，能夠與石灰、石膏一起參與水化反應。當磚粉摻量較低時，磚粉未能與石灰、石膏一起有效參與水化反應，水化產(chǎn)物少，砌塊強度低，隨著磚粉摻量的增加，石灰、石膏含量降低，水化產(chǎn)物增加，砌塊的28 d 強度升高。當磚粉摻量較高時，多余的磚粉不能生成有強度的結構，導致砌塊28 d 抗折、抗壓強度降低。摻量超過50%時，磚粉砌塊的28 d 強度降低十分明顯，因此建議實際生產(chǎn)過程中，磚粉的摻量不宜超過50%。

2.2 磚粉砌塊的強度增長率

不同磚粉摻量下磚粉砌塊的7 d 至28 d 抗折強度與抗壓強度增長率變化曲線如圖3、圖4 所示。強度增長率=（28 d 抗折強度或抗壓強度－7 d 抗折強度或抗壓強度）/7 d 抗折強度或抗壓強度。當磚粉摻量分別為20%、30%、40%、50%、60%、70%時，磚粉砌塊的抗折強度增長率分別為11.4%、67.4%、155.2%、139.9%、124.5%、85%；磚粉砌塊的抗壓強度增長率分別為14.8%、71.8%、133.3%、110%、145.7%、158.2%。磚粉摻量為20%時，磚粉砌塊的抗折強度與抗壓強度增長率最低，分別為11.4%、14.8%。磚粉摻量為50%時，磚粉砌塊的抗折強度增長率最高，為155.2%。磚粉摻量為70%時，磚粉砌塊的抗壓強度增長率最高，為158.2%。原因在于，磚粉雖然具有火山灰性，但前期活性低，后期活性高。

2.3 土壤固化劑對磚粉砌塊強度的影響

不同土壤固化劑摻量下磚粉砌塊的7 d 抗折、抗壓強度與28 d 抗折、抗壓強度變化曲線如圖5、圖6 所示。當土壤固化劑摻量分別為0%、0.5%、1%、1.5%、2%時，磚粉砌塊的7 d 抗折強度分別為1 MPa、1.3 MPa、1.6 MPa、1.5 MPa、1.4 MPa；磚粉砌塊的28 d 抗折強度分別為2 MPa、2.6 MPa、3.1 MPa、2.9 MPa、2.85 MPa；磚粉砌塊的7 d 抗壓強度分別為2.2 MPa、3 MPa、3.9 MPa、3.6 MPa、3.5 MPa；28 d 抗壓強度分別為6.1 MPa、6.9 MPa、7.5 MPa、7.2 MPa、7.1 MPa。隨著土壤固化劑摻量的增加，磚粉砌塊的抗折強度與抗壓強度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢；當土壤固化劑摻量為1%時，砌塊的抗折強度與抗壓強度最高。原因在于，土壤固化劑可以促進水泥、磚粉、石灰和石膏形成致密、穩(wěn)定，較高強度的結構。當土壤固化劑摻量超過1%，磚粉砌塊的力學性能不再提升。原因在于，土壤固化劑是酸性物質(zhì)，土壤固化劑摻量低時，對拌合料的堿性環(huán)境的影響可以忽略；當土壤固化劑摻量過高時，對拌合料的堿性環(huán)境的影響不可以忽略，它的存在降低了拌合料的堿性指數(shù)，導致磚粉砌塊抗折強度與抗壓強度有所降低。

3 結論

（1）磚粉的主要化學成分是SiO2，含有少量的Al2O3、Fe2O3與CaO，磚粉具有火山灰性和水化活性，前期活性低，后期活性高；

（2）磚粉摻量為50%時，磚粉砌塊的28 d 抗折強度最高，為3.91 MPa。磚粉摻量為40%時，磚粉砌塊的28 d 抗壓強度最高，為11.13 MPa；

（3）50%以上的磚粉替代水泥量使磚粉砌塊的28 d 強度降低十分明顯，建議實際生產(chǎn)過程中，磚粉的摻量不宜超過50%；

（4）土壤固化劑可以有效提高磚粉砌塊的強度，當土壤固化劑摻量為1%時，效果最佳。